DE2356386A1

DE2356386A1 - Schaltung zur potentialverschiebung

Info

Publication number: DE2356386A1
Application number: DE2356386A
Authority: DE
Inventors: Yoshio Hishiki; Masayuki Hongu
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1972-11-13
Filing date: 1973-11-12
Publication date: 1974-05-22
Also published as: US3851190A; CA988174A; GB1413217A; NL7315522A; FR2206625B1; DE2356386C3; NL177542B; AU6222373A; NL177542C; FR2206625A1; JPS5330205Y2; JPS4985035U; AU472389B2; SE395805B; DE2356386B2

Description

Patentanwalt« _H

' k:Su^Tnschmanh 12.November 1973

S0486

SONY CORPOEATIOF

7-35 Kitashinagawa 6-öhome

SMnagawa-Ku

Tokio/ JAPAF

Patentanmeldung

Schaltung zur Potentialverschiebung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zur Potentialverschiebung ,die als "Level-Shifting"-Kreis bekannt ist und wie sie im Oberbegriff des Patentanspruches 1 beschrieben ist.

In vielen elektronischen Schaltungen werden verschiedene Arten von Level-Shifting-Kreisen in großem Umfang verwendet, und zwar insbesondere in integrierten Schaltkreisen, in denen zahlreiche gleichspannungsgekoppelte Transistorverstärker mit gleichem Leitungstyp miteinander in Kaskade verbunden sind. In solchen integrierten Schaltkreisen sind Level-Shifting-Kreise gewöhnlicherweise notwendig, weil die Gleichspannungs-Arbeitspotentiale der Verstärker graduell höher oder niedriger sind mit bezug auf den Leitfähigkeitstyp.der Transistoren, die darin in Kaskade miteinander verbunden sind. So wie die Gleichspannungs-Betriebspotentiale verschoben sind, werden die dynamischen Bereiche der Verstärker sukzessive enger. Es werden jedoch Level-Shifting-Kreise verwendet, um das ursprüngliche Gleichpotential" bei einer bestimmten Verstärkerstufe oder -stufen' wiederherzustellen, mit dem Zweck, die dynamischen Bereiche aufeinanderfolgender Verstärkerstufen genügend breit zu

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Ein typischer Level-Shifting-Kreis besteht aus einer Anzahl von in Kaskade miteinander verbundenen Transistoren in Emitterfolgerschaltung. Dieser Aufbau eines Schaltkreises wird oft'verwendet, weil er eine Anzahl Vorteile'bietet, so z. B. hohe Eingangsimpedanz bei geringer Ausgangsimpedanz. · Weiter bietet er den Vorteil eines einfachen Schaltkreisaufbaues.

Jedoch läßt sich bei einem Level-Shifting-Kreis, bei dem Emitterfolgertransistoren in Kaskade miteinander verbunden sind, der Betrag der Gleichpotentialverschiebung, die durch die Anzahl der in Kaskade miteinander verbundenen Transistoren bestimmt ist, nicht in einfacher Weise genügend groß machen. Es ist so, daß die Gleichpotentialverschiebung, die durch jeden in Kaskade verbundenen Transistor erreicht wird, gleich der Gleichpotentialdifferenz bzw. gleich, der Gleichspannung zwischen der Basis- und der Emitterelektrode des Transistors ist/ die ungefähr 0,7 Volt bei einem Siliciumtransistor beträgt. Demzufolge wird oft eine große Anzahl von Transistoren benötigt, die in Kaskade miteinander zu verbinden sind, um eine wie erwünscht große Gleichpotentialverschiebung zu erreichen. Zum Beispiel werden ungefähr zehn Transistoren in Kaskade verwendet, um eine Potentialverschiebung von 7 Volt zu gewinnen.

Darüber hinaus wird bei einem solchen Level-Shifting-Kreis, der in Emitterfolger-Kaskadenschaltung aufgebaut ist, die Gleichspannungs- bzw. Gleichpotentialverschiebung durch Tempera turveränderungen beeinflusst, und zwar entsprechend der Temperaturcharakteristik der PN-Übergänge, die zwiechen Basis und Emitter der Transistoren vorliegen, die in Emitterfolgerschaltung verbunden sind. Falls eine Anzahl η Emitterfolgertransistoren miteinander in Kaskade verbunden sind, um eine Gesamtpotentialverschiebung von n-V-g-g Volt zu erreichen (worin V_BE der Gleichspannungsabfall aischen der Basis- und der Emitterelektrode eines jeden Emitterfolgertransistors ist) wird die gesamte Potentialverschiebung mit n*V-g_E beträchtlich

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durch die kumulativ zusammenwirkenden Temperatürcharakteristiken der PIT-Übergänge der η Transistoren "beeinflusst. Polglich ist die Gleichpotentialverschiebung H'V-g-g nicht genügend stabilisiert bzw. kann nicht temperaturunabhängig konstant gehalten werden. Es ist daher der Versuch gemacht worden, die durch Temperaturveränderungen bewirkten Veränderungen der Gleichpotentialverschiebung dadurch zu kompensieren, daß man eine Änderung oder Verschiebung der Eingangs-Gleichspannung entsprechend der Temperaturveränderung vorgenommen hat. Das heißt, daß man- die Eingangsgleichspannung bzw. das Eingangsgleich-•potential in der gleichen Richtung und um den gleichen Betrag geändert bzw. verschoben hat, wie eine Änderung oder Verschiebung entsprechend der Temperaturcharakteristiken der Gesamtzahl der PN-Übergänge der Emitterfolgertransistoren vorliegt.

Es ist jedoch ganz allgemein für die meisten Schaltungen erwünscht oder gefordert, daß das Eingangs-Gleichpotential konstant bleibt auch bei Temperaturveränderungen, und zwar insbesondere wenn die Schaltungen aus einer Vielzahl von gleichspannungsgekoppelten Verstärkerstufen besteht.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen neuen Level-Shifting-Kreis zu finden, der die voranstellend angegebenen Nachteile nicht mehr aufweist. Insbesondere soll der neue Level-Shifting-Kreis eine Verschiebung bzw. Veränderung des Gleichpotentials bzw. der Gleichspannung haben, die temperaturunabhängig ist. Vorzugsweise soll bei diesem neuen Kreis die Gleichpotentialverschiebung in einfacher Weise und anpassungsfähig bestimmt sein. Der neue Level-Shifting-Kreis soll sich insbesondere als integrierter Schaltungskreis in einfacher Weise auf einem einzigen Halbleiter chip: herstellen lassen.

Diese Aufgabe wird mit einem wie eingangs angegebenen Level-Shifting-Kreis gelöst, der erfindungsgemäß-gekennzeichnet ist-, wie dies im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegeben ist.

40*821/0866

Weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteranspriichen angegeben. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein neuer G-Ieichspannungs-Level-Shifting-Kreis gefunden worden, der in einem weiten Bereich von Temperatursehwankungen stabil und konstant arbeitet und bei dem der Betrag der Gleichpotentialverschiebung anpassungsfähig veränderbar ist. Dieser Level-Shifting-Kreis nach der Erfindung umfaßt einen ersten, einen zweiten und einen dritten Transistor eines Leitungstyps, wobei jeder der Transistoren Emitter-, Kollektor- und Basiselektroden aufweist. Die Kollektorelektrode des ersten Transistors ist mit einem Anschluß für eine elektrische Spannung verbunden und die Emitterelektrode desselben ist über einen ersten Widerstand mit der Kollektorelektrode des dritten Transistors und der Basiselektrode des zweiten Transistors verbunden. Es ist ein Schaltkreis für die Basisvorspannung vorgesehen, um die Basiselektrode des dritten Transistors auf einer passenden Spannung bzw. Potential vorzuspannen. Die Emitterelektrode des dritten Transistors ist über einen zweiten Widerstand mit einem entsprechenden Anschluß für eine Spannung verbunden. Palis ein Eingangssignal auf einem ersten Gleichspannungspotential an die Basiselektrode des ersten Transistors angelegt wird, ergibt sich ein Ausgangssignal, dessen Gleichpotential auf ein zweites Gleichspannungspotential verschoben bzw. verändert ist, wobei das Ausgangssignal von einer der Emitter- und Kollektorelektroden des zweiten Transistors abgenommen wird.

Die Größe der Gleichpotentialverschiebung, das ist die Spannung bzw. die Potentialdifferenz zwischen dem ersten Gleichspannungspotential und dem zweiten Gleichspannungspotential, ist bei dem erfindungsgemäßen Kreis temperaturunabhängig konstant infolge der Auswahl des Verhältnisses der Widerstandswerte des ersten und des zweiten Widerstandes. Der Betrag der Gleichpotentialverschiebung kann in Übereinstimmung mit der Vorspannung justiert werden, die an die Basiselektrode des dritten Transistors angelegt ist.

4Ö98 21/QÖ65

Die Erfindung läßt sich auch mit anderen Worten wie folgt "beschreiben: Der neue Level-Shifting-Kreis weist einen ersten, zweiten und einen dritten Transistor gleichen Leitungstyps auf. Die Kollektor- und die Emitterelektrode des ersten und des,

zwei dritten Transistors sind in Reihe zwischen SpannungsanSchlüsse geschaltet. Die Kollektorelektrode des dritten Transistors ist des weiteren mit der Basiselektrode des zweiten Transistors verbunden. In Reihe zwischen der Emitterelektrode des ersten Transistors und der Kollektorelektrode des dritten Transistors ist ein erster Widerstand eingefügt. Ein zweiter Widerstand .befindet sich im Emitterkreis des dritten Transistors. Für die Basisvorspannung des dritten Transistors ist ein Vorspannungskreis vorgesehen. Wenn ein Eingangssignal auf einem' ersten Gleichspannungspotential an die Basiselektrode des ersten Transistors angelegt wird, tritt ein Ausgangssignal auf einem zweiten Gleichspannungspotential an einer der Emitter- und Kollektorelektroden des zweiten Transistors auf. Das Verhältnis der Widerstandswerte des ersten und des zweiten Widerstandes ist so gewählt, daß die Differenz zwischen erstem und zweitem Gleichspannungspotential, auf die sich Eingangs- und Ausgangssignale beziehen, temperaturunabhängig konstant bleibt. Durch die Vorspannung an der Basiselektrode des dritten Transistors läßt sieh die Spannungsdifferenz bzw. Verschiebung zwischen erstem und zweitem Gleichspannungspotential einstellen.

Weitere Erläuterungen der Erfindung gehen aus den Figuren und der Beschreibung zu einem Beispiel nach dem Stand der Technik und zu Beispielen für besonders bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung hervor.

Fig. 1 zeigt ein schematisches Diagramm eines bekannten "Level-Shifting"-Kreises und

Fig. 2 bis 5 zeigen schematische Diagramme von beispielhaften Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen "Level- : Shifting"-Kreises. . '

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Der in Fig. 1 gezeigte, typische Level-Shifting-Kreis bekannter Art umfaßt zwei Transistoren 2 und 3, die Widerstände 4 und 6 und die Dioden 5_A - 5jj. Mit 1 ist der Anschluß für .einen Signaleingang bezeichnet, der mit der Basiselektrode des Transistors 5 verbunden ist. Die Kollektorelektrode des Transistors 2 ist mit dem Anschluß 21 einer Yersorgungs-Spannungsquelle verbunden, die eine passend vorgegebene Spannung bzw. Potential +V" liefert. Die Emitterelektrode des Transistors 2 ist über den Widerstand 7 mit dem zur Versorgungs-Spannungsquelle zugehörigen Anschluß 22 verbunden, der auch der Masseanschluß Sein kann. Der Widerstand 4, eine vorgegebene Anzahl η Dioden 5. - 5™ und ein Widerstand 6 sind miteinander in Reihe geschaltet und bilden einen Spannungsteiler, der zwischen den Anschlüssen 21 und 22 der Versorgungsspannungsquelle angeschlossen ist. Die Basiselektrode des Transistors 2 ist mit einem Schaltungspunkt zwischen dem Widerstand 4 und der · Diode 5. verbunden, so daß diese Elektrode eine Gleieh-Vprspannung erhält, die temperaturkompensiert ist. Die Emitterelektrode des Transistors 2 ist mit der Basiselektrode des Transistors 3 verbunden. Die Kollektorelektrode des Transistors 3 ist mit dem Anschluß 21 verbunden. Die Emitterelektrode des Transistors 3 ist mit dem Ausgangsanschluß 9 und über den Widerstand 8 mit dem Anschluß 22 verbunden.

Bei Betrieb des in Fig. 1 gezeigten Schaltungskreises wird an den Anschluß 1 ein Eingangssignal angelegt, das ein erstes Gleichspannungspotential V_in hat. Dieses Potential bestimmt sich als Funktion der Versorgungsspannung V__, der Widerstands-

cc

werte der Widerstände 4 und 6 und der Anzahl η der Dioden 5. - 5jt. Das am Ausgangsanschluß 9 zu erhaltende Ausgangspotential ist als zweites Grleichspannungspotentxal V^ bezeichnet. Es ergeben sich die folgenden mathematischen Beziehungen:

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— ι —

" R- +' R_c 'cc R. + Rg. ^vd 4 6 4 6

V - V - V -V
out " ^vin ^VBE2 ^VBE3

wobei V, der Gleichspannungsabfall über einer jeden Diode der η in Reihe hintereinandergeschalteten Dioden 5,, - 5jt ist. ^VBE2 ^is'^{b die G}l^eicnsP^annung "bzw. die Potentialdifferenz zwischen der Basis- und der Emitterelektrode des Transistors 2. V-m?- ist die Gleichspannung zwischen der Basis- und der Emitterelektrode ^vdes Transistors 3. R. und Rg sind die entsprechenden Widerstandswerte der Widerstände 4 und 6.

In den oben angegebenen Gleichungen (1) und (2) sind die Größen ?,. V-DT*r> und V-DT-z ungefähr einander gleich, so daß manden

Q. Jjüi d. -Dxj 0 '

folgenden Ausdruck erhält:

^Vin =	R,	- 1	_, γ	+	DR^	^k6	η	^VBE
^Vout ⁼	\ ^H	^l6	I₆ ^vcc		^k4 ⁺
	^Vin I	+		cc		+ ^R6
\	^k6 ^V	U
	}-

worin V_BE = V_d = VJg₂ = 7^' ist.

Die Spannung Y-^y weist zu einem gewissen Grade eine Temperaturabhängigkeit auf. Aus Gleichung (4) ist zu ersehen, daß die Ausgangsgleichspannung V , temperaturunabhängig kostant bleibt, wenn folgende Gleichung erfüllt ist:

nR-

-2 = 0 (5)

^K4 ^K6

wobei die Gleichung (5) wie folgt geschrieben werden kann:

409821/0866

η= 2 [ 1 _+Ε| ) ₍₆)

Durch Einsetzen der Gleichung (6) in jeweils die Gleichungen (3) und (4) erhält man die folgenden Gleichungen:

^V ^Vcc ^{+ 2V}BE

in - ^Vcc ^{+ 2V}BE
4 6

OUt τ, _,_ τ, CC

4 6

Aus einem Vergleich der Gleichungen (7) und (8) ist zu ersehen, daß in dem Schaltungskreis der Pig. 1 eine Verschiebung des Gleich-Potentials bzw. der Gleichvorspannung um 2'V-g-g erhalten wird. Die Ausgangs-Gleichspannung V , kann temperaturunabhängig konstant gehalten werden. Die Eingangsgleichspannung V_in wird jedoch entsprechend den Temperaturcharakteristiken der zwei PN-Übergänge beeinflusst.

Pig. 2 zeigt eine Aus führungs form eines erfindungs gemäß en Level-Shifting-Kreises, wobei entsprechende Bezugszeichen insoweit verwendet worden sind, als mit der Pig. 1 gleiche bzw. entsprechende Einzelheiten vorliegen. Ein in Pig. 2 schematisch gezeigter Level-Shifting-Kreis weist die Transistoren 11, 13 und 17 und die Widerstände 12, 14, 15, 16 und 18 auf. Ein Anschluß 1 für den Signaleingang ist mit der Basiselektrode des Eingangstransistors 11 verbunden. Die Kollektorelektrode des Transistors 11 ist mit einem Anschluß 21 einer Versorgungsspannungsquelle verbunden, die so bemessen ist, daß sie den Kreis mit einer passenden Spannung bzw. Potential +V

versorgt. Die Emitterelektrode des Transistors 11 ist mit der Kollektorelektrode des Transistors 13 über den,Widerstand verbunden. Die Emitterelektrode des Transistors 13 ist mit dem entsprechenden bzw. zugehörigen Anschluß 22 der Versorgungsspannungsquelle über den Widerstand 14 verbunden. Die Basiselektrode des Transistors 13 ist mit einem Schaltungspunkt zwischen zwei Spannungsteilerwiderständen 15 und 16 verbunden,

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die zwischen den Anschlüssen 21 und 22 liegen. Die Kollektorelektrode des Transistors 13 ist auch mit der Basiselektrode des Ausgangstransistors ΐ7 verbunden». Die KollektorelektrOde des Transistors 17 ist mit dem Anschluß.21 und die Emitterelektrode desselben ist über den Widerstand 18 mit dem Anschluß 22 verbunden. Der Ausgangsanschluß 9 ist mit der Emitterelektrode des Transistors T7 verbunden.

Bei Betrieb eines erfindungsgemäßen Kreises nach Flg.. 2 liegt an dem Eingangsanschluß ein Eingangssignal auf einem ersten Gleichspannungspotential T. an. Das Eingangssignal läuft durch die Emitterfolger-Transistorverstärker 11 und 17 hindurch zu dem Ausgangsanschluß 9.. An diesem Ausgangsanschluß 9 hat" das" Ausgangssignal ein zweites Gleichspannungspotential V .. Das Gleichspannungspotential des sich ergebenden Ausgangssignals wird verschoben bzw. ändert sich bezogen auf das Eingangssignal um den Betrag V , - V. .... Die Verschiebung der Gleichspannung bzw, des Gleichpotentials, die durch den Schaltungs— kreis nach Fig. 2 erhalten wird, läßt sich mit den folgenden Gleichungen angeben:

V=V-V -V— V (Q)

OUT/ XH ±?ϋ/ Ί 1 XeL -Dx* I \

R₁₂ (10)

^V13 " ^ΥΒΕ13

worin V-gGw-j die Differenz der Gleichspannungspotentiale bzw. die Gleichspannung zwischen der Basis- und der Emitterelektrode des Transistors 11, V_BE1, die Differenz der Gleichspannungspotentiale zwischen der Basis- und der Emitterelektrode des Transistors. 13 und V-g_E1„ die Differenz der Gleichspannungspotentiale zwischen der Basis- und der Emitterelektrode des Transistors 17 sind. V' ist die Gleichspannung, die über dem Widerstand 12 liegt und V.., ist das Gleichspannungspdfcential an der Basiselektrode des Transistors 13. B^₂ und R^. sind

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— 1 υ —

die Widerstandswerte der Widerstände 12 und 14.

In den oMgen Gleichungen (9> und (10)'haben ^V _BE11 ^BE 17 ^unS^efähr gleich große Werte, so daß sich die nachfol gende Gleichung durch Einsetzen der Gleichung (10) in die Gleichung (9) ableiten läßt:

γ - V

γ = ν _ ν - 15 BE15 _R _ Tr out ^vin ^VBE11 IT^ ⁿ12 ^VBE1?

worin V_BE = V_BE11 =.V_BE13 - V_BEt? ist.

Für den Schaltungskreis nach Fig. 2 ist der Widerstandswert R₁₂ so gewählt, daß er doppelt so groß wie der Widerstandswert R₁. ist. Mit R₁₂ = 2R₁. in Gleichung (11) ergibt sich:

^vout - ^vm - ^2V13 . <¹²>

Aus Gleichung (12) ist zu sehen, daß das Gleichspannungspo— tential des Ausgangs signals um den Betrag 2V₁, gegenüber demjenigen des Eingangssignals verschoben bzw. verringert ist. Das verschobene Gleichspannungspotential ist nur eine Funktion des an der Basiselektrode des Transistors 13 anliegenden Gleichspannungspotentials und ist keine Funktion der Basis-Emitter— spannung V_BE der Transistoren 11, 13 oder 17. Deren Basis-Emitterspannung ist zu einem Grad temperaturabhängig. Daraus ist zu ersehen, daß wenn wenigstens die Basisspannung V₁^ des Transistors 13 temperaturunabhängig konstant gehalten wird, daß verschobene Gleichspannungspotential 2V₁., ebenfalls von der Temperatur unabhängig konstant ist. Im Schaltungskreis nach Fig. 2 ist die an der Basis des Transistors -13 anliegende Spannung V₁, aus dem Spannungsteiler abgeleitet, der aus den Widerständen R₁,- ^und R₁/- besteht. Diese Spannung läßt sich wie folgt ausdrucken :

^09821/oses

^νΐ3 ⁼ π T⁵H ^Ycc ^

\j -ic; 1fi '

worin R₁₁- und R^ die Widerstandswerte der Widerstände 15 und 16 sind.

Wie man aus Gleichung (13) ablesen kann, ist die Spannung V.., an der Basiselektrode des Transistors" 13 temperaturunabhängig, wenn die Temperaturcharakteristiken der Widerstände 15 und 16 gleich gewählt sind und die Versorgungsspannung V temperaturunabhängig konstant gehalten wird. Diese Auswahl gleicher TemperatürCharakteristiken der Widerstände 15 und 16 und die Konstanthaltung der Versorgungsspannung V__ auf einem temperaturunabhängigen Wert entsprechen gängiger Praxis und lassen sich vom Fachmann ohne weiteres durchführen. Daraus ist zu sehen, daß der erfindungsgemäße Schaltungskreis einfach und billig im Aufbau ist und besonders gut geeignet istj für den Aufbau in Form eines einzigen Halbleiterchips in integrierter Schaltungstechnik.

Fig. 3 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schaltungskreises, wobei die Anzahl η direkt miteinander gekoppelter Emitterfolger-Transistoren 17A - 17N entsprechende Emitterwiderstände 18A - 18N haben. Es ist hier in dieser Weise der eine einzige Emitterfolger-transistor des Kreises nach Fig. 2 ersetzt. Für übereinstimmende Teile der Schaltungskreise der Figuren 2 und 3 sind dieselben Bezugszeichen verwendet worden. Für den dargestellten Schaltungskreis ist die Gleichung (11) in ersichtlicher Weise zu modifizieren und man erhält:

R-« R

= ^Vin

Die Widerstandswerte R₁₂ und R₁, der Widerstände 12 und 14 sind so ausgextfählti, daß ^R-j?/^R1
gende Gleichung ableiten:

so ausgextfählti, daß ^R-j?/^R14 ^{= n+}^ ist» Danach läßt sieh die fol

Aus Gleichung (15) ist zu sehen, daß die Gleichspannung bzw. das Gleichpotential V. , die sich auf das Eingangssignal bezieht, bei dem erfindungsgemäßen Schaltungskreis nach Fig. 3 um den Betrag (η+ΐ)·ν^^ verschoben wird. Der Betrag der Gleichspannungsverschiebung ist unabhängig von der Temperatur konstant, wenn die Basisspannung V₁- temperaturunabhängig konstant gehalten wird. Die Basisspannung V₁₅ des Transistors 13 kann in einfacher Weise temperaturunabhängig konstant gehalten werden, in ähnlicher Weise, wie das im Zusammenhang mit der Ausführungsform nach Fig. 2 beschrieben worden ist.

Fig.. 4 zeigt eine andere Ausführungsform nach der Erfindung, wobei eine Anzahl m in Reihe hintereinander geschalteter PN-Übergangsdioden 19A-19M vorgesehen sind. Diese Dioden sind in Reihe zwischen der Emitterelektrode des Transistors 13 und dem Widerstand 14 des Schaltungskreises geschaltet, wie schematisch in Fig. 2 dargelegt. Einander entsprechende Teile der Kreise der Figuren 2 und 4 haben dieselben Bezugszeichen.

Falls bei einem Schaltungskreis nach Fig. 4 der Spannungsabfall über einem jeden PN-Übergang der Dioden 19A.-19M und der Transistoren angenähert gleich V-^ ist, ergibt sich durch entsprechende Modifikation der Gleichung (11) die nachfolgende Gleichung:

out ~ in ~ R~77 13

V...j. = V_.„ -^ L, +I^ (m+1) - 2 J V_BE (16)

Die Widerstandswerte R₁₂ und R₁₄ der Widerstände 12 und 14 sind bei dieser Ausführungsform so ausgewählt, daß R.p/L . 2/(m+i) ist. Daraus ergibt sich dann die Gleichung:

2V

^vout = ^v"in- -57Γ

Aus dieser Gleichung (17) ist zu erkennen, daß die Gleichspannung bzw. das Gleichpotential V. des Eingangssignals bei dem Schaltungskreis nach Fig. 4 um den Betrag 2V'₁,/(m+1) verschoben

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235638$

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4G98 21/08B5

- 14 - ■

Die Widerstandswerte H₁₂, -R^, R^ _8Α und S₂₀ sind so ausgewählt, daß sie der Gleichung entsprechen:

^ß14 ^K1.8A
Diese Gleichung (.20) läßt sich auch schreiben:

₌₂ _ **1BA (21)

^R20

Durch Einsetzen von -^=- + = 2 aus Gleichung (21) in Gleichung (19) ergibt¹Sich §?e Gleichung :

^ (22)

Aus den Gleichungen (21) und (22) ist zu sehen, daß der Schaltungskreis nach Fig. 5 als temperaturstabilisierter "Level-Shifting"-Kreis arbeitet, wenn das Verhältnis zwischen den Widerstandswerten R^₂ und R₁- der Widerstände 12 und wie angegeben gewählt wird.

Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Betrag um den das Gleichpotential bzw. die Gleichspannung, auf der das Eingangssignal liegt, verschoben wird, als Funktion von V ., V. , V..,, R₁Q. und R„_o bestimmt, wie dies aus der Gleichung (22). abzulesen ist. Der in Fig. 5 gezeigte Level-Shifting-Kreis nach der Erfindung ist temperaturunabhängig stabilisiert, durch passende Auswahl des Verhältnisses der Widerstandswerte der Widerstände 12 und 14. Dementsprechend Ust die Größe der Gleichspannungsverschiebung gleichermaßen temperaturunabhängig konstant.

Im Rahmen der Erfindung lassen sich auch weitere Ausgestaltungen vom Fachmann auffinden.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

/I Λ Level-Shifting-Kreis mit einem ersten und. einem zweiten Transistor eines Leitungstyps, wobei jeder der Transistoren eine Basis-, eine Emitter- und eine Kollektorelektrode aufweisen, mit einem Eingangsanschluß für die Zuführung eines Eingangssignals mit einem ersten Gleichspannungspotential, das an der Basiselektrode des ersten Transistors anliegt, mit einem ersten und einem zweiten Anschluß für eine Versorgungsspannung, wobei die .Kollektorelektrode des ersten Transistors mit dem einen Anschluß der Anschlüsse' für die Ve rs or gungs spannung verbunden ist und der zweite Transistor mit seiner Kollektorelektrode mit dem einen Anschluß und mit seiner Emitterelektrode mit dem anderen Anschluß der Versorgungsspannung verbunden ist und wobei ein Ausgangsanschluß vorgesehen ist, der mit einer der Emitter- und der Kollektorelektroden des zweiten Transistors verbunden ist, um ein Ausgangssignal auf einem zweiten Gleichspannungspotential abnehmen zu können, d a durch gekennzeichne t, daß ein dritter Transistor (13) des gleichen Leitungstyps vorgesehen ist, daß ein erster Widerstand (12) vorgesehen ist, über den die Emitterelektrode des ersten Transistors (11) mit der Kollektorelektrode des dritten Transistors (13) verbunden ist₉ daß ein zweiter Widerstand (14) vorgesehen ist, über den die Emitterelektrode des dritten Transistors (13) mit dem andren Anschluß (22) für die Versorgungsspannung verbunden ist, daß eine Einrichtung (15,16) zur Bereitstellung einer Vorspannung für die Basiselektrode des dritten Transistors (13) vorhanden ist, daß die Kollektorelektrode des dritten Transistors (13) mit der Basiselektrode des zweiten Transistors (-17) verbunden ist, wobei die Widerstandswerte des ersten (12) und des zweiten (14) Widerstandes ein Verhältnis (Gleichung 12) zulassen, derart, daß die Differenz zwischen dem ersten Gleichspannungspotential und dem zweiten Gleichspannungspotential im wesentlichen temperaturunabhängig konstant gehalten ist.

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2. Kreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektorelektrode des dritten Transistors (13) mit der Basiselektrode des zweiten Transistors (17) verbunden ist, wobei hierfür eine Anzahl miteinander in Reihe geschalteter PN-Übergänge vorgesehen ist.
3. Kreis nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der in Reihe miteinander geschalteten PN-Übergänge

eine Anzahl η Emitterfolger-Transistoren (17A ) umfaßt,

und wobei das Verhältnis-zwischen dem Widerstandswert des ersten Widerstandes (12) und des zweiten Widerstandes (14) gleich n+1 ist.
4. Kreiß nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Widerstand (14) zur Verbindung der Emitterelektrode des dritten Transistors (13) mit dem anderen Anschluß (22) der Versorgungsspannung vorgesehen ist und daß eine Anzahl miteinander in Reihe geschalteter PN-Übergänge (19A ) (Pig. 4) vorgesehen sind.
5. Kreis nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß

die Anzahl der in Reihe geschalteten PN-Übergänge (19A )

m Dioden sind und daß das Verhältnis der Widerstandswerte des ersten Widerstandes (12) und des zweiten Widerstandes (14) gleich 2/(m+i) ist(Fig. 4).
6. Kreis nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektorelektrode des dritten Transistors (13) mit der Basiselektrode des zweiten Transistors (17B) derart verbunden ist, daß ein vierter Transistor (17A) des Leitfähigkeitstypus vorgesehen ist, der Basis-Emitter- und Kollektorelektrode hat, wobei die Kollektorelektrode des' dritten Transistors (13) mit der Basiselektrode dieses vierten Transistors (17A) verbunden ist, die Kollektorelektrode des vierten Transistors (17A) über einen vierten Widerstand (20) mit dem einen Anschluß (21) der Versorgungsspannung verbunden ist, die Emitterelektrode des vierten Transistors (17A)

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über einen fünften Widerstand C 18A) mit dem anderen Anschluß (22) der Vers or gungs spannung verbunden ist und die Kollektorelektrode des vierten Transistors. (17A) mit der Basiselektrode des zweiten Transistors (17B) verbunden ist. .
7. Kreis nach. Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe gebildet aus.dem Verhältnis der Widerstandswerte-des " ersten und des zweiten Widerstandes (12,14) und dem Verhältnis aus den Widerstandswerten des fünf ten und des vierten Transistors (18A,20) (Gleichung 21) gleich· einer ganzen Zahl ist.
8. Kreis nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe gebildet aus dem Verhältnis der Widerstandswerte des ersten und des zweiten Widerstandes (12,14) und dem Verhältnis der Widerstandswerte des vierten und des fünften Widerstandes (20,18A) gleich einer ganzen Zahl ist.
9. Kreis nach einem der Ansprüche 1 bis 8,,dadurch ge kennzeichnet, daß der Ausgangsanschluß (9) am Emitter des zweiten Transistors (17) liegt.

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