DE1462876B2

DE1462876B2 - Leseverstärker für Speicher

Info

Publication number: DE1462876B2
Application number: DE1462876A
Authority: DE
Inventors: Mayer Joseph New York N.Y. Zola (V.St.A.)
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1965-12-21
Filing date: 1966-12-20
Publication date: 1975-11-27
Also published as: GB1109938A; DE1462876A1; US3432688A; FR1510229A

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Verstärkung schwacher Signale, insbesondere Lesesignale aus Magnetkernspeichern, mit einer ersten Differenzverstärkerstufe mit zwei Transistoren vom gleichen Leitungstyp und mit einer daran angeschlossenen zweiten Differenzverstärkerstufe mit zwei Transistoren von gleichem, dem Leitungstyp der Transistoren der ersten Stufe entgegengesetzten Leitungstyp, wobei die zweite Stufe einen Schwellwertkreis und eine Gleichrichterstufe enthält.

Bei manchen Matrix-Speichersystemen für Rechenanlagen, bei denen Bitspeicher wie Magnetkerne und dergleichen Anwendung finden, erfolgt das Einschreiben und Auslesen von Information durch Koinzidenzstromauswahl, bei der es sich bekanntlich um die Koinzidenz zweier Halbauswahlstromimpulse im ausgewählten Kern handelt. Infolge der Fülle an Teilauswahlströmen, die in all den nicht gewählten Kernen übrigbleiben, und der Einwirkung von Einschaltimpulsen, Streukapazität und weiterer Belastungseffekte ist das Nutzsignal von starken Störsignalen überlagert.

Der von einem ausgewählten Kern einer Magnetkernanordnung induzierte Ausgangsstrom ist üblicherweise nicht groß genug, um eine Spannung zu erzeugen, die in anderen Teilen der Rechenanlage logische Operationen durchführen kann. Deshalb muß ein Ausgangsverstärker benutzt werden, um den Wert eines ausgewählten, aus der Speichermatrix ausgelesenen Informationsbits festzustellen und dabei den Spannungspegel des Nutzsignals auf den Pegel der im

ίο übrigen Teil der Rechenanlage verwendeten Signale anzuheben. Der Leseverstärker ist der kritischste Teil eines Speichers infolge der miteinander im Widerspruch stehenden Anforderungen einer hohen Verstärkung, des erforderlichen Spannungshubes, der Stabilität, der Bandbreite, der Gleichtaktunterdrükkung usw., die erfüllt werden müssen, um ein schwaches Signal in Gegenwart starker Störsignale auf den für logische Operationen erforderlichen Signalpegel zu verstärken. Bei den üblichen Leseverstärkern, bei denen eine Vielzahl induktiver und kapazitiver Koppelelemente benutzt werden, um die Ansprechzeit des Verstärkers bei schnellen Auslesesystemen zu beschränken, ergeben sich weitere Schwierigkeiten infolge der Zeit, die diese Elemente benötigen, um zwisehen aufeinanderfolgenden Eingangssignalen wieder in den Ruhezustand zurückzukehren. Wenn Eingangssignale mit Intervallen auftreten, die kürzer sind als die Zeit, die die nichtlinearen Elemente brauchen, um in den Ruhezustand zurückzukehren, wird der gesamte verfügbare Signalhub entsprechend verringert. Obgleich sich dieses Problem dadurch etwas beheben läßt, daß in einem direkt gekoppelten Verstärker möglichst wenig Wechselstromelemente benutzt werden, wird es wegen der Drift sehr schwierig, bei der erforderlichen Verstärkung eine geeignete Stabilität zu erreichen. Drift ist der Effekt infolge von Änderung von Kreisparametern durch Temperatur und Alterung und läßt sich quantitativ definieren als dasjenige Eingangssignal, das erforderlich ist, um das Ausgangssignal des Verstärkers auf den ursprünglichen Ruhepegel zurückzubringen. Bei Verstärkern mit hohem Verstärkungsgrad ist Rückkopplung ungeeignet zur Driftverringerung, weil dadurch die Verstärkung verringert wird. Ein wirkungsvollerer Driftausgleich ohne Herabsetzung der Verstärkung ist durch Differenzverstärkerschaltungen möglich.

Aus der britischen Patentschrift 9 63 567 ist ein Leseverstärker bekannt, der zum Teil mit Differenzverstärkerschaltungen aufgebaut ist, an deren Ausgang ein Schwellwertkreis und eine Gleichrichterstufe aus Dioden angeordnet ist. Darin wird jedoch nicht nur Gleichstromkopplung angewendet, sondern einige Stufen sind kapazitiv gekoppelt, und diese bekannte Anordnung hat auch keine guten Gleichtaktunterdrückungseigenschaften, da ein Ausgangssignal in der gleichen Richtung an beiden Ausgängen der letzten Differenzverstärkerstufe ein Ausgangssignal der ganzen Anordnung erzeugt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zur Verstärkung schwacher Signale der eingangs genannten Art anzugeben, der bei ausschließlicher Verwendung von Gleichspannungskopplung eine gute Arbeitspunktstabilität und eine hohe Verstärkung besitzt und der vor allem eine sehr hohe Gleichtaktunterdrückung aufweist. Diese Aufgabe löst die Erfindung durch die im Hauptanspruch angegebenen Merkmale. Durch die Verwendung von Transistoren in der Gleichrichterstufe und deren kreuzee-

koppelten Anschluß an den Ausgang des Differenzverstärkers wird erreicht, daß im Gegensatz zu üblichen Gleichrichterschaltungen, die eine feste Spannung wie Erdpotential als Schwellwert besitzen, nach der Erfindung eine tatsächliche Differenzgleichrichtung durchgeführt wird, so daß sowohl Verstärkung wie auch Stabilität und insbesondere Gleichtaktunterdrückung wesentlich erhöht sind. Durch Anschluß der Gleichrichterstufe an Anzapfpunkten der Kollektorarbeitswiderstände der letzten Differenzverstärkerstufe wird ein einstellbarer Schwellwert erhalten.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert.

Bei der dargestellten Ausführungsform liegt eine positive Versorgungsspannung an dem Anschluß 1 und eine negative Versorgungsspannung an dem Anschluß 2, während dem Anschluß 3 ein positiver Ausblendimpuls zugeführt wird, wodurch sich an dem Ausgangsanschluß 4 nur dann ein Ausgangsimpuls ergibt, wenn die auszulesende Information vorhanden ist, wie nachstehend näher erläutert wird. Die Klemme 5 liegt an Erde. Den Klemmen 6 und 7 werden verhältnismäßig schwache bipolare Eingangssignale zugeführt, die über Basisvorspannungswiderständen R₁ bzw. R₂ gegen Erde auftreten, so daß sich ein Basisvorspannungsstrom für einen ersten aus den npn-Transistoren Q₁ und Q₂ bestehenden Differentialverstärker ergibt. Der Kollektor des Transistors R₁ liegt über einen Widerstand /?₃ an positivem Potential, die Emitter von Q₁ und Q₂ sind über die Kopplungswiderstände R₄ und R₅ miteinander gekoppelt, während der Kollektor von Q₉ über den Widerstand 6 an positivem Potential liegt, wodurch die Schleife geschlossen ist. Die Widerstände 7 und 8 sind veränderlich, um eine Balancierung von bipolaren Signalen für die erste Differentialverstärkerstufe zu liefern. Die Emitter von Q_x und Q₂ liegen über einen gemeinsamen Widerstand R₉ an negativem Potential.

Das Ausgangssignal der ersten Differentialverstärkerstufe wird einer zweiten Differentialverstärkerstufe, die aus den pnp-Transistoren Q₃ und Q₄ besteht, zugeführt. Der Kollektor von Q₃ liegt über Widerstände R_1n und R_it an negativem Potential, die Emitter Q₃ und Q₄ sind über Widerstände JR₁₂ und R_n miteinander gekoppelt, während der Kollektor von Q₄ über Widerstände R_u und R₁₅ an negativem Potential liegt, wodurch die Schleife geschlossen ist. Die Emitter von Q., und Q₄ liegen über den gemeinsamen Widerstand R₁₆ an positivem Potential.

Das Ausgangssignal der zweiten Differentialstufe wird einem Paar npn-Transistoren Q_K und Q₆ zugeführt, die als Gleichrichter arbeiten. Üblicherweise hat ein Gleichrichter Erdpotential als Bezugsspannung. Die erfindungsgemäße Schaltung weist richtige Differentialgleichrichtung auf, wobei die gleichrichtenden Transistoren Q₅ und Q₆ am Differentialausgang der zweiten Differentialverstärkerstufe liegen. Dadurch ergibt sich eine bessere Stabilität und ein höherer Verstärkungsgrad. Die Vorspannung des Gleichrichters wird der Schleife des zweiten Differentialverstärkers entnommen, die als Schwellwertkreis dient, der bewirkt, daß der Gleichrichter nur aus denjenigen der zweiten Differentialverstärkerstufe entnommenen Signalen ein Ausgangssignal erzeugt, die über einem zuvor bestimmten Pegel liegen. Der Pegel wird durch die Anzapfstelle der Basen der Transistoren Q₅ und Q₈ an den Kollektorwiderständen R₁₀, R_n bzw. R₁₄, R₁₅ bestimmt. Diese Kollektorwiderstände dienen als Spannungsteiler. Der Emitter des Transistors Q₅ ist über den Widerstand R₁₇ mit dem Kollektor des Transistors Q₄ und der Emitter des Transistors Q₆ über einen Widerstand R₁₈ mit dem Kollektor des Transistors Q₃ verbunden. Die Basis des Transistors ist mit dem Anzapfpunkt zwischen den Kollektor-Spannungsteilerwiderständen R₁₀ und R_n und die Basis des Transistors Q₆ mit dem Anzapfpunkt zwischen den Kollektor-Spannungs-Teilerwiderständen R₁₄ und R₁₅ verbunden. Die Kollektoren von Q₅ und Q₆ sind miteinander verbunden und liegen über einen gemeinsamen Widerstand R₁₉ an einem positiven Potential.

Der Ausgang des Gleichrichterkreises ist über einen Kondensator C₁ mit einem Ausblendimpulsverstärkertransistor Q₇ verbunden. Weil der Ausblendimpulsverstärker kein Differentialverstärker ist, schafft der Kondensator C₁ einen Ausgleich für die Effekte von Parameteränderungen infolge von Alterung und Temperatur. Der Transistor Q₇ ist über Widerstände R₂₀ und R₂₁, die an positivem bzw. negativem Potential liegen, so vorgespannt, daß er im Ruhezustand leitend ist. Der Klemme 3 werden Ausblendimpulse zugeführt, um das Vorhandensein einer ausgelesenen Information, nämlich einer binären Eins oder Null, zu detektieren, und zwar über einen Widerstand R₂₂ am Kollektor des Transistors Q₇, dessen Emitter mit einem Bezugspotential oder Erde verbunden ist. Das Vorhandensein oder Fehlen von Information wird an der Klemme 4 angezeigt.

Im Betrieb wird ein bipolares Signal den Eingangsklemmen 6 und 7 und somit der Basis des Tran- sistors Q₁ bzw. Q₂ zugeführt. Weil die Transistoren als ein Differentialverstärker geschaltet sind, stellt das Ausgangssignal jeder der beiden Transistoren die Differenz zwischen den Eingangssignalen dar. Das Vorhandensein von Information wird im Idealfall durch einen ersten und einen zweiten Impuls mit gleicher Größe, jedoch entgegengesetzter Polarität dargestellt. Die Transistoren der ersten und der zweiten Differentialstufe sind im Ruhezustand leitend, und die Impulssignale an den Eingängen beider Stufen werden im linearen Bereich verstärkt. Weil die Transistoren der zweiten Differentialverstärkerstufe von einem Typ sind, der demjenigen der Transistoren der ersten Stufen entgegengesetzt ist, beschränkt der Effekt der am Ausgang der ersten Stufe erscheinenden Gleichspannung den für die Transistoren der zweiten Stufe verfügbaren Gleichspannungsbereich nicht. Die zweite Stufe arbeitet bei der Verstärkung der Impulssignale im ganzen Bereich genau so wirkungsvoll wie die erste. Infolgedessen wäre es möglich, weitere aus Stufen entgegengesetzter Polarität bestehende Differentialverstärkerstufen hinzuzusetzen, ohne daß eine Verzerrung infolge von Nichtlinearität im Transistorbetrieb zu befürchten wäre.

Die Schleife, die die Widerstände A₁₀, R_n, R₁₂, R₁₃, R₁₄ und R₁₆ enthält, bildet beim Zuführen von Signalen an den aus den Transistoren Q₅ und Q₆, die beide im Ruhezustand nichtleitend sind, bestehenden Gleichrichter ein Schwellwertnetzwerk durch geeignete Bemessung der Widerstandswerte. Das Auftreten eines den Schwellwert übersteigenden Signals am Verbindungspunkt der Widerstände R₁₀ und A₁₁ oder der Widerstände R_u und R₁₅ macht den Transistor Q₅ bzw. Q₀ leitend, so daß ein Impuls mit negativem

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Richtungssinn über den Koppelkondensator C₁ der Um die Temperatur- und Alterungsverhältnisse gut Basis des normalerweise leitenden Transistors Q₇ zu- auszugleichen, wird in jeder Stufe jeder Transistor den geführt wird, wodurch dieser Transistor Q₇ nicht lei- gepaarten Transistoren vorzugsweise zur bestmögtend wird. Wenn Q₇ nicht leitend ist, wird ein an die liehen Leistung parametrisch angepaßt.
Ausblendklemme 3 gelegter Impuls der Klemme 4 zu- 5 Es sei bemerkt, daß es im Rahmen der Erfindung geführt, wodurch der Zustand des Verstärkers ange- ohne weiteres möglich ist, die Polaritätstypen der ergeben wird, wähnten Transistoren in der beschriebenen Ausfüh-Im nachstehenden sind geeignete Werte für die rungsform dadurch umzukehren, daß in bezug auf die Elemente des Leseverstärkers aufgeführt. Es sei be- Spannungsquelle die erforderlichen Umkehrungen merkt, daß die aufgeführten Werte nur als Beispiele io vorgenommen werden.

dienen und daß die Erfindung nicht auf sie beschränkt Die baulichen Eigenschaften der beschriebenen Er-

ist. findung ermöglichen es, einen Verstärker zu schaffen,

ßi> 62» Ö55 ße> Q-i 2 N 706 der in einem weiten Gleichspannungsbereich die Vor-

Q₃, Qi 2N711 teile einer hohen Linearität aufweist. Das Fehlen

A₁, R₂ 50 Ohm 15 reaktiver Elemente in den ersten Stufen verhütet, daß

R₃, R₆ 2 kOhm eine Verschiebung des Gleichspannungspegels eine

R_v R₅ 68 Ohm Unterbrechung im weiten Linearitätsbereich bewirkt.

R₇, R₈ . zu wählen Wenn durch das Vorhandensein eines Einschwing-

R₉ 1,5 kOhm Störimpulses großer Amplitude oder dergleichen Sätti-

R₁₀, R_u 820 Ohm 20 gung auftritt, macht die beschriebene Anordnung eine

A₁₁, jR₁₅ 180 Ohm kurze Wiederherstellungszeit möglich, so daß sich

R₁₂, R₁₃ 100 Ohm schnell wieder eine lineare Wirkung ergibt. Der Ver-

jR_ie 330 Ohm stärker erweist sich als besonders wertvoll bei Spei-

R₁₇, R_1B 2,4 kOhm chersystemen, sogar beim Auftreten von sehr großen

jR₁₉ 15 kOhm as Änderungen im Muster der gelesenen Information.

jR₂₀ ' 16 kOhm Die beschriebenen Ausführungsformen sind nur als

R₂₁ 100 kOhm Beispiele gemeint und ein Fachmann kann leicht Ab-

R₂₂ 1 kOhm änderungen vornehmen, ohne aus dem Rahmen der

C₁ 100 pF Erfindung herauszutreten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Verstärkung schwacher Signale, insbesondere Lesesignale aus Magnetkernspeichern, mit einer ersten Differenzverstärkerstufe mit zwei Transistoren vom gleichen Leitungstyp und mit einer daran angeschlossenen zweiten Differenzverstärkerstufe mit zwei Transistoren von gleichem, dem Leitungstyp der Transistoren der ersten Stufe entgegengesetzten Leitungstyp, wobei die zweite Stufe einen Schwellwertkreis und eine Gleichrichterstufe enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichterstufe zwei Transistoren (Q₅, Q₀) enthält, deren Kollektoren miteinander verbunden sind und das gleichgerichtete Signal abgeben und deren Basen jeweils mit den Kollektoren der Transistoren (Q₃, Q₄) der zweiten Differenzverstärkerstufe und deren Emitter kreuzweise mit den jeweils anderen dieser Kollektoren verbunden sind.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die untereinander verbundenen Kollektoren der Transistoren (Q₅, Q₀) der Gleichrichterstufe mit der Basis eines Impulstransistors (Q₇) in Emitterschaltung verbunden sind, dessen Kollektor über einen Widerstand einen Austastimpuls erhält.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektorarbeitswiderstände (R₁₀, R_n, R_n, R₁₅) der zweiten Differenzverstärkerstufe geteilt sind, daß die Basen der Transistoren (Q₃, Q_e) der Gleichrichterstufe mit den Teilerpunkten der Kollektorarbeitswiderstände und die Emitter dieser Transistoren (Q₅, Q_e) mit den Kollektoren verbunden sind.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkung der Transistoren der ersten Differenzverstärkerstufe (Q₁, Q₂), der zweiten Differenzverstärkerstufe (Q_n, Q₄) und der Gleichrichterstufe (Q₅, Q₆) durch Emitterreihenwiderstände linearisiert ist.