DE2240971B2 - Torschaltung - Google Patents

Description

gang, einem Ausgang, einer Diodenbrücke mit einem die weitere Stromquelle und den ersten Steueran-

ersten und zweiten Steueranschluß, einem mit dem jo schluß geschalteten ersten Transistor, einem mit sei-

Schaltungseingang verbundenen Eingangsanschluß, ner Kollektor-Eraitter-Strecke zwischen die weitere

einem mit dem Schaltungsausgang verbundenen Aus- Stromquelle und den zweiten Steueranschluß geschal-

gangsanschluß, einer erste und zweite mit dem ersten teten zweiten Transistor und einer Schaltung, die von

bzw. zweiten Steueranschluß verbundenen Strom- einem Eingangszeitsteuersignal einen ersten und einen

quelle, einer ersten und zweiten Diode, von denen je 15 dazu komplementären zweiten Spannungssignalaus-

ein Anschluß mit dem ersten bzw. zweiten Steuer- gang verfügbar macht, wobei der erste der komple-

anscb'uß verbunden ist, und einer Schaltvorrich- raentären Signalausgänge mit der Basis des ersten

tung. Transistors und der zweite der komplementären

Eine Diodenbrücken-Abtasttorschaltung wird typi- Signüausgänge mit der Baiis des zweiten Transistors scherweise in Abtast- und Haitschaltungen und in 20 verbunden ist, und es kann i^ue Spannungsvergleichs-Abfrage-(resampler-)Schaltungen angewendet, die schaltung zum Vergleich der Spannungen an der vielfältige Verwendung in Signalverarbeitungsanlagen ersten und der zweiten Vorspannungsvorrichtung vorfinden. Diese Anlagen benötigen im allgemeinen die gesehen sein, um in Abhängigkeit vom Vergleich ein Torschaltung, um bei hohen Schaltgeschwindigkeiten Ausgangssignal zur Steuerung der ersten und der und hochlinear zu arbeiten. Deshalb sollte die Tor- 25 zweiten Stromquelle zu erzeugen, wodurch im Betrieb schaltung kurze Anstiegs- und Abfallzeiten haben. die Spannungen über der ersten und der zweiten Außerdem ist es wünschenswert, daß diese Schal- Vorspannungsvorrichtung praktisch gleich groß tungsart einen geringen Leistungsverbrauch aufweist, sind.

bei niedrigen Spannungspegeln betrieben wird, und Die erste und zweite Stromquelle kann aufgebaut daß Stromquellen mit niedriger Spannung verwendet 30 sein aus einer ersten Spannungsquelle, einem mit seiwerden. Zur Erreichung dieser Ziele, und um Her- ner Kollektor-Emitter-Strecke zwischen den ersten steilungsmethoden integrierter Schaltungen verwen- Steueranschluß und einen mit der ersten Spannungsden zu können, sind bei dieser Art Schaltung im all- quelle verbundenen ersten Stromquellenwiderstand gemeinen Transistorschalter verwendet worden. Diese geschalteten ersten Stromquellentransistor, einem mit Schaltungen halten jedoch gewöhnlich bezüglich der 35 seiner Kollektor-Emitter-Strecke zwischen den zwei-Brückentreibströme kein besonders gutes Gleichge- ten Steueranschluß und einen mit der ersten Spanwicht und verursachen .,omit eine Gleichstromverset- nungsquelle verbundenen zweiten Stromquellenwiderzung (Stufe) im Ausgangssignal. Ein Grund für diesen stand geschalteten und mit seiner Basis mit der Basis Mangel an Gleichgewicht liegt in der Tatsache, daß des ersten Stromquellentransistors verbundenen zweies auf Grund der bei integrierten Schaltungen benö- 4° ten Stromquellentransistor, einem zwischen die Basis tigten niedrigen Spannungspegel schwierig ist, stabile des ersten Stromquellentransistors und den Ausgang Stromquellen für die Torschaltung verfügbar zu der Spannungsvergleichsschaltang geschalteten dritmachen. ten Stromquellenwiderstand und einem zwischen die

Eine andere Art gestörten Gleichgewichts der Tor- Basis des ersten Stromquellentransistors und Masse schaltung tritt auf, wenn ein Eingangssignal an der 45 geschalteten Stromquellenkondensator.
Torschaltung anliegt. Dieses Eingangssignal bringt Die Spannungsvergleichsschaltung kann aufgebaut es mit sich, daß einige der Torschaltungsströme in die sein aus einem ersten Operationsverstärker mit einem Signalquelle fließen und eine Fehlerspannung erzeu- invertierenden und einem nichtinvertierenden Eingen, die dann von Bedeutung sein kann, wenn die gang, einem zwischen den anderen Anschluß der Signalquelle einen großen Innenwiderstand auf- 50 ersten Diode und den nichtinvertierenden Eingang weist. geschalteten ersten Vergleichswiderstand, einem zwi-

Diese Art von Versetzung kann mit komplizierten sehen den anderen Anschluß der zweiter Diode und

Rückkoppelungsmethoden ausgeschaltet werden; sie den nichtinvertierenden Eingang geschalteten zweiten

kann jedoch viel einfachet dadurch ausgeschaltet Vergleichswiderstand, einem zwischen den invertie-

tverden, daß eine niederohmige Signalquelle verwen- 55 renden Eir^ang und Masse geschalteten dritten Ver-

det wird. gleichswiderstand und einem zwischen den invertie-

Ein zusätzliches Problem bei Abtast- und Halte- renden Eingang und den Ausgang des ersten Opera-

schaltungen mit üblichen Abtasttorschaltungen be- tionsverstärkers geschalteten ersten Vergleichskon-

steht in der Nichtlinearität der Übertragungsfunktion, sator.

die dadurch verursacht wird, daß während des Aus- 60 Die weitere Stromquelle kann steuerbar sein, und Schaltens der Ausgangskapazität ein momentaner es kann eine Einrichtung zur Erzeugung einer Steuer-Ladestrom zugeführt wird. Diese Nichtlinearitäl er- spannung vorgesehen sein, um die weitere Stromzeugt in der Größe der Ausgangsspannung einen Feh- quelle zu steuern, wodurch der Strom in der Kollekler, was zu ungewollten Frequenzkomponenten führt. tor-Eniitter-Strecke eines Stromquellentransistors

Die vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe, eine 65 praktisch konstant ist.

Torschaltung verfügbar zu machen, bei welcher einer Die Einrichtung zur Erzeugung einer Steuerspan*

oder mehrere der obengenannten Nachteile vermin- nung kann aufgebaut sein aus einem zweiten Opera-

dert oder ausgeschaltet werden. tionsverstärker mit einem invertierten und einem

tlichtittvertierten Eingang» einem zwischen den ande- und der Strom fließt so, wie es durch die gestrichelren Anschluß der ersteö öder clef zweiten Diode und ten Pfeile angegeben ist. Tritt ein positiver Spanden invertierten Eingang des aweiten Operationsver* nungsimpuls auf, werden die Dioden 5 und 6 gestafkers geschalteten eisten Steuerwiderstand, einem sperrt, und der Strom fließt durch den Dioden-Vierer, zwischen den nichtinveftiertett Eingang des zweiten S wie es die durchgezogenen Pfeile angeben. Wenn Operationsverstärkers und Masse geschalteten zwei* dies eintritt, ist die Steuerschaltung leitend, und der tea SieUerwidefätand» in Serienschaltung verbunden, Spannungspegel am Eingang wird auf den Ausgang zwischen den invertierten Eingang des zweiten Ope- übertragen. Dies kommt dadurch zustande, daß alle fätionsverstäfkers und Masse geschalteten dritten und Dioden des Vierers in leitender Richtung vorgevierten Steuerwiderständen, einem zwischen die wei- io spannt sind und die Abfälle über den Dioden 1 und 3 tere Spannungsquelle und den Verbindungspunkt durch die Abfälle über den Dioden 1 und 4 kompendes dritten und vierten Steuei-widerstandes geschal- siert werden. In manchen bekannten Schaltungen teten fünften Steuerwiderstand, einem zwischen den dieser Art wird an Stelle des Übertragers eine Traninvertierten Eingang und den Ausgang des zweiten sistorspannungstreiberschaltung verwendet, z. B. ein Operationsverstärkers geschalteten ersten Steuerkon- 15 differenziell« Paar.

densator, einem zwischen den Ausgang des zweiten Ist die Eingangsspannung von der Spannung am Operationsverstärkers und die weitere Stromquelle Haltekondensator 10 wesentlich verschieden und ist geschalteten sechsten Steuerwiderstand zum Anlegen die Torschaltung leitend gemacht, wird der Halteemer Steuerspannung und einer zwischen den inver- kondensator mittels zweier verschiedener Arbeitsweitierten Eingang und den Ausgang des zweiten Opera- ao sen der Torschaltung auf die Eingangsspannung getionsverstärkers geschalteten Rückkopplungsdiode. oder entladen. Zu Anfang beginnen zwei nicht beim folgenden soll die Erfindung an Hand eines nachbarte Brückendioden zu leiten, während die Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. In der anderen beiden Dioden in Sperrichtung vorgespannt zugehörigen Zeichnung zeigt bleibe a. Unter diesen Bedingungen arbeitet die Schal-Fig. 1 eine schematische Darstellung einer be- as tung in der Konstantstrommethode, und einer der kannten Diodenbrücken-Abtasttorschaltung, Stromgeneratoren (7 oder 8) lädt oder entlädt den Fig.2 eine schematische Darstellung eines erfln- Kondensator II». Ist beispielsweise der Kondensator dungsgemäßen Ausführungsbeispiels, 10 anfänglich entladen und der Eingang liegt auf F i g. 3 eine schematische Darstellung eines erfin- + 2 Volt, wenn die Torschaltung leitend gemacht dungsgemäßen Ausführungsbeispiels mit selbstsym- 30 ist, leiten die Dioden Z und 3, während die Dioden metrierenden Torschaltungstreibströmen und 1 und 4 nicht leiten. Deshalb lädt die Stromquelle 7 Fig.4 eine schematische Darstellung eines erfin- den Kondensator 10 über die Diode! auf. Erreicht dungsgemäßen Ausführungsbeispiels mit selbstsym- die Spannung über dem Kondensator 10 die Einmetrierenden Torschaltungstreibströmen, die unemp- gangsspannung, beginnen die vorher nicht leitenden findlich sind bezüglich Stromversorgungsgleichlauf. 35 Dioden zu leiten. Tritt dies ein, so beginnt sich der F i g. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Strom zwischen den vier Armen der Brücke zu teibekannten Diodenbrücken-Abtasttorschaltung, die len. Zu dieser Zeit ist die Kondensatorspannung bei

so angeordnet, daß die Anoden der Dioden 1 und 2 4° vollständig leitend, und die zweite oder RC-Lademiteinander und die Kathoden der Dioden 3 und 4 methode ist eingeleitet. Im obigen Ausdruck ist k miteinander verbunden sind. Diese Anordnung ist die Boltzmann-Konstante, T die absolute Temperagemeinhin bekannt als eine Diodenbrücke oder ein tür, q die Elektronenladung und m eine Konstante, Vierer. Der Torschaltungseingang liegt an der Ka- die von den verwendeten Dioden abhängt. Der Ladethode von Diode 1 und der Anode von Diode 3, 45 widerstand in dieser Betriebsweise ändert ">'ch mit dei während der Torschaltungsausgang von der Kathode Zeit, während sich die Brücke im Symmetrierprozeß der Diode 2 find der Anode der Diode 4 abgenom- befindet, ist die Differenz zwischen der Eingangsffiea wfrd. Eine positive Stromquelle 7 Ist mit dem spannung nod der Kondensatorspannung kleiner ab

r^^ÄÄ^UÄ^ ψ A. *-**.* der

punkt zwischen den Dioden 3 und 4 verbunden. praktisch konstant, und der Ladeschaltkreis ist vot

Die Anode einer Diode 5 ist mit dem Ausgang der reiner ÄC-Art, wenn man von einer kleinen Induk Stromquelle 7 and deren Kathode ist mit dem ersten tivität absieht, die durch eine Störinduktivität um Ausgangsanschluß eines Übertragers 9 verbunden. die Induktivität der Treiberschaltung gebildet wird Außerdem ist die Anode einer Diode 6 mit dem 55 Wenn die Ausgangsspamnmg am Übertrager durcl zweiten Ausgang des Übertragers 9 und deren Ka- ein Signal mit kleiner AbfaHzeit umgekehrt wird, un thode mit dem Ausgang der Stromquelle 8 verbun- die Torschaltung zu sperren, wird die Aufladung de den. Der Ausgang des Übertragers 9 versorgt den Kondensators hm ÄC-Betrieb dem Eingang folgern Dioden-Vierer mit Spannungsirnpulsen, und seine fortgesetzt, bis eine der Koppeldioden (5 oder 6) τ Eingangsanschlüsse sind mit einer Spannungsimpuls- 60 leiten beginnt. Weiche von beiden zuerst leitet, häng quelle verbunden. Da diese Schaltungsart hn auge- von der Polarität des Eingangssignals ab. Zb diesel meinen in einer Abtast- and Halteanordnung ver- Zeitpunkt sperren die Brückendtoden auf diese wendet wird, ist ein Kondensator 10, der zwischen Seite, wohingegen die andere Hafte der Brücke lei den Schaltungsausgang and Masse geschaltet, mit- tend bleibt und den Kondensator 14 mittels einer de eingeschlossen, am den Haltekondensator in einer 65 Stromquellen auflädt oder entlädt. Dies wird fortge solchen Anordnung darzustellen, setzt bis die Übcrlragerspanuuug d gewecr

Liegt ein negativer Spannungsimpuls am Eingang seit hat, um die anderen Brückeadioden zn sperrei des Übertragers 9, so ist die Torschaltung gesperrt, An diesem Punkt wird die Spannung am Kondet

7 8

sator gehalten, sie unterscheidet sich jedoch vom schluß 103, mit einer Spannungsimpulsquelle und Eingangssignal zu der Zeit, zu der das Signal zum mit seinem Emitter mit einer negativen Stromquelle Sperren gegeben worden ist, um einen geringen 17 verbunden. Transistor 19 des Transistorpaares Mehrbetrag. Diese Wirkungsweise der Torschaltung ist mit seinem Kollektor mit dem Steueranschluß 106, kann man besser verstehen, wenn man ein Eingangs- 5 mit seiner Basis bei Anschluß 104 mit einer Spansignal von + 2 Volt, ein Übertragersignal von 6 Volt nungsimpulsquelle und mit seinem Emitter mit dem und eine Diodenvorwärlsspannung von 0,7 Volt an- Ausgang der negativen Stromquelle 17 verbunden, nimmt. Wenn das Sperrsignal auftritt, ist die Span- Dieses Transistorpaar bewirkt eine Stromschaltung nung am Kondensator 4- 2 Volt, die Spannung am der Torschaltung.

oberen Brückenknoten etwa 2,7 Volt und die Span- ίο Diese Schaltungsanordnung kann wie die der nung am unteren Knoten etwa 1,3 Volt. Für einen Fig. 1 als Abtast-und Halteschaltung verwendet wervollständigen Übergang ändert der Übertrager die den. Demzufolge ist ein Kondensator 24, der zwi-Spannung an der Kathode der Diode 5 von + 3 auf sehen den Ausgangsanschluß 102 und Masse geschal-— 3 Volt und die Spannung an der Anode der tet ist, eingeschlossen, um den Haltekondensator Diode 6 von —3 auf +3VoIt. Eine Prüfung des 15 einer solchen Schaltung darzustellen. Zustandes der Torschaltung an dem Übergangspunkt, Die Transistoren 18 und 19 werden durch die an dem die Übertragerspannung genügend Ladung Quellen 103 und 104 komplementär betrieben. Wenn geliefert hat, so daß die Spannung an der Kathode einer leitend ist, ist demnach der andere gesperrt, der Diode 5 + 1 Volt und die Spannung an der Wenn Transistor 18 leitend ist, ist die Torschaltung Anode der Diode 6 - 1 Volt ist, zeigt die Tatsache, ao gesperrt, und der Strom fließt so, wie es durch die daß die Dioden 3, 4 und 5 leitend, die Dioden 1, 2 gestrichelten Pfeile gezeigt ist. Diese Ströme bringen und 6 jedoch nicht leitend sind. Dies führt dazu, daß an den Anschlüssen 105 und 106 Vorspannungen die Ladung am Kondensator 10 über die Diode 4 hervor, welche die Brückendioden am Leiten hinvon der Stromquelle 8 abgenommen wird. Schließlich dem. Wenn jedoch Transistor 19 leitend und Trankehrt sich die Übertragerspannung um, und auch die as sistor 18 gesperrt ist, fließt der Strom so, wie es Diode 6 leitet, was zur Sperrung aller Vierer-Dioden durch die durchgehenden Pfeile gezeigt ist. In diesem f.hrt. Deshalb ist der Betrag einer Fehlerspannung in Fall sind alle Dioden der Brücke in Vorwärtsrichnichtlinearer Weise proportional der Schaltzeit und tung vorgespannt, und das Signal am Eingang 101 dem Eingangsspannungspegel, wodurch eine Verzer- wird auf den Ausgang 102 übertragen. Diese Schalrung der Abtastwerte verursacht wird. 30 tungsart weist die beiden Ladearten auf, wie sie im

Eine Möglichkeit, diesen Fehler in der Haltespan- Zusammenhang mit F i g. 1 diskutiert worden sind, nung über dem Kondensator zu reduzieren, besteht Sie leidet jedoch nicht unter dem Fehlerstrom, der darin, die Torschaltung sehr schnell zu schalten. In bei einer Lewis-Torschaltung während des Sperrens F i g. 2 ist jedoch eine schematische Darstellung einer auftritt Wenn ein Spannungspegel am Eingang an-Torschaltung angegeben, welche die Nichtlinearität 35 liegt, und das stromführende Paar mit einem Signal der Schaltung der F i g. 1 überwindet, ohne daß geschaltet wird, das eine kleine Anstiegszeit aufweist, extrem schnelles Schalten nötig wäre. In der Schal- nimmt der Strom durch die Brücke genauro gleichtung nach Fig.2 ist ein Dioden-Vierer so angeord- förmig ab, wie der Strom Z₁₈ durch den Transistor 18 net, daß die Anode einer Diode 11 und die Anode gleichförmig ansteigt. Ebenso nimmt der Strom Z₁₉ einer Diode 12 mit einem Torschaltungssteueran- 40 durch den Transistor 19 gleichmäßig ab. Deshalb schluß 105 versehen sind. Ebenso ist die Kathode sperren alle Dioden der Brücke gemeinsam, und es einer Diode 13 und die Kathode einer Diode 14 mit wird dem Haltekondensator keine Extraladung zugeeinem Steueranschluß 106 verbunden. Das Schal- führt oder von diesem abgenommen, bevor die tungseingangssignal am Anschluß 101 wird der Ka- Brücke öffnet. Da dieser Fehlerstrom nicht mehr thode der Diode 11 und der Anode der Diode 13 45 vorhanden ist, hat die Torschaltung praktisch eine zugeführt, während das Schaltungsausgangssignal an lineare Übertragungsfunktion. Außerdem ist die Noteinem Anschluß 102 von der Kathode der Diode 12 wendigkeit extrem schnellen Schaltens an den Steuerrad der Anode der Diode 14 abgenommen wird. anschlüssen vermieden. Diese Schaltung hat jedoch Eine Diode 15 ist mit ihrer Kathode nth dem Steuer- läse zusätzliche Stromquelle, und alle drei Stromanschluß 105 und mit ihrer Anode mit einer negati- 5« qaellen müssen zueinander in richtigem Verhältnis ven Spannungsquelle 22 verbunden. Außerdem ist sein, urn eine übermäßige Gleicnstromversetzang am eine Diode 16 mit ihrer Anode mit dem Steuer- Ausgang zu vermeiden. Um dies zu erreichen, weranschluß 106 und mit ihrer Kathode mit einer posi- den zur Sicherstellung eines Stromgleichgewichts tiven Spannungsquelle 23 verbunden. Diese Dioden regulierende Rückkopplungsschleifen in der Grund- und Spannungsquellen erzeugen eine Vorspannung 55 anordnung eingeschlossen.

an den Steueranschlüssen des Vierers. Positive Strom- F i g. 3 zeigt ein erfindungsgemäßes Ausführungsquellen 20 und 21 führen dem Anschluß 105 bzw. beispiel mit einer Rückkopplungsschleife zur Sym 106 Strom zu. Es sei darauf hingewiesen, daß die metriernng des Torschaltungstreibstroms. Die An Stromquelle 21 gegenüber der Stromquelle 8 in Ordnung ist der von Fig.2 ähnlich, und entspre Fig. 1 in entgegengesetzter Richtung leitet. Diese 60 chende Einheiten haben dieselbe BezugsbezHchnong Stromquellen liefern den Torschaltungstreibstrom für sind jedoch mit einem Strichindex gekennzeichnet die Schaltung. Die Stromquellen 20 und 21 der Fig.2 sind durcl

Die Kollektoren eines komplementär getriebenen, eine Transistorstromquelle mit doppeltem Ausgang

ermttergekoppelten Transistorpaares, das zum Schal- ersetzt, zu der ein Verstärker 41, ein Transistor 31

ten der Torschaltung dient, sind mit den Steuer- 6$ und ein Transistor 32 gehört. In dieser Doppelans

anschlüssen 105 und 106 verbunden. Transistor 18 gangsstromquelle ist ein Widerstand 33 zwischen

des Transistorpaares ist nut seinem Kollektor mit eine positive Spannungsquelle 46 and den Emitte

dem Steueranschluß 105, mit seiner Basis bei An- des Transistors 31 geschaltet In gleicher Weise is

9 10

ein Widerstand 34 zwischen dieselbe positive Span- einander angepaßt sind, die Ausgangs Versetzung

mingsquelte 46 und den Emitter des Transistors 32 (Stufe) für eine Eingangsversetzung Null ebenfalls

geschaltet. Die Kollektoren der Transistoren 31 und Null. Dies kann man aus der Tatsache sehen, daß der

32» welche die Ausgänge der Stromquelle bilden. Strom in den oberen Knoten 305 der Diodenbrücke

sind nut den Torschaltungssteueranschlüssen 305 5 bei leitender Torschaltung

bzw, 306 verbunden. Z = Z = Z /2 (41

Die Spannüngsquelle 22 der F i g. 2 ist durch ein ^{ein S1 18} ' *· ' Netzwerk ersetzt* das einen Widerstand 39 und einen und der aus dem unteren Knoten 306 austretende

dazu parallelgeschalteten Kondensator 37 aufweist, Strom

der zwischen die Anode der Diode 15' und Masse io r =r —τ ₌(t —i n\~r n — r ή α\

geschaltet ist. Ebenso ist die Spannungsquelle 23 der ^{aui le 32 v 19 1}W*' ¹W* ¹™^U> ^'

F i g. 2 durch einen Widerstand 40 und einen dazu ist, wobei Z₁₉ der Kollektorstrom des Transistors 19

parallelgeschalteten Kondensator 38 zwischen der ist. Dies zeigt, daß die Torschaltungstreibströme

Kathode der Diode 16' und Masse ersetzt. Ist die automatisch symmetrisch sind, wenn die Transistoren Torschaltung gesperrt, ist der Strom durch den Wi- 15 aneinander angepaßt sind und Z?₃₉ = A₄₀ ist.

derstand39 gleich l_xn-I_3x, und der Strom durch den Wenn die Transistoren 31 und 32 bezüglich V_bt

Widerstand 40 ist gleich Z₃₂. Nimmt man für die Tor- oder β voneinander abweichen, dann ist

schaltung ein Tastverhältnis von 50 °/o und auch einen 1 — t A- AI (fti

sehr großen Wert für den Kondensator 37, dann ist ^{31 32 +} 1' ^w

die über dem Widerstand 39 sich ergebende Spannung 30 wobei Al_x die Differenz zwische Z₃₁ und Z₃₂ ist. Unter

V - — 1/2(Z -I)R (i) Verwendung der Gleichung (6) kann Gleichung (3)

ι ^v" "' "' *■ gelöst werden für und die Spannung über dem Widerstand 40 ist

/ _ "18 "M fj\

V, = 1/2 Z₃₂ R₄₀, (2) „ '» ^ . O)

wobei Z₁₅, Z₃₁ und Z₃₂ die Kollektorströme der Transistoren 18, 31 bzw. 32 und R,_a und R._n die Wider-

	Z32 =	Z18	AIx	ί	Alx	Λ Z1
	-z
/ein		Λβ	Λ« +
'aus	— I ~ MB		2
Z32 =
—
2
+
2

MO ^UIfc "'"·*'" 'ein ~ 'si ⁼ —— ~—- (8)

standswerte der Widerstände 39"bzw. 40 in Ohm sind.

Die Spannung über dem Widerstand 39 wird über _un(j einen Widerstand 35 dem Eingang 411 eines Opera- 3° tionsverstärkers41 und die Spannung über dem Widerstand 40 über einen Widerstand 36 demselben Eingang 411 des Operationsverstärkers 41 zugeführt.

Ein Widerstand 42 ist zwischen den Eingang 412 des Diese Gleichungen zeigen, daß die Treibstrom-

Verstärkers 41 und Masse geschaltet. Weiterhin ist 35 symmetrie erhalten ist, aber der Wert des Torschalein Kondensator 43 zwischen den Ausgang und den tungsstroms ändert sich um A I_xIl. Weichen auch die Eingang 412 des Verstärkers 41 geschaltet. Dies führt Transistoren T₁₈ und T₁₉ in ihren Eigen'chaften vondazu, daß der Verstärker als eine nichtinvertierende einander ab, so kann deren Stromverhältnis ausge-Integrationsschaltung wirkt. Das Ausgangssignal des drückt werden durch

Verstärkers41 wird den Basen der Transistoren31 40 r = 1 4. at nm

und 32 über einen Widerstand44 zugeführt und dient ^{I8 1β} ^ ^Δ'*' ^ΚΙΌ)

dazu, den Kollektorstrom dieser Transistoren zu wobei JZ₂ die Differenz zwischen Z₁₈ und Z₁₉ darsteuern. Ein als Filter dienender Kondensator 45 ist stellt. Eine Substitution der Gleichungen (6) und (10) zwischen den Verbindungspunkt der Basen der Tran- in die Gleichung (3) ergibt sistoren 31 und 32 und Masse geschaltet. Die Span- 45 /j . ^ r \ _ _(I < _Ai \_B —um, nungen über den Widerständen 39 und 40 werden ^v "^ ^v« ^{+ αι}0^κ» ~ ν«ί^κ4β.

durch den Verstärker verglichen, und das Ausgangs-

signal wird dazu verwendet, die Ströme der Trarai- ^was ^gelost werden kann m stören 31 ntid SS zu steuern. Diese AEutduusg stellt

Diese AEutduusg stellt

sfcher, daß die Spannungen -V₁ über den Wider- 50 / — (^«? . j\/ _{+ AI} _ _Al

stand 39 und F₈ über dem Widerstand 40 gleich sind. ^te Xr₃₉ j » ^l *

Wenn die Spannung V₂ kleiner als — V₁ ist, ist die oder Spannung am Eingang 411 des Verstärkers 41 negativ. Dies erzeugt eine negative Spannungsänderung / _ m» + Al₁-AI_t an den Basen der Transistoren 31 and 32, wodurch 55 ** / A₄₀ ' diese ihre Ausgangsströnre erhöhen. Dieses Anwach- y + -jT-sen des Stromausgangssignals fahrt zu einer Erhöhung ^{v M} der Spannung V₂ und einer Verminderung der Span-V dß di Shl ri id

der Spannung V₂ und einer Verminderung der Span- .

mmg - V., so daß die Schaltung Symmetrien wird. _ "^ .^{in den} oberen Knoten des Vrerers ißeßend

Des&alb gilt, wenn die Spannungen fiber den Wider- to ftrom ist, wie oben festgestellt, ^/„-M/,, on

standen 39 and 40 gleich sind ^{äer 3}^ ^dem enteren Knoten herausffießende Strot

η t λ β -τ » ri\ ^{fet !}*"~^It»~^Iss- Wenn diese beide» Ausdruck

ν te - ¹Xi) «se - ^ls2^K*o ■ w > g)eicii sind, befindet sich die Torschaltung wieder k

Unter idealen Umstanden ist /,. = Z₃₂ und Gleichgewa^L Wie Gtetcheag (1^t zä&, tritt ^i

l_m = I₁₉. Diese Bedingungen treten ent, wenn die e_s «J⁸⁰? j™*· ?«οη einer der WidersÜode so gcändei

Tit d Dll d d *"™ ⁰^ S¹=

l_m = I₁₉. Diese Bedingungen treten ent, wenn die e_s J?

Transistoren der Doppelstromquelle and das emitter- *"™»

gekoppelte Paar vollständig zueinander passen. Dann ^n _ - , At_{t (} .

ist, wenn R_n = R_n ist und aOe Vierer-Dioden an- ^t At "

Setzt man Gleichung (13) in Gleichung (14) ein, so erhält man

Z₁₉ -

2AI,

Λ9 ~ Λ

(15)

Dies zeigt, daß die Symmetriebedingungen von A Z₁ und A L abhängen, Bs ist also gezeigt worden, daß eine Abweichung der Transistoren 31 und 32 voneinander automatisch kompensiert wird, wohingegen eine Abweichung der Transistoren 18' und 19' ein Einstellen der Vorspannungswiderstände erfordert, um die Torschaltungstreibströme zu symmetrieten. Allerdings führt ein Einstellen dieser Widerstände dazu, daß die Schaltung empfindlich gegenüber der Anpassung der Transistoren 31 und 32, gegenüber A Z₁ wird. Gleichung (14) zeigt, daß diese letztere Empfindlichkeit ausgeschaltet werden kann, und zwar durch festsetzen des Stromes Z₃, auf einen konstanten Wert.

F i g. 4 zeigt ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel mit einer zweiten Rückkopplungsschleife, um (^ ϊπ Strom I₃₂ auf einem konstanten Wert zu halten. Die Anordnung der F i g. 4 ist der der F i g. 3 gleich, und entsprechende Einheiten haben dieselbe Bezugsnummer, sie sind jedoch mit einem doppelten Strichindex gekennzeichnet. Die Stromquelle 17' der F i g. 3 ist durch einen Transistor 52 in F i g. 4 ersetzt. Der Kollektor des Transistors 52 ist mit dem Verbindungspunkt der Emitter der Transistoren 18" und 19", und der Emitter des Transistors 52 ist mit einer negativen Spannungsquelle 47 verbunden. Die Spannung an der Basis des Transistors 52 steuert den Betrag des Kollektorstroms, und damit wirkt Transistor 52 als Stromquelle. Die Basisspannung zur Steuerung dieser Stromquelle wird über einen Widerstand 54 herangeführt, der zwischen den Ausgang eines Verstärkers 50 und die Basis des Transistors 52 geschaltet ist. Weiterhin ist ein Widerstand 53 zwischen die Basis und den Emitter des Transistors 52 geschaltet. Die Steuerspannung für diese Stromquelle wird dadurch erzeugt, daß eine der Vorspannungen mit einer Bezugsspannung verglichen wird. Um dies zu erreichen, ist ein Widerstand 51 zwischen einen Eingangsanschluß 502 des Verstärkers 50 und Masse geschaltet, und die Spannung über einem Vorspannungswiderstand 40" wird über einen Widerstand 59, einem Eingangsanschluß 501 des Verstärker* 50 zugeführt. Über atHehtander in Serie geschaltete Widerstände 58 und 57 ist der Eingangsanschruß 501 weiterhin mit Masse verbunden. Der Verbindungspunkt der Widerstände 58 and 57 ist über einen Widerstand 56 mit einer negativen Spannimgsquelle 48 verbunden, wodurch die Bezugsspanmmg erzeugt wird. Ein zwischen den Eingangsanschhiß 501 und den Ausgang des Verstärkers 50 geschalteter Kondensator 55 läßt den Verstärker als Integrationsschaltung wirken. Außerdem ist eine Rückkopplungsdiode 49 mit ihrer Anode mit dem Ausgang des Verstärkers und mit ihrer Kathode mit dem invertierenden Eingang 501 verbunden. Diese Diode verhindert ein Sperren der Schaltung während des Leitendwerdens. Da die Spannung ober dem Vorspannungswiderstand 40" mit dem Strom Z₈₈ and dem Tor-Tastverhältnis verknüpft ist, ist der durch den Widerstand 59 zum Verstärker SO fließende Strom dem Strom Z₅₂ proportional. Dieser Strom wird über den Widerstand 58 mit einem Bezugsstrom verglichen, der von der negativen Stromquelle 48 und den Widerständen 56 und 57 abgeleitet ist. Das Ausgangssignal des Verstärkers SO ist deshalb proportional dem Vergleich zwischen diesem Bezugsstrom und dem zu Z₃₂ proportionalen Strom und steuert den Strom, der durch den Transistor 52 von den Emittern der Transistoren 18" und 19" abgenommen wird. Jede Änderung des StroÄ*s Z₃₂ wird durch den Verstärker 50 festgestellt und hat eine entsprechende Änderung im Strom des Transistors 52 zur Folge, was den Strom Z_M wieder auf dessen vorherigen Wert einstellt. Der Wert von Z„ wird bestimmt durch das Verhältnis zwischen den Widerständen 56, 57, 58 und 59. Gleichung (12) zeigt, daß die zweite Rückkopplungsschleife die Empfindlichkeit

der Torstromsymmetrie gegenüber dem Gleichlauf der Stromquellentransistoren 31 und 32 ausschaltet, sogar wenn das Verhältnis von R₃₉ und R₄₀ von eins

abweicht.

Die komplementäre Treibspannung für die Tran-

ao sistoren 18" und 19" wird von einem Taktsignal abgeleitet, das einem Anschluß 701 in F i g. 4 zugeführt wird. Anschluß 701 ist außerdem mit der Basis eines Transistors 70 verbunden, der ein Teil der Schaltungsanordnung zur Erzeugung der komplementären

as Treibspannungen ist. Transistoren 70 und 71 sind in einer Stromprüfanordnung (current routine arrangement) verbunden, wobei ihre Emitter zusammengeschaltet sind. Ein Widerstand 75 ist zwischen die Basis des Transistors 71 und Masse geschaltet; dagegen ist ein Widerstand 76 zwischen die positive Spannungsquelle 46 und die Basis des Transistors 71 geschaltet. Die Kollektoren der Transistoren 70 und 71 sind über in Serie geschaltete Widerstände 72 und 73 miteinander verbunden. Der Verbindungspunki der Widerstände 72 und 73 ist über einen Widerstand 74 mit der positiven Spannungsquelle 46 verbunden. Die Kollektorsignale der Transistoren 70 und 71 sind über Transistoren 60 bzw. 64 auf die Basen der Transistoren 18" und 19" gekoppelt. Die Transistoren 6G

und 64 sind so geschaltet, daß sie als Zener-Dioder wirken. Ihre Emitter sind mit det» Kollektoren dei Transistoren 70 und 71 und ihre Kollektoren sind mil den Basen der Transistoren 18" und 19" verbunden Die Basen der Transistoren 60 und 64 sind mit ihren Kollektoren zusammengeschaltet. Ein Widerstand 62 ist zwischen den Kollektor des Transistors 4 4 unc eine negative Spannungsquelle 47 geschaltet. Außerdem ist ein Widerstand 63 zwischen den Kollektoi des Transistors 60 nnd dieselbe negative Spannung»

so quelle 47 geschaltet. Diese de 62 oad 6: wirken als Ablgen for die Zehnerströme de Transistoren 60 and 64.

Eine Transistoren 80,81 and 82 aufweisende Kon stantstromquerie ist mit den Emittern der Transi stören 70 und 71 zasanunengescbaltet Diese Tran sistoren sind so angeordnet, daft der Kollektor de Transistors 80 mit dem Verbirtdungspunkt der Emit ter deT Transistoren 70 and 71 verbunden ist Weter hin ist der Emitter des Transistors 80 mit dem KoI Iektor des Transistors 81, mit der Bass des Transi sistors 81 und mit der Basis des Transistors 82 vet {runden. Ein Widerstand 85 ist zwischen die negativ Spannnngsquefle 47 und den Emitter des Traaststoi 81 geschaltet Der Emitter des Transistors 9St ist übe einen Widerstand 84 not der negativen Spannung! queue 47 and sein Kollektor mit der Bass des Trac sistors 80 verbanden. Außerdem ist ein WiderstaÄ 83 zwischen die positive Spannungsqnetle 46 and de

Kollektor des Transistors 82 geschaltet. Um zu verhindern, daß Stroroversorgungsreuschefl auf die Basen der TorschaltnngstreibetFansistoren 18" und 19" gelangt, ist ein Kondensator 66 zwischen die negative Spannungsqiuelle 47 und Masse geschaltet. s

Die obige Diskussion galt dafür, daß symmetrische Torschaltungstreibströme envünscbt sind, d, h,, daß der in den oberen Knoten des Vierers fließende Strom dem aus dem unteren Knoten austretenden Strom gleich sein soll. Dies trifft zu, wenn die vier Dioden identische Durchlaßeigenschnften haben und die Eingangsversetzungsspannung Null ist Unter diesen Bedingungen erzeugt ein symmetrischer Strom triebgleiche Diodenströine und keine Ausgangsstufen. Es ymrde auch gezeigt, daß die Widerstände 39" und 40" getrimmt werden müssen, wenn Symmetrie erreicht werden soll und die Torschaltungstreibetransistoren 18" und 19" ungleich sind. Wenn die vier den Vierer bildenden Dioden jedoch unterschiedliche Durchlaßeigenschaften haben, oder wenn der Eingang der Torschaltung gJejcbstroroversetzt ist, ist ein unsymmetrischer Torschaltungstrieb erforderlich, um keine Ausgangsstufe zu erhalten. Die Größe der erforderlichen Unsymmetrie hängt von den Durchlaßeigenschaften der speziell verwendeten Dioden ab und von der Glcichstromversetzung, die unterdrückt werden muß. Deshalb erlaubt eh Trimmen der Vorspannungswiderstände eine Fehlanpassungskompensation der verschiedenen aktiven Komponenten der Torschaltung und außerdem die Kompensation einer Gleichstromverschiebung im Eingangssignal. Eine Unterdrückung der Gleichstromverschiebung ist besonders wichtig bei integrierten Schaltungen verwendenden Signalverarbeitungsanlagen, da sie das Weglassen von Abblockkondensatoren erlaubt, die viel Platz benötigen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche;

1. Torschaltung mit einem Eingang, einem Ausgang, einer Diodenbriicke mit einem ersten und zweiten Steueranschiuß, einem mit dem Scbaltungseingang verbundenen Eingangsanschluß, einem mit dem Schaltungsausgang verbundenen Ausgangsanschluß; einer ersten und zweiten mit dem ersten bzw. zweiten Steueran-Schluß verbundenen Stromquelle, einer ersten und zweiten Diode, von denen je ein Anschluß mit dem ersten bzw. zweiten Steueranschluß verbunden ist, und einer Schaltvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste (22) und eine zweite (23) mit den anderen Anschlüssen der ersten (IS) bzw. zweiten (16) Diode verbundene Vorspannungseinrichtung vorgesehen ist und daß die Schaltvorrichtung (17, 18, 19) einen ersten und zweiten, mit dem ersten (IQS) ao bzw. zweiten {196) Steueranschluß verbundenen Ausgangsanschluß zur abwechselnden Stromabnahme vom ersten und zweiten Steueranschluß aufweist.

2. Torschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Diodenbrücke eine erste und eine zweite Diode (11, 12), die anodenseitig mit dem ersten Steueranschluß und kathodenseitig mit dem Eingangs- (101) bzw. Ausgangsanschluß (102) verbunden sind, sowie eine dritte und vierte Diode (13, 14) aufweist, die kathodenseitig mit dem zweiten Ste-eranschluß und anodenseitig mit dem Ein£angs- bzw. Ausgangsanschluß verbunden sind.

3. Torschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquellen (20, 21) steuerbar sind, daß die erste und zweite Vorspannungseinrichtung einen ersten (39) bzw. zweiten (40) Widerstand und Kondensator (37 bzw. 38) je in Parallelschaltung aufweist, daß die Schaltvorrichtung aufgebaut ist aus einer weiteren Stromquelle (17), einem mit seiner Kollektor-Emitter-Strecke zwischen die weitere Stromquelle und den ersten Steueranschluß geschalteten ersten Transistor (18), einem mit seiner Kollektor-Emitter-Strecke zwischen die weitere Stromquelle und den zweiten Steueranschluß geschalteten zweiten Transistor (19) und einer Schaltung, die von einem Eingangszeitsteuersignal einen ersten (von 103) und einen dazu komplementären zweiten (von 104) Spannungssignalausgang verfügbar macht, wobei der erste der komplementären Signalausgänge mit der Basis des ersten Transistors und der zweite der komplementären Signalausgänge mit der Basis des zweiten Transistors verbunden ist, und daß eine Spannungsvergleichsschaltung (41) zum Vergleich der Spannungen an def ersten und der zweiten Vorspannungseinrichtung vorgesehen ist, um in Abhängigkeit vom Vergleich ein Ausgangssignal zur Steuerung der ersten und der zweiten Stromquelle zu erzeugen, wodurch im Betrieb die Spannungen über der ersten und der zweiten Vorspannungseinrichtung praktisch gleich groß sind.

4. Torschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Stromquelle aufgebaut ist aus einer ersten Spannungsquelle (46), einem mit seiner Kollektor-Emitter- Strecke zwischen den ersten Steueranschluß und einen mit der ersten SpannungsqueHe verbundenen ersten StromqueUenwiderstand (33) geschalteten ersten Stromquellentransistor (31), einem mit seiner Kollektor-Emitter-Strecke zwischen den zweiten Steueranscbluß und einen mit der ersten Spannungsquelle verbundenen zweiten Stroroquellenwiderstand (34) geschalteten und mit seiner Basis mit der Basis des ersten Stromquellentransistors verbundenen zweiten Stroraquellentransistor (32), einem zwischen die Basis des ersten Stromquellentransistors und den Ausgang der Spannungsvergleichsschaltung geschalteten dritten Stroroquellenwiderstand (44) und einem zwischen die Basis des ersten Stromquellentransistors und Masse geschalteten Stromquellenkon densator (45).

5. Torschaltung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsvergleichsschaltung aufgebaut ist aus einem ersten Operationsverstärker (41) mit einem invertierenden und einem nichtinvertierenden Eingang, einem zwischen den anderen Anschluß der ersten Diode und den nichtinvertierenden Eingang geschalteten ersten Vergleichswiderstand (35), einem zwischen den anderen Anschluß der zweiten Diode und den nichtinvertierenden Eingang geschalteten zweiten Vergleichswiderstand (36), einem zwischen den invertierenden Eingang und Masse geschalteten dritten Vergleichswiderstand (42) und einem zwischen den invertierenden Eingang und den Ausgang des ersten Operationsverstärkers geschalteten ersten Vergleichskondensator (43).

6. Torschaltung nach einemderAnsprüche3,4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Stromquelle steuerbar ist und daß eine Einrichtung (50) zur Erzeugung einer Steuerspannung vorgesehen ist, um die weitere Stromquelle zu steuern, wodurch der Strom in der Kollektor-Emitter-Strecke eines Stromquellentransistors praktisch konstant ist.

7. Torschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung einer Steuerspannung aufgebaut ist aus einem zweiten Operationsverstärker (50) mit einem invertierenden (501) und einem nichtinvertierenden (502) Eingang, einem zwischen den anderen Anschluß der ersten oder der zweiten Diode und den invertierenden Eingang des zweiten Operationsverstärkers geschalteten ersten Steuerwiderstand (59), einem zwischen den nichtinvertierenden Eingang des zweiten Operationsverstärkers und Masse geschalteten zweiten Steuerwiderstand (51), in Serienschaltung verbundenen, zwischen den invertierenden Eingang des zweiten Operationsverstärkers und Masse geschalteten dritten (57) und vierten (58) Steuerwiderständen, einem zwischen die weitere Spannungsquelle und den Verbindungspunkt des dritten und vierten Steuerwiderstandes geschalteten fünften Steuerwiderstand (56), einem zwischen den invertierenden Eingang und den Ausgang des zweiten Operationsverstärkers geschalteten ersten Steuerkondensator (55), einem zwischen den Ausgang des zweiten Operationsverstärkers und die weitere Stromquelle geschalteten sechsten Steuerwiderstand (54) zum Anlegen der Steuerspannung und

einer'zwischen den invertierenden Eingang und Die Lösung dieser Aufgabe gebt aus dem kenn-

den Ausgang des zweiten Operationsverstärkers zeichnenden Teil des Anspruchs 1 hervor,

geschalteten Rückkoppelungsdiode (49), Die Stromquellen können steuerbar sein, die erste

und zweite Vorspannungseinriehtung kann einen

5 ersten bzw. zweiten Widerstand und Kondensator je

in Parallelschaltung aufweisen, die Schaltvorrichtung kann aufgebaut sein aus einer weiteren Stromquelle,

Der AG betrifft eine Torschaltung mit einem Ein- einem mit seiner Kollektor-Emitter-Strecke zwischen