DE3108515C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Stromquellenschaltung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Eine solche Schaltung ist beispielsweise aus der Zeitschrift "radio- fernsehen-elektronik" 27 (1978) Heft 10, Seite 621 bis 625 bekannt. Der Stromspiegel enthält dabei bipolare Transistoren, und das Stromspiegelverhältnis ist durch das Verhältnis der Widerstände in den Emitterzuleitungen dieser Transistoren bestimmt.

Weiterhin ist aus der JP-A2 54-1 36 261 eine Stromspiegelschaltung bekannt, deren Eingangs- und Ausgangspotentiale durch einen gegengekoppelten Operationsverstärker konstant gehalten werden.

Weitere Schaltungen dieser Art sind aus "Electronic Products Magazine", den 21. Juni 1971, Seite 43 bis 45 bekannt und werden vielfach in integrierten Schaltungen verwendet. Viele Abwandlungen sind dabei bekannt, bei denen der erste Halbleiter eine Diode oder ein als Diode geschalteter Transistor sein kann, der zweite Halbleiter ein von der Spannung über die Diode angesteuerter Transistor sein kann, die beiden Halbleiter Transistoren mit miteinander verbunden und vom ersten Anschlußpunkt her angesteuerten Basis- oder Steuerelektroden sein können und der erste Halbleiter ein Transistor und der zweite Halbleiter eine Diode oder ein als Diode geschalteter Transistor sein kann, der in den Emitter- oder Source-Elektrodenkreis eines dritten Transistors aufgenommen ist, dessen Basis- oder Steuerelektrode mit dem ersten Anschlußpunkt verbunden ist. Die Stromspiegelwirkung beruht dabei auf der gegenseitigen Bemessung der beiden Halbleiter, wobei die beiden Widerstände ebenfalls dementsprechend bemessen werden. Diese Widerstände werden oft vorgesehen, um die Genauigkeit der Stromspiegelschaltung zu vergrößern, wobei der zusätzliche Effekt erhalten wird, daß der Rauschbeitrag der Stromspiegelschaltung herabgesetzt wird.

Durch eine Mitkopplung zwischen dem ersten Anschlußpunkt und den Steuerelektroden der beiden den ersten und den zweiten Halbleiterübergang bildenden Transistoren wird ein Stromspiegel und durch die Ansteuerung dieser Steuerelektroden mit einer konstanten oder Regelspannung wird eine Stromquelle erhalten.

Vor allem bei Anwendung von Feldeffekttransistoren ist der Rauschbeitrag der Stromquellenschaltung oft ziemlich hoch. Die Erfindung bezweckt, eine Stromquellenschaltung eingangs genannter Art mit einem herabgesetzten Rauschbeitrag anzugeben.

Die Erfindung ist dazu dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquellenschaltung eine aktive Gegenkopplungsschaltung mit einem zwischen den von dem gemeinsamen Punkt abgekehrten Seiten des ersten und des zweiten Widerstandes angeordneten differentiellen Eingang und einem Ausgang enthält, der in gegenkoppelndem Sinne mit dem zweiten Stromkreis gekoppelt ist, derart, daß eine Änderung der Spannung über dem zweiten Widerstand in bezug auf die Spannung über dem ersten Widerstand unterdrückt wird.

Der Erfindung liegt im Falle eines Stromspiegels die Erkenntnis zugrunde, daß, dadurch, daß über den ersten Widerstand ein von außerhalb der Stromspiegelschaltung stammender Strom fließt, über diesem Widerstand nur der eigene Rauschbeitrag dieses Widerstandes vorhanden ist und dieser Widerstand also als rauscharmes Referenzelement für den zweiten Stromkreis, der den Ausgangsstromkreis bildet, verwendet werden kann. Bei einer optimalen Gegenkopplung enthält der Eingangsstrom dann nur noch den eigenen Rauschbetrag des ersten Widerstandes und sind die Rauschbeiträge der beiden Halbleiter und des zweiten Widerstandes beseitigt. Ein wichtiger zusätzlicher Effekt ist, daß durch diese Maßnahme die Ausgangsimpedanz der Stromspiegelschaltung erhöht wird, ohne daß die Eingangsimpedanz erhöht wird, und daß die Übertragungsgenauigkeit vergrößert und insbesondere durch die Genauigkeit des Verhältnisses der beiden Widerstände bestimmt wird.

Im Falle einer Stromquelle bedeutet die Maßnahme nach der Erfindung, daß die Rauschbeträge in dem ersten und dem zweiten Stromkreis in hohem Maße miteinander korreliert sind, was zu einer Rauschherabsetzung führt.

Eine erste Ausführungsform einer Stromquellenschaltung nach der Erfindung kann weiter dadurch gekennzeichnet sein, daß die aktive Gegenkopplungsschaltung einen Gegenwirkleitwertverstärker enthält zur Umwandlung des Spannungsunterschiedes zwischen den Spannungen über dem ersten und dem zweiten Widerstand mit einem Gegenwirkleitwert, der im wesentlichen gleich der Inversen des Wertes des zweiten Widerstandes ist, und zum Injizieren eines dadurch bestimmten Stromes in den zweiten Stromkreis mit einer derartigen Polarität, daß die genannte Gegenkopplung erhalten wird.

Eine symmetrische Form dieses Ausführungsbeispiels kann dazu gekennzeichnet sein, daß die aktive Gegenkopplungsschaltung einen Gegenwirkleitwertverstärker enthält zur Umwandlung des Spannungsunterschiedes zwischen den Spannungen über dem ersten und dem zweiten Widerstand mit einem Gegenwirkleitwert, der nahezu gleich groß wie, aber kleiner als die Inverse des Zweifachen des Wertes des zweiten Widerstandes ist, mit einem differentiellen Ausgang zum Injizieren eines dadurch bestimmten Stromes in den zweiten Stromkreis und eines zu diesem Strom gegenphasigen Stromes in den ersten Stromkreis mit einer derartigen Polarität, daß die genannte Gegenkopplung erhalten wird.

Bei einem Stromverhältnis ungleich 1 ist diese symmetrische Ausführungsform weiter dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquellenschaltung zum Führen eines Stromes in dem zweiten Stromkreis eingerichtet ist, der sich zu dem Strom im ersten Stromkreis wie n : 1 verhält, daß der erste Widerstand einen n-mal größeren Wert als der zweite Widerstand aufweist, und daß der erste und der zweite Halbleiter dementsprechend bemessen sind, wobei der Gegenwirkleitwertverstärker derart aufgebaut ist, daß der in den ersten Stromkreis injizierte Strom einen Wert gleich dem -fachen des Wertes des in den zweiten Stromkreis injizierten Stromes aufweist.

In bezug auf die Ansteuerung an dem ersten und dem zweiten Stromkreis der Stromquellenschaltung kann die symmetrische Ausführungsform weiter dadurch gekennzeichnet sein, daß die Strominjektion an den Verbindungspunkten zwischen dem ersten Halbleiter und dem ersten Widerstand und zwischen dem zweiten Halbleiter und dem zweiten Widerstand stattfindet.

Eine besonders günstige Ausführungsform einer Stromquellenschaltung nach der Erfindung, bei der der erste und der zweite Halbleiter ein erster bzw. ein zweiter Feldeffekttransistor mit isolierten und miteinander verbundenen Steuerelektroden sind, die unter je einer isolierten Gate-Elektrode zwischen einem Source- und einem Steuerelektrodenanschluß ein Halbleitersubstrat enthalten, in dem sich durch Steuerung an dieser Steuerelektrode ein leitender Kanal bildet, wobei dieses Substrat mit einem Anschluß versehen ist, kann ohne Hinzufügung zusätzlicher Elemente verwirklicht werden und ist dazu dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Gegenkopplungsschaltung dadurch gebildet wird, daß der genannte Substratanschluß des ersten Feldeffekttransistors mit der Source-Elektrode des zweiten Feldeffekttransistors verbunden ist.

Diese besondere Ausführungsform kann symmetrisch ausgebildet werden und ist dazu dadurch gekennzeichnet, daß der Substratanschluß des zweiten Feldeffekttransistors mit der Source-Elektrode des ersten Feldeffekttransistors verbunden ist.

Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer Stromspiegelschaltung nach der Erfindung,

Fig. 2 eine symmetrische Gestaltung der Ausführungsform nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Ausführungsform des Gegenwirkleitwertverstärkers 3, der in der Schaltung nach Fig. 2 verwendet wird,

Fig. 4a eine bevorzugte Ausführungsform einer Stromspiegelschaltung nach der Erfindung, wobei in Fig. 4b ein Ersatzschaltbild dieser Schaltung zur Erläuterung der Wirkung der Schaltung nach Fig. 4a dargestellt ist, und

Fig. 5 einen Differenzverstärker bei dem die Erfindung angewandt wird.

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform eines Stromspiegels nach der Erfindung. Dieser enthält einen ersten n-Kanaltransistor T₁ und einen zweiten n-Kanaltransistor T₂. Die Drain-Elektrode des Transistors T₁ ist über eine Mitkopplung, im vorliegenden Falle eine Verbindungsleitung, mit der Steuerelektrode dieses Transistors T₁ und mit einem Eingangsanschlußpunkt 8 des Stromspiegels verbunden. Die Source-Elektrode des Transistors T₁ ist über einen Widerstand 1 mit einem gemeinsamen Punkt 10 verbunden. Die Steuerelektrode des Transistors T₂ ist mit der Steuerelektrode des Transistors T₁, die Drain-Elektrode mit einem Ausgangsanschlußpunkt 9 des Stromspiegels und die Source-Elektrode über einen Widerstand 2 mit dem gemeinsamen Punkt 10 verbunden.

In dieser Form ist die Kombination der Transistoren T₁ und T₂ und der Widerstände 1 und 2 eine einfache Ausführung eines Stromspiegels, die auf vielerlei Weise abgewandelt werden kann. Ein Strom I, der dem Eingangsanschlußpunkt 8 zugeführt wird, wird zu dem Ausgangsanschlußpunkt 9 gespiegelt und erscheint dort wie ein Strom I₁, der ein festes Verhältnis, z. B. 1, zu dem Eingangsstrom I aufweist. In bezug auf das Rauschen liefert der Widerstand 1 außer dem eigenen thermischen Rauschen keinen zusätzlichen Beitrag, weil ihm der extern bestimmte Eingangsstrom I aufgeprägt wird. Als Rauschquellen sind überdies der Transistor T₁ mit einer Rauschspannung e₁, der Transistor T₂ mit einer Rauschspannung e₂ und der Widerstand 2 mit einer Rauschspannung e₃ wirksam. Diese unkorrelierten Rauschspannungen führen im Ausgangsstrom I₁ eine Rauschkomponente Δ I herbei, die durch diese unkorrelierten Rauschquellen und den Wert R des Widerstandes 2 bestimmt wird, wodurch gilt: I₁ = I¹ + Δ I, wobei I¹ = nI der gespiegelte Eingangsstrom I ist und wobei Δ I auch eine Komponente enthält, die eine durch Abweichung in dem durch das Widerstandsverhältnis R₂/R₁ bestimmten Faktor n infolge einer Abweichung des Geometrieverhältnisses der TransistorenT₁ und T₂ von diesem Faktor n bestimmt wird.

Da über dem Widerstand 1, abgesehen von der durch das im Eingangsstrom I vorhandene Rauschen herbeigeführten Rauschspannung und dem eigenen thermischen Rauschen des Widerstandes 1, keine Rauschspannung vorhanden ist, kann nach der der Erfindung zugrunde liegenden Einsicht dieser Widerstand als Referenzelement für Rauschausgleich verwendet werden. Dazu wird die Spannung über dem Widerstand 2, die die durch die im Ausgangsstrom I₁ vorhandene Rauschkomponente Δ I herbeigeführte Spannung enthält, mit der Spannung über dem Widerstand I verglichen. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 erfolgt dies mit einem Steilheits- Verstärker 3. Dieser empfängt als Eingangsdifferenzspannung die Rauschspannung R Δ I und liefert dem Ausgang 6 einen Strom I₂ = -GR Δ I, wobei G die Steilheit dieses Verstärkers ist. Für den Strom I₀, der aus dem Strom I₁ und dem ihm zugesetzten Ausgangsstrom I₂ des Verstärkers 3 besteht, gilt also:

I₀ = I₁ + I₂ = -GR Δ I + I¹ + Δ I.

Der Gesamtausgangsstrom I₀ ist also für inneres Rauschen für Gr = 1 oder aber ausgeglichen und enthält im Idealfall nur das thermische Rauschen des Widerstandes 1 und das im Eingangsstrom I vorhandene Rauschen. Diese Maßnahme läßt sich in dieser Form, ungeachtet des Stromspiegelverhältnisses , anwenden, weil in der Bedingung für die Steilheit G nur den Wert R des Widerstandes 2 eine Rolle spielt.

Ein zusätzlicher, aber nicht unbedeutender Effekt der Anwendung der Maßnahme nach der Erfindung ist, daß die Ausgangsimpedanz des Stromspiegels dadurch erhöht wird. Eine Rückwirkung der Spannung am Anschlußpunkt 9 auf den Strom I₁ wird ja über den Verstärker 3 gegengekoppelt. Auf die Eingangsimpedanz des Spiegels übt der Verstärker 3 keinen Einfluß aus.

Die Injektion des Stromes I₂ kann als Alternative auch an der Source-Elektrode des Transistors T₂ stattfinden.

Der Ausgleich nach der Erfindung erfolgt im Stromspiegel nach Fig. 1 in dem Ausgangsstromkreis, aber kann auch auf symmetrische Weise erfolgen, wie an Hand der Fig. 2 erläutert wird.

Fig. 2 zeigt einen Stromspiegel nach Fig. 1 mit Transistoren T₁ und T₂ und Widerständen 1 und 2. Weiter enthält der Stromspiegel einen Steilheits-Verstärker 3, der dem in der Schaltung nach Fig. 1 entspricht, wobei jedoch der Ausgang 6 mit der Source-Elektrode des Transistoren T₂ verbunden ist. Der Gegenwirkleitwertverstärker 3 ist weiter mit einem Ausgang 7 versehen, an dem ein Strom I₂ mit einer der des Stromes I₂ am Ausgang 6 entgegengesetzten Polarität erscheint, wobei dieser Ausgang 7 mit der Source-Elektrode des Transistors T₁ verbunden ist.

Wenn ein Eingangsstrom I durch den Transistor T₁ und den Widerstand 1 fließt, wird dieser zu dem Transistor T₂ und dem Widerstand 2 gespiegelt und ihm wird eine Rauschkomponente Δ I zugesetzt. Der Verstärker 3 führt dem Widerstand I noch einen Strom I₂ und dem Widerstand 2 einen Strom -I₂ zu, so daß für die Eingangsdifferenzspannungen Δ V des Verstärkers 3 gilt:

Δ V = R(I+I₂)-R(I-I₂)+Δ I) = 2 RI₂-R Δ I,

wobei R der Widerstandswert der Widerstände 1 und 2 ist. Wenn für den Verstärker 3 gilt, daß I₂ = G Δ V ist, wird dieser Ausdruck: Δ V = 2 RG Δ V-R Δ V; daraus wird für die Rauschkomponente Δ I gefunden, daß diese für gleich Null ist.

Auch in der Ausführungsform nach Fig. 2 hat die Maßnahme nach der Erfindung den wichtigen zusätzlichen Effekt, daß die Ausgangsimpedanz für den Stromspiegel erhöht wird. Ein Nachteil besteht in der kreuzweisen Kopplung zwischen den Source-Elektroden der Transistoren T₁ und T₂ über den Verstärker 3, die zu einem unstabilen Zustand - einer Flipflopkonfiguration - führt, wenn die Schleifenverstärkung größer als 1 wird. Die Signalübertragung I₀/I bleibt jedoch erhalten, aber das Rauschen nimmt zu, wenn in der Schleife T₁, T₂ des Verstärkers 3 ein Schleifenverstärker größer als 1 auftritt. Aus diesem Grunde kann dann die Bedingung nicht optimal erfüllt werden. Die Anforderung wird: .

Die Injektion des Stromes I₂ kann als Alternative auch an den Ein- und Ausgangsanschlußpunkten 8 bzw. 9 stattfinden.

Wie bei dem Stromspiegel nach Fig. 1 kann bei dem Stromspiegel nach Fig. 2 eine Verstärkung oder Schwächung I₀ = nI mit n ≠ 1 gewählt werden. Dazu sollen sich die Werte der Widerstände 1 und 2 wie verhalten, während sich die Breite-(W)-Länge-(L)-Verhältnisse der Kanäle des Transistors und des Transistors wie

verhalten sollen. Unter Verwendung der gefundenen Ausdrücke kann dann für den Verstärker 3 gefunden werden, daß Ausgleich für auftritt, mit der Maßgabe, daß der am Ausgang 6 erscheinende Strom n-mal größer und also gleich nI₂ ist, wobei I₂ = G Δ V ist (der Strom am Ausgang 7 des Steilheitswertverstärkers 3).

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform eines Steilheitsverstärkers 3. Dieser enthält einen p-Kanaltransistor T₃ und einen p-Kanaltransistor T₄, deren Source-Elektroden mit einer Ruhestromquelle 13, die einen Strom I _t führt, verbunden sind. Die Steuerelektrode des Transistors T₃ bzw. T₄ bildet den Eingang 4 bzw. 5 des Verstärkers 3 und die Drain-Elektrode des Transistors T₃ bzw. T₄ bildet den Ausgang 6 bzw. 7 des Verstärkers 3. Die Steilheit G ist dabei , wobei ein Parameter der Transistoren T₃ und T₄ ist, die dem Breite-Länge-Verhältnis ihrer Kanäle proportional ist.

Im Falle eines Stromspiegelverstärkungsfaktors gleich n, wie in dem an Hand der Fig. 2 beschriebenen Beispiel, muß der Verstärker 3 derart ausgebildet werden, daß der Strom am Ausgang 6 n-mal größer als der am Ausgang 7 ist, was dadurch erreicht werden kann, daß das Länge-Breite-Verhältnis des Kanals des Transistors T₃ n-mal größer als das Verhältnis des Kanals des Transistors T₄ gewählt wird, wodurch die Ruheströme durch die Transistoren sich wie n : 1 verhalten, ebenso wie ihre Steilheiten β, so daß die Verstärkungen zu den Ausgängen 6 und 7 wie n : 1 verhalten.

Die erfindungsgemäße Maßnahme hat nur dann einen günstigen Effekt, wenn der Rauschbeitrag des Steilheitsverstärkers 3 viel niedriger als der des ursprünglichen Stromspiegels ohne die Maßnahme nach der Erfindung ist. Bei dem Steilheitsverstärker nach Fig. 3 kann der Rauschbeitrag dadurch auf einen Mindestwert herabgesetzt werden, daß der Wert des Ruhestroms I _t so klein gewählt wird wie praktisch möglich ist. Um dann die gewünschte Steilheit zu erreichen, werden die -Faktoren entsprechend groß gewählt.

Fig. 4a zeigt eine sehr geeignete Ausführungsform einer Schaltung nach der Erfindung. Der Stromspiegel ist wieder mit Transistoren T₁ und T₂ und Widerständen 1 und 2 aufgebaut. Die Kanalsubstrate ("back-gates"), die auf der Seite des Kanals liegen, die der Seite gegenüber liegt, auf der sich die isolierte Steuerelektrode befindet, und die mit dem Kanal und der Source- und der Drain-Elektrode einen Sperrschichtfeldeffekttransistor bilden, sind über Anschlüsse 11 bzw. 12 angeschlossen und mit der Source-Elektrode des anderen Transistors T₂ bzw. T₁ verbunden.

Fig. 4b zeigt das Ersatzschaltbild dieser Konfiguration, wobei der Effekt der angesteuerten Kanalsubstrate 11 und 12 nun dadurch erhalten wird, daß zu den Transistoren T₁ und T₂ ein n-Kanal-Sperrschichtfeldeffekttransistor T₁₁ bzw. T₁₂ parallelgeschaltet wird. Die Sperrschichtfeldeffekttransistoren T₁₁ und T₁₂ können dann als der Verstärker 3 betrachtet werden.

Ein Strom I durch den Eingang 8 fließt völlig über den Widerstand 1, so daß die Spannung über dem Widerstand 1 rauschfrei ist, abgesehen von dem im Strom I vorhandenen Rauschen. Die Steuerung an den Kanalsubstraten bewirkt nun eine Steuerung des Transistors T₂ derart, daß die Spannung über dem Widerstand 2 der Spannung über dem Widerstand 1, die rauscharm ist, besser folgt, so daß auch hier eine Rauschherabsetzung und zugleich eine Erhöhung der Ausgangsimpedanz in bezug auf den Stromspiegel, bei dem diese Maßnahme nicht angewandt wird, erreicht wird.

Eine mathematische Erklärung ist hier weniger einfach infolge der Verknüpfung des Verstärkers 3 (der Grenzschichtfeldeffekttransistoren T₁₁ und T₁₂) mit den Stromspiegeltransistoren T₁ und T₂ und wird der Einfachheit halber weggelassen. Es läßt sich erkennen, daß die Wirkung wie folgt ist:

Eine Zunahme des Stromes im Widerstand 2 bewirkt eine Zunahme der Steuerung an dem Substrattransistor T₁₁ und daher eine Herabsetzung der Spannung an der Steuerelektrode des Transistors T₁ und also an der Steuerelektrode des Transistors T₂, wodurch eine derartige Stromzunahme durch Steuerung am Transistor T₂ unterdrückt wird. Diese Regelung wird dadurch verstärkt, daß der Substrattransistor T₁₂ an seiner Steuerelektrode eine konstante Spannung über dem Widerstand 1 und infolge der anfänglichen Erhöhung der Spannung über dem Widerstand 2 eine erhöhte Spannung an seiner Source-Elektrode empfängt, so daß auch die Leitung dieses Substrattransistors T₁₂ herabgesetzt wird.

Mit Rücksicht auf die Rauschunterdrückung würde die Schaltung nach Fig. 4 auch wirken, wenn der Steuerelektrode des Substrattransistors T₁₂ eine konstante Spannung zugeführt wird. Dadurch wird jedoch die Stromspiegelwirkung bei sich änderndem Eingangsstrom beeinträchtigt. Es ist jedoch möglich, beide Substratanschlüsse mit der Source-Elektrode des Transistors T₂ zu verbinden. In diesem Falle wird dadurch ein Ausgleich erhalten, daß eine Änderung der Spannung über dem Widerstand 2 gleichphasig eine Änderung der Spannung an der Substratelektrode des Transistors T₁ und dadurch gegenphasig eine Änderung der Spannung an der isolierten Steuerelektrode des Transistors T₁ und somit an der des Transistors T₂ herbeiführt, so daß eine Änderung der Spannung über dem Widerstand 2 in bezug auf die Spannung über dem Widerstand 1 gegengekoppelt wird. Auch ist es möglich, beide Substratanschlüsse mit der Source-Elektrode des Transistors T₁ zu verbinden. In diesem Falle wird die Source-Elektrode des Transistors T₁₂ in bezug auf die Steuerelektrode des Transistors T₁₂ mit der Änderung der Spannung über dem Widerstand 2 in bezug auf die Spannung über dem Widerstand 1 gesteuert.

Auch bei der Ausführungsform nach Fig. 4 und der dabei genannten Abwandlung können Stromspiegelfaktoren n ungleich 1 erhalten werden. Die bei der Beschreibung der Fig. 2 und 3 genannte Anpassung des Verstärkers 3 erfolgt dann automatisch, weil bei einer Änderung der gegenseitigen Kanalabmessungen der Transistoren T₁ und T₂ zugleich die Abmessungen der Substrattransistoren T₁₁ und T₁₂ dementsprechend geändert werden.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Abwandlungen sind möglich, wie die Umkehrung der Leitungstypen, die Anwendung kompletterer Stromspiegelstrukturen und die Ausführung in bipolarer Form.

Bei den dargestellten Ausführungsformen nach den Fig. 1 bis 4 wird die Maßnahme nach der Erfindung bei einem Stromspiegel angewandt. Dabei wird der Rauschpegel im Ausgangskreis dadurch herabgesetzt, daß die Maßnahme nach der Erfindung bewirkt, daß der Ausgangsstrom I₀ dem Eingangsstrom I in höherem Maße gleich oder proportional ist als ohne Anwendung der Maßnahme nach der Erfindung der Fall wäre. Wenn die Maßnahme nach der Erfindung bei einer Stromquellenschaltung mit parallelen Transistoren T₁ und T₂ angewandt wird, wobei somit die Mitkopplung zwischen der Drain-Elektrode und der Source-Elektrode des Transistors T₁ unterbrochen und dem gemeinsamen Steuerelektrodenanschluß der Transistoren T₁ und T₂ eine Einstellspannung zugeführt wird, wird durch die erfindungsgemäße Maßnahme erreicht, daß die beiden Ausgangsströme an den Knotenpunkten 8 und 9 einander in hohem Maße gleich oder proportional sind. Für den Rauschbeitrag bedeutet dies, daß die Rauschbeiträge der Transistoren T₁ und T₂ in hohem Maße miteinander korreliert sind. Dies kann in vielen Anwendungen zu einer Rauschherabsetzung führen, z. B. wenn eine solche Stromquellenschaltung als symmetrische Belastungsschaltung eines Differenzverstärkers verwendet wird, von dem Fig. 5 ein Beispiel zeigt.

Fig. 5 zeigt einen Differenzverstärker mit Transistoren T₅ und T₆, die als Differenzpaar geschaltet sind, wobei in der gemeinsamen Source-Elektrodenleitung eine Ruhestromquelle 13 angeordnet ist, die einen Strom 2 I₀ führt. Die Drain-Elektroden dieser Transistoren sind mit den Anschlußpunkten 8 und 9 einer Schaltung nach Fig. 4a verbunden, die infolge der Tatsache, daß der gemeinsame Steuerelektrodenanschluß der Transistoren T₁ und T₂ mit einem an der Bezugsspannung V _{R 1} liegenden Punkt verbunden ist, als zwei gekoppelte Stromquellen geschaltet sind. Durch die Maßnahme nach der Erfindung sind die Ströme I₁ und I₂, die die Drain-Elektrodenkreise der Transistoren T₁ und T₂ durchfließen, in hohem Maße einander gleich, während die in diesen Strömen vorhandenen Rauschkomponenten in hohem Maße miteinander korreliert sind.

Die Punkte 8 und 9 sind über Pegelverschiebungstransistoren T₇ und T₈ mit dem Eingang bzw. dem Ausgang eines Stromspiegels mit Transistoren T₉ und T₁₀ verbunden, mit dessen Ausgang ein Ausgang 17 verbunden ist.

Beim Fehlen eines Signals an den Steuerelektroden der Transistoren T₅ und T₆ führen beide Transistoren einen Strom gleich I₀. Zu dem Eingang des Stromspiegels mit den Transistoren T₉ und T₁₀ fließt also ein Strom I₁-I₀, während zu dem Ausgang des Stromspiegels ein Strom I₂-I₀ fließt, so daß zu dem Ausgang 17 ein Strom I₁-I₂ fließt. Da die Rauschkomponenten in den Strömen I₁ und I₂ in hohem Maße miteinander korreliert sind, gleichen diese Komponenten sich am Ausgang 17 in hohem Maße aus, was auch für die Gleichstromkomponenten selber zutrifft.

Ein Signal zwischen den Steuerelektroden der Transistoren T₅ und T₆ führt zu einem Signalstrom am Ausgang 17.

Der Stromspiegel mit den Transistoren T₉ und T₁₀ kann nach der Erfindung für Rauschen ausgeglichen werden, aber dies braucht nicht unbedingt der Fall zu sein, weil die Transistoren T₉ und T₁₀ einen viel niedrigeren Gleichstrom I₁-I₀ und I₂-I₀ als die Transistoren T₁ und T₂ führen können und dadurch auch einen viel geringeren Rauschbeitrag liefern.

Claims (7)

1. Stromquellenschaltung mit einem zwischen einem ersten Anschlußpunkt (8) und einem gemeinsamen Anschlußpunkt (10) angeordneten ersten Stromkreis, der wenigstens die Hauptstrombahn eines ersten Halbleiters (T₁), in Reihe mit einem ersten Widerstand (1) enthält, und mit einem zwischen einem zweiten Anschlußpunkt (9) und dem gemeinsamen Punkt (10) angeordneten zweiten Stromkreis, der wenigstens die Hauptstrombahn eines zweiten Halbleiters (T₂) in Reihe mit einem zweiten Widerstand (2) enthält, wobei beide Halbleiter in bezug auf ihre Steuerung parallelgeschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquellenschaltung eine aktive Gegenkopplungsschaltung (3) mit einem zwischen den von dem gemeinsamen Punkt (10) abgekehrten Seiten des ersten (1) und des zweiten (2) Widerstandes angeordneten differentiellen Eingang, (4, 5) und einem Ausgang (6) enthält, der in gegenkoppelndem Sinne mit dem zweiten Stromkreis gekoppelt ist, derart, daß eine Änderung der Spannung über dem zweiten Widerstand (2) in bezug auf die Spannung über dem ersten Widerstand (1) unterdrückt wird.

2. Stromquellenschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Gegenkopplungsschaltung (3) einen Steilheitsverstärker (3) enthält zur Umwandlung des Spannungsunterschiedes zwischen den Spannungen über dem ersten (1) und dem zweiten (2) Widerstand mit einer Steilheit, die im wesentlichen gleich dem Kehrwert des Wertes des zweiten Widerstandes (2) ist, und zum Injizieren eines dadurch bestimmten Stromes (I₂) in den zweiten Stromkreis mit einer derartigen Polarität, daß sich eine Gegenkopplung ergibt.

3. Stromquellenschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Gegenkopplungsschaltung (3) einen Steilheitsverstärker (3) enthält zur Umwandlung des Spannungsunterschiedes zwischen den Spannungen über dem ersten (1) und dem zweiten Widerstand (2) mit einer Steilheit, die nahezu gleich groß, aber kleiner als der Kehrwert des Zweifachen des Wertes des zweiten Widerstandes (2) ist, mit einem differentiellen Ausgang (6, 7) zum Injizieren eines dadurch bestimmten Stromes (I₂) in den zweiten Stromkreis und eines zu diesem Stromkreis gegenphasigen Stromes in den ersten Stromkreis mit einer derartigen Polarität, daß sich eine Gegenkopplung ergibt.

4. Stromquellenschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquellenschaltung zum Führen eines Stromes in dem zweiten Stromkreis eingerichtet ist, der sich zu dem Strom im Eingangsstromkreis wie n : 1 verhält, daß der erste Widerstand (1) einen n-mal größeren Wert als der zweite Widerstand (2) aufweist, und daß der erste (T₁) und der zweiten Halbleiter (T₂) dementsprechend bemessen sind, wobei der Steilheitsverstärker (3) derart aufgebaut ist, daß der in den ersten Stromkreis injizierte Strom einen Wert gleich dem -fachen des Wertes des in den zweiten Stromkreis injizierten Stromes aufweist.

5. Stromquellenschaltung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Strominjektion an den Verbindungspunkten zwischen dem ersten Halbleiter (T₁) und dem ersten Widerstand (1) und zwischen dem zweiten Halbleiter (T₂) und dem zweiten Widerstand (2) stattfindet.

6. Stromquellenschaltung nach Anspruch 1, bei der der erste (T₁) und der zweite Halbleiter (T₂) ein erster bzw. ein zweiter Feldeffekttransistor mit isolierten und miteinander verbundenen Steuerelektroden sind, die unter je einer isolierten Gate-Elektrode zwischen einem Source- und einem Steuerelektrodenanschluß ein Halbleitersubstrat enthalten, in dem sich durch Steuerung an dieser Steuerelektrode ein leitender Kanal bildet, wobei dieses Substrat mit einem Anschluß (11, 12) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Gegenkopplungsschaltung (3) dadurch gebildet wird, daß der Substratanschluß (11) des ersten Feldeffekttransistors (T₁) mit der Source- Elektrode des zweiten Feldeffekttransistors (T₂) verbunden ist.

7. Stromquellenschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Substratanschluß (12) des zweiten Feldeffekttransistors (T₂) mit der Source-Elektrode des ersten Feldeffekttransistors (T₁) verbunden ist.