DE3436302A1 - Rauschfreie, die bauelementflaeche beeinflussende kaskodenschaltung - Google Patents

Rauschfreie, die bauelementflaeche beeinflussende kaskodenschaltung

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DE3436302A1
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Jerald G. Tucson Ariz. Graeme
Steven D. Millaway
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Texas Instruments Tucson Corp
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Burr Brown Corp
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F1/00Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/08Modifications of amplifiers to reduce detrimental influences of internal impedances of amplifying elements
    • H03F1/22Modifications of amplifiers to reduce detrimental influences of internal impedances of amplifying elements by use of cascode coupling, i.e. earthed cathode or emitter stage followed by earthed grid or base stage respectively
    • H03F1/226Modifications of amplifiers to reduce detrimental influences of internal impedances of amplifying elements by use of cascode coupling, i.e. earthed cathode or emitter stage followed by earthed grid or base stage respectively with junction-FET's

Description

Rauschfreie, die Bauelementfläche beeinflussende Kaskadenschaltung
Die Erfindung bezieht sich auf eine rauschfreie Kaskodenschaltung, die für die Realisierung von monolithischen integrierten Schaltungen geeignet ist, und sie bezieht sich insbesondere auf eine Kaskodenschaltung, bei der das Kaskodenelement ein Feldeffekttransistor mit Übergang (JPET) in source-Schaltung, der die Schaltungsanordnung praktisch rauschfrei macht, und eine Stromteilereinrichtung ist, die den Großteil des in der Eingangsstufe fließenden Stromes an dem Kaskoden-JFET vorbeileitet, um die Bauelementfläche bedeutend herabzusetzen, damit die Schaltung in einer monolithischen integrierten Schaltung ausgeführt werden . kann. · '
Über viele Jahre wurde die Kaskodenschaltung oder-Sub-Schaltung mit zwei bipolaren Transistoren benutzt. Die Hauptmerkmale der Kaskoden-Konfiguration bestehen darin, daß der Ausgangswiderstand sehr groß ist und daß keine Hochfrequenz-Rückkopplung vom Ausgafi^zum Eingang durch die parasitäre Kapazität oder Koliektor-Basis-Kapazität der integrierten Schaltung stattfindet, wie dies bei der Emitter-Konfiguration oder dgl. der Fall ist. Die erzielbare große Eingangsimpedanz ist von besonderem Nutzen für ■ das Erreichen einer Entsensibilisierung der Stromversorgung bei Ruhestromversorgungen und für die Erzielung einer großen Spannungsverstärkung in einer einzigen Verstärkerstufe mit einer aktiven pnp-Last.
Ein anderes bedeutendes Problem besteht bei einstufigen . Verstärkerschaltungen und dgl. darin, daß die Kapazität wegen der endlichen treibenden Impedanz oder des endlichen treibenden Stromes die Geschwindigkeit begrenzt, mit der die Spannung innerhalb einer Schaltung schwingen kann. Wenn eine Kapazität von einem endlichen Quellenwiderstand betrieben wird, zeigt sich ein exponentielles RC-Ladeverhalten, während eine von einer Stromquelle betriebene Kapazität zu hinsichtlich der maximalen Anstiegsgeschwindigkeit beschränkten Wellenformen/ Als allgemeine Regel gilt, daß eine Verkleinerung der Quellenimpedanz und der Lastkapazitäten und. eine Vergrößerung der treibenden Ströme innerhalb der Schaltung die Dinge beschleunigt. Es gibt jedoch einige mit der Rückkopplungskapazität und der Eingangskapazität verbundene Folgeerscheinungen, die Aufmerksamkeit verdienen. Das schwierigste Problem ist dasjenige der Übergangskapazität. Die Ausgangskapazität C7. bildet eine Zeitkonstante mit dem Ausgangswiderstand R und ruft einen Rolloff-Beginn etwa bei der Frequenz R = 1/2 rT CT
J-J Ju hervor. Das gleiche gilt für die Eingangskapazität in Verbindung mit der Quellenimpedanz R . Die Kollektor-Basis-Kapazität C , ist eine andere Sache. Der Verstärker hat eine gewisse Gesamtspannungsverstärkung Gv, so daß selbst eine kleine schlangenlinienartige Spannung am Eingang zu einer stark verstärkten Schlangenlinie und einem invertierten Ausgang des Kollektors führt. Dies bedeutet, daß sich ein Strom durch Ccfc) für die Signalquelle als Strom . darstellt, der gleich ist einer Ausgangsspannungsverstärkung plus 1 (Gy + 1) mal so groß, als wenn die Kollektor-Basis-Kapazität Ccb von der Basis zur Erde geschaltet
wäre, so daß zum Zwecke der Berechnung der Eingangsrollofffrequenz sich die Rückkopplungskapazität -wie eine Kapazität vom Wert C , (G +1) verhält, worin G die Gesamtcb ν ν .
Spannungsverstärkung des Verstärkers ist. Diese effektive Vergrößerung von CQb ist als "Miller-Effekt" bekannt. Er
/+ führt - 3 -
ist bei der Rolloff-Charakteristik des Verstärkers häufig dominierend, da sich eine typische Rückkopplungskapazität mit einem Vielfachen ihres tatsächlichen Wertes zur Masse darstellt. Es gibt verschiedene Methoden, um den Miller-Effekt zu überwinden, und eine der wirksamsten Methoden, die bis heute gefunden wurde, ist die Verwendung eines Kaskodenelementes in der Schaltung.. Ein weiteres Problem der bekannten Schaltungen einschließlich derjenigen eines typischen einstufigen Verstärkers besteht darin, daß das Einfügen irgendeiner Einrichtung in den Signalweg zwischen dem Eingang und dem Ausgang das Rauschen vergrößert, und dies gilt auch für das übliche Kaskodenelement. Daher kann es selbst dann, wenn ein Kaskodenelement zur Reduzierung des Miller-Effekts hinzugefügt wird, zu einer wesentlichen Vergrößerung des Rauschens kommen und dessen Zweckmäßigkeit in Frage stellen. Im Stande der Technik wurde vielfach versucht, die Probleme dadurch zu lösen, daß festgestellt wird, ob entweder ein bipolarer Transistor oder ein Feldeffekttransistor mit Übergang JFET derjenige mit dem geringeren Rauschen ist. In den meisten Tests für Quellenimpedanzen von 100 K bis 100 M hat sich herausgestellt, daß der JFET im allgemeinen den kleinsten minimalen Rauschfaktor aufweist , und er ist daher für hohe Quellenimpedanzen relativ ungeschlagen. Die bipolaren Transistoren haben sich jedoch gewöhnlich bei niedrigen Impedanzen, insbesondere unterhalb 5K , als am besten erwiesen.
Es existieren jedoch auch bei Kaskodenschaltungen, bei denen ein JFET-Transistor für den einstufigen Verstärker und auch für das Kaskodenelement verwendet wird, beträcht-
liehe Probleme insbesondere dort, wo man in der Lage sein - möchte, die Schaltungskombination oder Sub-Schaltung auf eine monolithische integrierte Schaltung zu reduzieren, da der JFET gewöhnlich eine sehr große und verhältnis-
mäßig ineffiziente Bauelementfläche beansprucht, um den erforderlichen Eingangsstrom zu führen, wodurch es praktisch unwirtschaftlich , wenn nicht gar unmöglich wird, die JPET-Kaskodenkombination auf eine monolithische integrierte Schaltung zu reduzieren.
Diese und weitere Probleme des Standes der Technik werden bei den erfindungsgemäßen Schaltungen gelöst, die ein überaus einfaches Mittel zum Herstellen einer rauschfreien Kaskodenschaltung oder-Sub-Schaltung darstellen, die zuverlässig und wirksam als monolithische integrierte Schaltung ausgeführt werden kann.
Die vorliegende Erfindung lehrt eine praktisch rauschfreie Kaskodenverstarkerschaltung oder-Sub-Schaltung, die in vernünftigen Bauelementflächen oder Größen in monolithischen integrierten Schaltungen ausgeführt werden kann. Bei der bevorzugten Ausführungsform bildet eine Eingangsverstärkerstufe mit einem Feldeffekttransistor mit Übergang JFET einen Schaltungseingang, und zwischen die Eingangs-JFET-Verstärkerstufe und den Schaltungsausgang ist eine JFET-kaskodenstufe geschaltet, um im wesentlichen das ganze Schaltungsrauschen zu beseitigen. Ferner ist eine Strom-Ableiteinrichtung dafür vorgesehen, den Strom in mindestens zwei Pfade aufzuteilen und den Großteil des Schaltungsstromes um das JFET-Kaskodenelement herumzuleiten, um die Größe der Bauelementfläche zu vermindern, die nötig ist, um das Kaskoden-JFET in einer monolithischen integrierten Schaltung auszuführen, wodurch deren Realisierung möglich wird.
Die Umleiteinrichtung kann versehen sein mit einem Stromspiegel, der in Rückkopplungsschaltung mit dem Kaskoden-JFET verbunden ist; einer stromspiegelartigen Schaltung, die in die Stromquelle des Kaskoden-JFET eingeschaltet ist, und einem Stromteiler zum Aufteilen des Stromes in ■
Λ9
mindestens zwei Strompfade , wobei der größere Teil des Stromes das Kaskoden-JFET umgeht, um ein Minimum an
für die monolithische integrierte Schaltungsausführung
erforderlicher Bauelementfläche zu ermöglichen; einer
Stromquelle zum Herumleiten des Großteiles des Stromes um die JFET-Kaskodenstufe; und einer Stromteileranordnung zum Bilden von zwei oder mehr Pfaden zum Umgehen des JFET-Kaskodentransistors mit dem Großteil des Stromes, um sicherzustellen, daß eine verhältnismäßig kleine Bauelementfläche ^q benötigt wird,.so daß die Schaltung als monolithische integrierte Schaltung ausgeführt werden kann. ·
Die Mittel zum Umlenken können auch eine Einrichtung zum
Rationieren des Stromflusses einschließlich des Mittels
IQ der Skalierung (Anpassung) der Emitter fläche oder des Einfügens von rationierten Emitter-Gegenkopplungswiderständen oder beider beinhalten.
Die Schaltung zieht auch eine Methode der .Geräuschelemi-2Q nierung aus einem k"askodenverstärker, der mindestens ein
Kaskodenelement in Form eines bipolaren Transistors aufweist, in Betracht, die den Ersatz des bipolaren Kaskodenelementes durch ein JFET-Kaskodenelement und den Anschluß des JFET-Kaskodenelementes zwischen die Eingangs-Verstär-2g kerstufe und den Verstärkerausgang beinhaltet. Umfaßt
sind des weiteren der Einsatz eines JFET als Eingangsverstärkerstufe und das Ableiten von Strom von dem JFET-Eingang in solcher Weise, daß der Großteil des Stromes das
JFET-Kaskodenelement umgeht, damit dieses in der Techno-OQ logie einer monolithischen integrierten Schaltung mit
einer vernünftigen Bauelementfläche ausgeführt werden
kann.
In Betracht gezogen wird auch eine Methode zum Verbessern einer Kaskodenverstärkerschaltung, bei der.eine Anzahl
von "x". Verstärkerstufen benutzt und in jede Stufe, ein
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JFET-Kaskodenelement eingefügt wird und dann Strom durch jede der "x" Stufen hindurch so abgeleitet wird, daß die JFET-Kaskodenelemente im wesentlichen umgangen werden, um die erforderliche Bauelementfläche zu vermindern und zu ermöglichen, daß die Schaltung in der Technologie von monolithischen integrierten Schaltungen ausgeführt wird. Die Methode kann auch den Schritt des Rationierens der Ströme beim Verfahrensschritt des Ableitens und dgl. be-Inhalten.
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Die Erfindung ermöglicht,
1) die Konstruktion einer Kaskodenschaltung oder-SubSchaltung, bei der ein JFET-Kaskodenelement benutzt wird, um die Schaltung relativ rauschfrei zu machen,
2) die Verwendung eines JFET-Kaskodenelementes, obzwar ein solches normalerweise eine zu große Bauelementfläche erfordern würde , um eine Integrierung zu erlauben , und zwar dadurch, daß der Großteil des Stromes um das' JFET-Kaskodenelement herumgeleitet wird, wodurch die Schaltung in Form einer monolithischen integrierten Schaltung ausgeführt werden kann, und
3) Mittel zum Kombinieren der Stromableiter mit einer
JFET-Kaskode zur Schaffung der Möglichkeit eines einfachen Vorspannens auf einen Punkt, wo die Gate-Source-Spannung des Kaskoden-JFET auf ein solches Niveau angehoben werden kann, daß sie allein ein passende Spannung an der Verstärkereinrichtung für normalen Betrieb herbeiführt.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung des in der Zeichnung dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung, den Ansprüchen und der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 eine Kaskodenschaltung gemäß dem Stande der
Technik, die eine Eingangsstufe mit einem JFET und ein Kaskodenelement mit einem bipolaren Transistor aufweist,
Fig. 2 eine verbesserte Kaskodenschaltung, bei der eine ■praktisch rauschfreie Kaskodenstufe mit einer JFET-Eingangsstufe und einem JFET-Kaskodenelement vorhanden ist,
Fig. 3 eine erste abgewandelte Kaskodenschaltung mit
einer JFET-Eingangsverstärkerstufe, einem JFET-Kaskodenelement und einer Stromspiegelstufe, und
Fig. 4 eine zweite abgewandelte Kaskodenschaltung mit einer JFET-Eingangsstufe, einem JFET-Kaskoden
element und einem dazwischen geschalteten stromspiegelartigen Stromkreis.
Die Kaskodenschaltung gemäß Fig. 1 ist wegen.mehrerer Vorteile , die mit ihr hinsichtlich einer Verbesserung des Ausgangssignales und von Ruhe- oder Vorspannungen aus einer Verstärkerstufe verbunden sind, sehr anerkannt. Es ist aber auch bekannt, daß das Einfügen irgendeiner Einrichtung in den Signalweg zwischen dem Schaltungseingang und dem Schaltungsausgang mit einer Zunahme des Rauschens verbunden ist, und dies gilt auch für das übliche Kaskodenelement. Das gewöhnliche Kaskodenelement ist jedoch zur Eleminierung des Miller-Effekts in vielen Schaltungen nötig, um einen hohen Ausgangswiderstand zu schaffen und sicherzustellen, daß keine Hochfrequenz-Rückkopplung
durch die parasitäre Kapazität vom Ausgang zum Eingang stattfindet. Die Fig. 1 zeigt eine bekannte erste Kaskadenschaltung 10 mit einem im folgenden als JFET 11 bezeichneten Feldeffekt-Transistor mit Übergang und n-Kanal in Source-Schaltung, der als einstufiger Eingangsverstärker dient. Die Gateelektrode des JFET 11 ist direkt mit dem mit der Bezugszahl 12 bezeichneten Schaltungseingang E. verbunden, während die Drainelektrode direkt an Masse angeschlossen ist. Die Source-Elektrode des JFET 11 ist an den Knotenpunkt 13 angeschlossen. Mit dem JFET 11 ist in der nachstehend beschriebenen Weise ein bipolarer npn-Transistor 14 in Kaskode geschaltet. Die Emitterelektrode des Transistors 14 ist direkt mit dem Knotenpunkt 13 verbunden, und dieser ist wiederum über die Stromquelle i , 15 an einen Knotenpunkt 16 angeschlossen. Der Knotenpunkt 16 ist direkt mit der Basis des Transistors 14 und einer Spannungsquelle e ,17 verbunden, deren andere Klemme an die Ruhe-oder Vorspannungs-· quelle V, angeschlossen ist, deren andere Klemme an Masse liegt. Der Kollektor des Transistors 14 ist direkt mit dem Knotenpunkt 21 verbunden, an dem auch der Knotenpunkt
13 über die Stromquelle i 19 angeschlossen ist. Der Knotenpunkt 21 ist über eine Ausgangsleitung 22 mit dem mit der Bezugszahl 23 bezeichneten Schaltungsausgang eo . und über einen Lastwiderstand 24 mit einer Spannungsquelle V+ 25 verbunden.
In Fig. 1 ist die Spannungsquelle V+ mit der Bezugszahl 25 bezeichnet, die Ruhespannungsquelle mit V , und der. Stromfluß ist bezeichnet mit I, durch den Lastwiderstand 24, In durch den Knotenpunkt 16 zur Basis des Transistors
14 und mit I-, vom Knotenpunkt 13 zur Source-Elektrode des JFET 11. Die Ausgangsspannung EQ trägt der Kollektor-Basis-Übergang des bipolaren Transistors 14 anstelle des Drain-Source-Überganges der Verstärkereinrichtung JFET 11. Demzufolge können die Eingangskapazität und der
Eingangsleckstroin über die einfache Source-Schaltung stark reduziert werden. Zur Bestimmung des Rauschbeitrages des den npn-Transistor 14 aufweisenden Kaskodenelements sind dessen Rauschquellen in Fig. 1 enthalten, und eine Ana-Iyse zeigt, daß der den Lastwiderstand 24 erreichende Strom durch die Gleichung
I1 = Iv - I. + i. .+ e , /R , = I,- I, + i . Id b nb nb öl : d b nb
■ 10 gegeben ist, worin R ^ der Ausgang.swxder stand des JFET-Transistors 11 ist. Das Rauschen des Basisstromes des bipolaren Transistors 14 ist durch i , gegeben und bleibt im Laststrom als bedeutender Ausdruck stehen und verschlechtert somit das Rauschverhalten der bekannten Schal-
1g tung gemäß· Fig. 1.
Die Erfindung zielt darauf ab, eine praktisch rauschfreie Kaskodenschaltung oder-Sub-Schaltung zu schaffen, die die Bauelementfläche beeinflußt, und es hat sich herausge-2Q stellt, daß die Verwendung eines Feldeffekt-Transistors mit Übergang und η-Kanal (n-channel JFET) als Kaskodenelement den oben beschriebenen Rauschfehler im wesentlichen eleminiert, wie dies unter Bezugnahme auf Fig. 2 gezeigt werden wird.
Die Fig. 2 zeigt eine zweite Kaskodenschaltung oder -SubSchaltung 30, die eine einzelne Eingangsverstärkerstufe mit einem ersten JFET 31 mit η-Kanal und ein Kaskodenelement mit einem zweiten JFET 34 mit η-Kanal aufweist. Die Gate-Elektrode des JFET 31 empfängt direkt das mit der Bezugszahl 32 bezeichnete Eingangssignal E. , und die Drain-Elektrode ist direkt mit Masse verbunden. Die Source-Elektrode des JFET 31 ist direkt an den Knotenpunkt 33 angeschlossen, der wiederum direkt mit der·Drain-Elektrode des Kaskoden-JFET 34 verbunden ist. Die Gate-Elektrode des JFET 34 ist über eine Leitung'40 direkt an den
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Knotenpunkt 3'5 angeschlossen. Der Knotenpunkt 35 ist mit der positiven Klemme der Ruhe- oder Vorspannungsquelle V, 35 verbunden, deren negative Klemme direkt an Masse angeschlossen ist. Zwischen den Knotenpunkt 35 und einen Ausgangsknotenpunkt 38 ist, wie nachstehend erläutert, eine Stromquelle i 37 geschaltet. Die am Knotenpunkt 33 vorgenommene Verbindung der Drain-Elektrode des JFET 34 und der Source-Elektrode des JFET 31 ist über die mit 41 bezeichnete Stromquelle i , an den Knotenpunkt 42 angeschlossen, der auch direkt mit der Source-Elektrode des JFET 34 verbunden ist. Der Knotenpunkt 42 ist direkt mit dem Knotenpunkt 38 verbunden, der wiederum direkt an den mit der Bezugszahl 39 bezeichneten Spannungsausgang E der Schaltung angeschlossen ist. Der Knotenpunkt 42 ist gleichzeitig mit einer Klemme eines Lastwiderstandes 43 verbunden, dessen andere Klemme an eine mit der Bezugszahl 44 bezeichnete Spannungsquelle V+ angeschlossen ist.
Um die Wirkung des Kaskodenelements JFET 34 auf das Rauschen festzustellen, muß dessen Beitrag zu der Schaltung 30 analysiert werden. Der Laststrom in Fig. 2 kann durch die Gleichung
I, = I, + I + ing + e / R , = I, 1 d g ^ ng' öl b
beschrieben werden, worin I-, wiederum der Strom durch den Lastwiderstand 43, I der von der Gate-Elektrode des JFET 34 abfließende Strom und I, der Drain-Strom des
JFET 34 ist. In diesem Falle ist jedoch das durch das Kaskodenelement in den Lastwiderstand eingebrachte ver-· gleichbare Rauschen einfach dasjenige des·Kaskodengateleckstromes I , das im Vergleich zu dem Stromrauschen von I, vernachlässigbar ist, und damit ist bewiesen, daß die Verwendung einer JFET-Eingangsstufe zusammen mit einer JFET-Kaskodenstufe jegliches Stromrauschen von der Kaskodenschaltung im wesentlichen eleminiert.
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Λ.: -./:- . 343630?
Die Verwendung des JFET 34 als Kaskodenelement in einer monolithisch integrierten Schaltung ist jedoch wegen der vergrößerten Bauelement!lache/4"Da die Kaskode einen gleich großen Strom führen muß wie die Verstärkereinrichtung oder der JFET-Transistor 31, muß ihre Bauelementfläche typisch etwa die gleiche oder in vielen Fällen sogar größer sein. Sehr große JFET-Flächen sind auch nötig, wo eine Verstärkung mit hoher Verstärkungsziffer und niedrigem Rauschen gewünscht wird, und ein direkter.Ersatz einer Kaskodeneinrichtung mit bipolarem Transistor durch eine Kaskodeneinriehtung mit einem JFET-Transistor hätte daher solche bedeutenden Konsequenzen hinsichtlich der Bauelementfläche, daß die Ausführung der Schaltung in Form einer monolithischen integrierten Schaltung unwirtschaftlich
]5 wird. Zur Überwindung dieses Hindernisses wurde die abgewandelte Kaskodenschaltung 50 gemäß Fig. 3'entwickelt.
Die Kaskodenschaltung 50 gemäß Fig. 3 weist eine Eingangsverstärkerstufe 51 mit einem ersten JFET mit η-Kanal auf.
Ein zweiter JFET-Transistor 54 mit η-Kanal findet als Kaskodenelement Verwendung, und es ist ferner eine mit der Bezugszahl 60 bezeichnete Stromteilerschaltung vorgesehen. Die Gate-Elektrode des JFET 51 ist mit dem mit der Bezugszahl 52 bezeichneten Schaltungseingang E^ verbunden, und.
die Drain-Elektrode des JFET 51 ist direkt an Masse angeschlossen. Die Source-Elektrode des JFET 51 ist mit einem Knotenpunkt 53 verbunden, der wiederum direkt an die Drain-Elektrode des JFET 54 des Kaskodenelementes angeschlossen ist. Die Gate-Elektrode des JFET 54 steht direkt mit der positiven Klemme der Spannungsquelle Vfa 55 in Verbindung, deren negative Klemme direkt an Masse liegt. Die ' Source-Elektrode des JFET 54 ist an eine Leitung 59 angeschlossen.
Die Stromteilerschaltung 60 weist einen ersten bipolaren
+ — 12 —
/ nachteilig
•^ pnp-Transistor 56 und einen zweiten bipolaren pnp-Transistor 57 auf, die einen Stromspiegel bilden. Bei der Stromspiegelschaltung 60 ist die Basiselektrode des ersten Transistors 56 direkt mit der Basiselektrode des zweiten Transistors g 57 verbunden, und die Basiselektroden sind, gemeinsam über eine Leitung 58 an eine Leitung 59 an der Source-Elektrode des JFET 54 angeschlossen. Der Knotenpunkt 53 am Drain-Ausgang des JFET 54 ist direkt mit der Kollektorelektrode des Transistors 57 verbunden, und die Emitter-Elektrode des
^q ersten bipolaren Transistors 56 und des zweiten bipolaren Transistors- 57 sind am Knotenpunkt 6~2 zusammengeschaltet und über eine Ausgangsleitung 63 an den mit der Bezugszahl · 64 bezeichneten Schaltungsausgang E und über einen Lastwiderstand 65 an eine mit der Bezugszahl 66 bezeichnete
je Spannungsquelle V+ angeschlossen.
Das Stromspiegelverhältriis ist auf n:l eingestellt, und der betreffende Strom im Zweig 59 ergibt sich zu 1,/n+l , während der Strom im zweiten Zweig 61 durch die Gleichung nl, / n+1 gegeben ist. Der Stromspiegel 60 bildet eine Stromumlenk-oder Stromteilerschaltung, die den Strom um das JFET-Kaskodenelement 54 herum ableitet oder daran vorbeiführt, ohne die primäre Schaltungsfunktion zu beeinträchtigen. Durch Rationieren des Stromspiegels auf n:l für Stroirniveaus von η zu 1 in der angegebenen Weise, wird der durch das Kaskoden-JFET 54 geleitete Teil des Gesamtstromes um einen Faktor von n+1 bedeutend vermindert. Der Großteil des Stromes kann durch den von der Leitung 61 und dem zweiten bipolaren pnp-Transistor 54 gebildeten Rückkopp-
gO lungspfad fließen und ist durch die Gleichung nl,/ n+1 gegeben oder "n" mal größer als der durch das Kaskoden-JFET 54 fließende Strom. . ;
Gleichzeitig wird durch das Hinzufügen der beschriebenen g5 Stromteiler- oder.Stromableitschaltung 60 das Rauschverhalten praktisch nicht beeinträchtigt, da die Rauschqueller
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der hinzugefügten bipolaren Transistoren 56 und 57' ein Rauschsignal am Gate-Drain-Übergang des Eingangs-JFET 51 ergeben, aber der sehr große Ausgangswiderstand des JFEt jegliche bedeutende Änderung in dem an den Lastwiderstand 55 gelieferten Strom verhindert, so daß die Kaskadenschaltung mit dem JFET 54 und die zugehörige Stromspiegelschaltung 60 praktisch rauschfrei bleiben.
Über die Einstellung eines Verhältnisses in der Strom-IQ spiegelschaltung 60 hinaus kann die Rationierung des Spiegels oder irgendeiner ähnlichen Stromteiler- oder Stromableitschaltung erzielt werden durch passende Bemessung oder Skalierung der Emitterfläche und/oder durch das Hinzufügen von Emittergegen- oder-Gegenkopplungswiderständen, -^g Im extremen Falle kann praktisch der erste bipolare Transistor 56 durch einen einfachen Widerstand ersetzt und eine für einen richtigen Betrieb der Schaltung ausreichende Stromab- oder-umleitung beibehalten werden.
2Q Ein weiterer Vorteil der Kombination der verschiedenen Arten von Stromabieitungs- oder Stromteilungseinrichtungen, z.B. des Stromspiegels 60, mit einem JFET-Kaskodenelement liegt in der Einfachheit des Vorspannens der Schaltung. In Fig. 3 ist das. Kaskodenelement 54 von der Quelle mit dem Ruhepotential V, vorgespannt, um eine angemessene Drain-Source-Spannung für das JFET-Verstärkerstufenelement 51 sicherzustellen. Durch hinreichende Herabsetzung der relativen Stroinniveaus im Kaskoden-J.FET 54 kann dessen Gate-Source-Spannung jedoch auf ein solches Niveau angehoben
on werden, daß es allein eine angemessene Spannung am VeroU
stärker JFET 51 für dessen Vorspannung schafft.
Eine alternative Ausführung der Schaltung gemäß Fig. 3 bildet die zweite abgewandelte Kaskodenschaltung 70 gemäß „,. Fig. 4, welche versehen ist mit einer Verstärkereingangsr> tufe 71 mit einem ersten, eine Verstärkereingangsstufe
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·*■ bildenden JFET 71 mit η-Kanal; einem zweiten , ein Kaskodenelement bildenden JFET 74 mit n-Kanal; und einer Stromteilerschaltung 90, die eine stromspiegelartige Schaltung oder irgendein ähnlicher Stromteiler, eine Stromquelle 5 oder eine Stromsplittereinrichtung ist. Die Gate-Elektrode des Eingangsverstärker-JFET 71 ist direkt mit dem mit der Bezugszahl 72 bezeichneten Schaltungseingang E. verbunden, und die Drain-Elektrode dieses JFET ist direkt an Masse angeschlossen. Die Source-Elektrode JFET 71 steht direkt mit dem Knotenpunkt 73 in Verbindung. Beim zweiten JFET 74 ist dessen Gate-Elektrode direkt mit der positiven Klemme der mit der Bezugszahl. 76 bezeichneten Spannungsquelle V, verbunden, deren negative Klemme direkt an Masse angeschlossen ist. Die Drain-Elektrode des JFET 74 ist direkt an den Knotenpunkt 75 angeschlossen, und die Source-Elektrode des JFET 74 ist direkt mit dem Knotenpunkt 77 verbunden. Die von der Schaltung 90 repräsentierte strom-, spiegelartige Schaltung oder Stromteilereinrichtung ist in der nachstehend beschriebenen Weise zwischen den Eingangs-JFET 71 und den Kaskoden-JFET 74 geschaltet.
Die stromspiegelartige Schaltung 90 weist einen ersten bipolaren npn-Transsistor 78 und einen zweiten bipolaren npn-Transistor 79 auf. Die Basiselektrode des Transistors 78 ist direkt mit der Basiselektrode des Transistors 79 verbunden, und die zusammengeschalteten Basiselektroden sind über eine Leitung 81 an den Knotenpunkt bei der Verbindung der Drain-Elektrode des JFET 74 mit dem Kollektor des ersten bipolaren Transistors 78 angeschlossen. Die . .
Emitter des ersten bipolaren Transistors 78 und des zweiten bipolaren Transistors 79 sind über eine Leitung 72 zusammengeschaltet und an den Knotenpunkt 73 an der Verbindung des Emitters des ersten bipolaren Transistors 78 mit der Source-Elektrode des ersten JFET 71 angeschlossen. Der Kollektor des zweiten bipolaren Transistors 79- ist über
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die Leitung 83 mit dem Knotenpunkt 77 verbunden. Der Knotenpunkt 77 steht über die Ausgangsleitung 84 mit dem mit der BezugszahL 85 bezeichneten Spannungsausgang E der Schaltung in Verbindung. Außerdem ist der Bezugsknotenpunkt 77 mit i> einer Klemme eines Lastwiderstandes 86 verbunden, dessen andere Klemme an eine mit der Bezugszahl 87 bezeichnete Spannungsquelle V+ angeschlossen ist.
Die stromspiegelartige Schaltung 90 ist gleichermaßen auf ein Verhältnis von n: 1 eingestellt, so daß der durch den Kaskoden-JFET 74 fließende Strom zu I, / (n+1) gegeben ist, während der durch den entgegengesetzten Zweig fließende und den JFET 74 umgehende Strom durch die Gleichung nl,/ (n+1) gegeben ist, so daß der um den JFET 74 herum-IiS fließende Strom etwa n- mal so groß ist wie derjenige, der durch den JFET 74 fließt. Hierdurch kann die Kaskodenschaltung in einem rauschfreien Betriebszustand verbleiben, während die für die Ausführung des JFET-Kaskodenelementes 74 in einer monolithischen integrierten Schaltung erforderliehe Bauelementfläche auf eine innerhalb vernünftiger Grenzen liegende Größe vermindert wird.
Außerdem kann die Stromspiegelschaltung 90, wie oben ermähnt, gleichermaßen durch irgendeine Art einer gebräuchliehen Stromteilerschaltung, Stromableitschaltung , Strombyp_asschaltung, Stromsplitterschaltung oder multiplen Stromquelle ersetzt werden, die fähig ist, den Strom durch den JFET 74 bedeutend herabzusetzen, ohne die Schaltungsfunktion zu verändern. Außerdem können vielerlei Mittel
3Q zum Skalieren oder Rationieren der Schaltungen herangezogen werden, wie die abgestimmte Bemessung der Emitterfläche und/oder das Hinzufügen von rationierten Emittergegenkopplungswiderständen oder dgl. Ebenso wie bei Fig. ist es auch hier wesentlich leichter und einfacher, die Schaltung vorzuspannen, und zwar unter Verwendung der stromspiegelartigen Schaltung 90 auf den Punkt, bei dem
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die Gate-Source-Spannung des JFET 74 allein auf ein solches
Niveau anhebbar ist, daß sie imstande ist, die passende
Spannung zum Vorspannen des JFET-Verstärkers 71 bereitzustellen. <■'·
Es sind auch noch weitere Variationen der in den Figuren 2 bis 4 dargestellten Schaltungen möglich. Insbesondere können die Str'omteilereinrichtungen der Schaltungen 3 und 4, die aus dem Stromspiegel 60 der Fig. 3 und der stromspiegelartigen Schaltung 90 der Fig. 4 bestehen, durch ähnlich funktionierende Schaltungen, wie Stromspiegel,. Stromteiler, Stromquellen, Stromsplitter und dgl. , beispielsweise solche, die zum Stande der Technik gehören, ersetzt werden. Beispiele solcher Schaltungen sind die Stromspiegel, Stromquellen, Stromteiler, Stromsplitter und ähnlichen Schaltungen die in "THE ART OF ELECTRONICS", Horrowitz and Winfield Hill, Cambridge University Press, New York, New York 1980, dargestellt und beschrieben sind. Auf diese Druckschrift wird hiermit Bezug genommen.
Außerdem sind die oben dargestellten und beschriebenen Schaltungen nur mit einem Feldeffekt-Transistor mit·Übergang und η-Kanal für das Verstärkerelement gezeigt worden, aber mit den hier beschriebenen Techniken kann die Erfindung ebenso gut auch auf verschiedene andere Eingangsverstärkereinrichtungen, zu denen Vielfach~Eingangsv.erstärker stufen und dgl. gehören, angewendet werden. Die vorliegenden Lehren können auch direkt auf Differentialstufen, Differentialverstärkerstufen, Vielfachstufen und dgl. von > bekannter Art ausgedehnt werden.
Mit dieser detaillierten Beschreibung der zur Erläuterung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung herangezogenen speziellen Anordnung einschließlich der Beschreibung des Verfahrens und der Betriebsweise von dieser, ist es
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- -für den Fachmann offensichtlich, daß zahlreiche Abänderun gen bei eier erfindungsgemäßen Schaltung und insbesondere bei der /nzahl von Stufen, auf die die Erfindung angewendet wird, der Art der verwendeten Eingangsverstärkerein-
! . richtungen, der besonderen Art der benutzten Stromteileranordnun>jen, d sr angewendeten Methode der Rationierung oder Einstellung des Verhältnisses, der Zahl der eingesetzten Stufen und den allgemeinen Schaltungen der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne daß von dem i:rfindangsgedanken abgewichen wird.

Claims (4)

  1. Patentansprüche
    ig 1· · Kaskodenschaltung mit einer Verstärkereingangsstufe, gekennzeichnet durch eine JFET-Kaskodeneinrichtung, die im wesentlichen das gesamte Schaltungsrauschen beseitigt, und eine Stromteilereinrichung zum Ableiten des Großteiles des durch die'Verstärkereingangsstufe
    Ιξ., fließenden Schaltungsstromes um die JFET-Kaskodeneinrichtung herum zwecks Reduzierung der für die JFET-Kaskodeneinrichtung bei Ausführung in.einer monolithischen integrierten Schaltung benötigten Bauelementfläche auf eine realistische Größe
  2. 2. Kaskodenschaltung nach Anspruch 1, d a du r c h gekennzeichnet, daß die Verstärkereingangsstufe eine JFET-VerStärkereinrichtung mit η-Kanal aufweist.
  3. 3. Kaskodenschaltung nach Anspruch 1, d a d ur c'h gekennzeichnet, daß die Stromteilereinrichtung einen Stromspiegel aufweist, der rückkoppelnd an die JFET-Kaskodeneinrichtung angeschlossen ist, um den Großteil des Stromes um die JFET-Kaskodeneiririchtung herumzuleiten und dadurch die für eine Ausführung der JFET-Kaskodeneinrichtung in einer monolithischen integrierten Schaltung erforderliche Bauelementfläche wesentlich zu reduzieren.
    Kaskodenschaltung nach Anspruch 1, dadurch
    gekennzeichnet, daß die Stromteilereinrichtung eine stromspiegelartige Einrichtung aufweist, die so an die Stromquelle in der JFET-Kaskodeneinrichtung angeschlossen ist, daß sie als Stromteilereinrichtung zum Split- ^ ten des Stromes aus der Verstärkereingangsstufe in mindestens zwei Pfade dient, wobei der größere Teil des Stromes die JFET-Kaskodeneinrichtung auf einem Nebenweg umgeht, damit für die Ausführung der JFET-Kaskodeneinrichtung in einer monolithischen integrier-1^ ten Schaltung eine minimale Baue.lementf lache verwen-. det werden kann.
    5. Kaskodenschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromteilereihrichtung eine
    1^ Stromquelleneinrichtung zum Ableiten eines Großteils des Stromes um die JFET-Kaskodeneinrichtung herum aufweist.
    6. Kaskodenschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromteilereinrichtung eine Stromsplittereinrichtung zum Teilen des Strompfades aus der Verstärkereingangsstufe in mindestens zwei getrennte Pfade aufweist, wobei der Großteil des Stromes auf einem Nebenweg (Bypass) an der JFET-Kaskodeneinrichtung vorbeiströmt, damit die JFET-Kaskodeneinrichtung mit einer realistischen Größe der Bauelementfläche nach der Technik monolithischer integrierter Schaltungen ausgeführt werden kann.
    7. Kaskodenschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromteilereinrichtung Mittel zum Einstellen des Teilerverhältnisses der. Stromteilereinrichtungfür Stromniveaus von 1 zu η aufweist, wobei der von der JFET-Kaskodeneinrichtung geführte Teil des Gesamtstromes um einen Faktor von n+ 1 reduziert ist.
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    8. Kaskodenschaltung nach Anspruch 7-, d a d u r c h gekennzeichnet, daß die Mittel zum Einstellen des Verhältnisses (Rationieren) die Skalierung oder Anpassung der Emitterfläche beinhalten.
    . ; ■
    9. Kaskodenschaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Rationieren rationierte Emittergegenkopplungswiderstände umfassen, die in die Stromteilereinrichtüng zwecks Steuerung der richtigen Stromaufteilung eingeschaltet sind,um zu gewährleisten, daß der Hauptteil des Stromes die JFET-Kaskodeneinrichtung umgeht.
    10. Kaskodenschaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Rationieren sowohl die Verwendung einer Skalierungu der Emitter fläche als auch die Verwendung von rationierten Emittergegenkopplungswiderständen umfaßt, die in die Teilereinrichtung der Schaltung so eingeschaltet sind, daß der Hauptteil des Verstärkereingangsstromes an der JFET-Kaskodeneinrichtung vorbeiströmt.
    11. Kaskodenschaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Herabsetzen des Stromniveaus in der JFET-Kaskodeneinrichtung auf einen Punkt, an dem die Gate-Source-Spannung der JFET-Kaskodeneinrichtung selbst auf ein Niveau anhebbar ist, daß sie allein eine angemessene Spannung an der Verstärkereinrichtung schafft, um die Notwendigkeit einer externen Vorspan-· nung zu beseitigen.
    12. Kaskodenschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
    die Verstärkereingangsstufe einen Feldeffekt-Transistor mit übergang (JFET) und n-Kahal aufweist,
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    die Gate-Elektrode des JFET als Schaltungseingang dient, die Drain-Elektrode mit Masse verbunden ist und die Source-Elektrode an die Drain-Elektrode der JFET-Kaskodeneinrichtung angeschlossen ist,
    die JFET-Kaskodeneinrichtung eine n-Kanal-Einrichtung aufweist, eine Gate-Elektrode vorgespannt ist und die Source-Elektrode an den Stromspiegel angeschlossen ist, und
    . der Stromspiegel einen ersten bipolaren pnp-Transis tor und einen zweiten bipolaren pnp-Transistor aufweist, wobei die Basiselektroden des ersten und des zweiten bipolaren Transistors miteinander ver-
    jFj bunden sind, die miteinander verbundenen Basiselektroden der bipolaren Transistoren an den Kollektor des ersten bipolaren Transistors angeschlossen sind, der Kollektor des ersten bipolaren Transistors mit der Sourceelektrode der JFET-Kaskodeneinrichtung verbunden ist, die Kollektorelektrode des zweiten bipolaren Transistors an die Verbindung der Drain-Elektrode der JFET-Kaskodeneinrichtung mit der Source-Elektrode des Eingangs-JFET angeschlossen ist, die Emitter-Elektroden des ersten und des zweiten bipolaren Transistors gemeinsam an den Schaltungsausgang angeschlossen sind und ' ■ zwischen den· Schaltungsausgang und eine Spannungsquelle ein Lastwiderstand eingeschaltet ist.
    gO 13. Kaskodenschaltung nach Anspruch 4, d a du r c h gekennzeichnet, daß
    die Verstärkereingangsstufe einen JFET mit n-Kanal aufweist, an dessen Gate-Elektrode das Eingangsgg ' signal anliegt, wobei die Drain-Elektrode mit Masse
    verbunden und die Source-Elektrode an die stromspiegelartige Schaltung angeschlossen ist,
    die JFET-Kaskodeneinrichtung eine JFET- Einrichtung mit η-Kanal aufweist, deren Gate-Elektrode vorgespannt ist, deren Source-Elektrode an den Schaltungsausgang angeschlossen ist und deren Drain-Elektrode mit der stromspiegelartigen Schaltung " verbunden ist, und
    . .
    die stromspiegelartige Schaltung einen ersten bipolaren npn-Transistor und einen zweiten bipolaren npn-Transistor aufweist, wobei die Basiselektroden des ersten und des zweiten bipolaren Transistors miteinander verbunden sind, die miteinander verbundenen Basiselektroden des ersten und des zweiten bipolaren Transistors an den Kollektor des ersten bipolaren Transistors angeschlossen sind, die Emitterelektroden des ersten und des zweiten bipolaren Transistors gemeinsam an die Source-Elektrode des JFET-Eingangsverstärkers angeschlossen sind, der Kollektor des ersten bipolaren Transistors mit der Drain-Elektrode der JFET-Kaskodeneinrichtung verbunden ist, die Kollektorelektrode des zweiten bipolaren Transistors mit der Source-Elektrode der JFET-Kaskodeneinrichtung verbunden ist, die Source-Elektrode der JFET-Kaskodeneinrichtung an den Schaltungsausgang angeschlossen ist und ein testwiderstand zwischen eine Spannungsquelle und den Schaltungsausgang geschaltet ist.
    14. Kaskodenschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung "m" Eingangsstufen aufweist und jede von diesen "m" Eingangsstufen über eine JFET-Kaskodeneinrichtung an den Scha^tungsausgang angeschlossen ist, um die Schaltung rauschfrei
    zu machen, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß es "m" Eingangsstufen für jede integrierte Schaltungseinrichtung gibt, von denen jede "m" JFET-Kaskodeneinrichtungen und ein entsprechendes "m" Stromteilereinrichtungen aufweist.
    15. Kaskodenschaltung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung mindestens zwei Differentialstufen aufweist, von denen jede mit einem Eingangs JFET, einer JFET-Kaskodeneinrichtung und einer Stromteilereinrichtung versehen ist, die daran angeschlossen ist, um den größten Teil des Stromes durch das Eingangs JFET an der JFET-Kaskodeneinrichtung vorbeizuleiten, damit die Schaltung als integrierte Schaltung ausgeführt werden kann.
    16. Kaskodenschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
    die Kaskodenschaltung einen Ausgang aufweist,
    die Verstärkereingangsstufe eine Verstärkerstufe mit einem Eingangs- JFET-Transistor ist, und
    die JFET-Kaskodeneinrichtung zwischen die.Verstärkerstufe mit dem Eingangs-JFET-Transistor und den Schaltungsausgang geschaltet ist, um das Schaltungsrauschen im wesentlichen zu beseitigen.
    17. Kaskodenschaltung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Ableiteinrichtung einen Stromspiegel aufweist, der rückkoppelnd an die JFET-Kaskodeneinrichtung angeschlossen ist.
    18. Kaskodenschaltung nach Anspruch 16, d a d,u r c h ge-
    kennzeichnet, daß «
    die Eingangsverstärkerstufe mit dem Eingangs-JFET-Transistor einen JFET mit η-Kanal aufweist, dessen Gate-Ele'ktrode als Verstärkereingang dient, dessen Drain-Elektrode mit Masse verbunden ist und dessen Source-Elektrode an die Drain-Elektrode der JFET-.Kaskodeneinrichtung angeschlossen ist,
    · die JFET-Kaskodeneinrichtung eine Einrichtung mit n—Kanal ist, deren Gate-Elektrode mit einer Vor-Spannungsquelle verbunden und deren Source-Elektrode an die Ableiteinrichtung angeschlossen ist, und
    die Ableiteinrichtung einen Stromspiegel mit einem ersten bipolaren pnp-Transistor und einem zweiten bipolaren pnp-Transistor aufweist, wobei die Emitter des. ersten und des zweiten bipolaren Transistors gemeinsam an den Spannungsausgang angeschlossen sind, ein Lastwiderstand zwischen eine Spannungsquelle und den Schaltungsausgang geschaltet ist, die Basiselektrode des ersten und des zweiten bipolaren Transistors direkt miteinander verbunden sind, die miteinander verbundenen Basiselektroden des ersten und des zweiten bipolaren Transistors mit dem Kollektor des ersten bipolaren Transistors verbunden sind, der Kollektor des ersten bipolaren Transistors an die Source-Elektrode der JFET-Kaskodeneinrichtung angeschlossen ist und der Kollektor des zweiten bipolaren Transistors an die Verbindung der Drain-Elektrode der JFET-Kaskodeneinrichtung mit der Source-Elektrode des JFET des Eingangsverstärkers angeschlossen ist, damit ein Rückkopplungspfad um die JFET-Kaskodeneinrichtung herum gebildet wird, um zu gewährleisten, daß der Hauptteil des Schaltungsstromes um die JFET-Kaskodeneinrichtung
    herumfließt, damit die Größe der für die Integration benötigten Bauelementfläche vermindert wird.
    19. Kaskodenschaltung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Ableiteinrichtung Mittel zum
    Rationieren des Stromspiegels für Stromniveaus.von η zu 1 aufweist, derart, daß der von der JFET-Kaskodeneinrichtung geführte Teil des Gesamtstromes um einen Paktor von η + 1 reduziert ist.
    10
    20. Kaskodenschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Rationieren Mittel zum Skallieren öder Anpassen der Emitterfläche aufweist. ·
    21. Kaskodenschaltung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Rationieren rationierte Emitterrückkopplungswiderstände aufweist.
    22. Kaskodenschaltung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Rationieren sowohl Mittel zum Skallieren oder Anpassen, der Emitterfläche als auch in die Emitterschaltungen eingesetzte rationierte Gegenkopplungswiderstände, aufweist.
    ·■
    23. Kaskodenschaltung nach Anspruch 16, da durch gekennzeichnet, daß die Ableiteinrichtung eine stromspiegelartige Schaltungseinrichtung aufweist, die in die Stromquelle der JFET-Kaskodeneinrichtung geschaltet ist, um als Stromteilereinrichtung zum Splitten des Stromes aus der Eingangs-JFET-Transistorverstärkerstufe in mindestens zwei Pfade dient, wobei der größere Teil des Stromes an der JFET-Kaskodeneinrichtung auf einem Nebenweg vorbeifließt, um die Realisierung einer minimalen Bauelementfläche der JFET-Kaskodeneinrichtung für die Ausführung in monolithischer integrierter
    — 9 —
    Schaltung zu ermöglichen.
    24. Kaskodenschaltung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß
    5
    die Eingangsverstärkerstufe mit dem Eingangs-JFET-Transistor einen JFET mit η-Kanal aufweist, dessen Gate-Elektrode als Schaltungseingang dient, dessen • Drain-Elektrode mit Masse verbunden ist und dessen Source-Elektrode an die Ableiteinrichtung angeschlossen ist,
    die Kaskodeneinrichtung einen JFETmit η-Kanal aufweist, dessen Gate-Elektrode vorgespannt ist, dessen Source-Elektrode mit dem Schaltungsausgang verbunden ist und dessen Drain-Elektrode an die Ableiteinrichtung angeschlossen ist, und
    die Ableiteinrichtung eine stromspiegelartige · Schaltungseinrichtung aufweist, die in die Stromquelle der JFET-Kaskodeneinrichtung geschaltet ist, um als S'tromteilereinrichtung zum Splitten des Stromes aus dem Eingangs-JFET zu dienen, wobei die ■ stromspiegelartige Schaltungseinrichtung einen ' ersten bipolaren npn-Transistor und.einen zweiten bipolaren npn-Transistor aufweist, die Basiselektroden der bipolaren Transistoren miteinander verbunden sind, die miteinander verbundenen Basiselektroden der bipolaren Transistoren an den Kollektor des ersten bipolaren Transistors angeschlossen sind, die Emitter des ersten und des zweiten bipolaren Transistors gemeinsam an die Quelle des Eingangs-JFET angeschlossen sind, der Kollektor des ersten bipolaren Transistors mit der Drain-Elektrode der JFET-Kaskodeneinrichtung verbunden ist, der Kollektor des zweiten bipolaren Transistors an die Source-Elektro-
    - 10 - "
    de der JFET-Kaskodeneinrichtung angeschlossen ist, die Source-Elektrode der JFET-Kaskodeneinrichtung mit dem Schaltungsausgang verbunden ist und ein Lastwiderstand zwischen eine Spannungsquelle und den Schaltungsausgang geschaltet ist.
    25. Kaskodenschaltung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Ableiteinrichtung eine Einrichtung zum Rationieren der stromspiegelartigen Schaltungseinrichtung für Stromniveaus von η zu 1 aufweist, derart, daß der von der JFET-Kaskodeneinrichtung geführte Teil des Gesamtstromes um einen Faktor von n+ 1 reduziert ist.
    26. Kaskodenschaltung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Rationieren das Ska lieren oder Bemessen der Emitterfläche umfaßt.
    27. Kaskodenschaltung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Rationieren rationierte Gegenkopplungswiderstände umfassen, die in den Emitterkreis der Ableiteinrichtug geschaltet sind.
    28. Kaskodenschaltung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Rationieren sowohl das Skal_iereh oder Bemessen der Emitterfläche als auch rationierte Widerstandsanordnungen umfassen, die in die Emitterkreise der Ableiteinrichtungen geschaltet sind.
    29. Kaskodenschaltung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Ableiteinrichtung eine Stromquelle aufweist.
    30. Kaskodenschaltung nach Anspruch 19, dadurch
    _ 11 _
    IL
    daß die Ableiteinrichtung eine Stromsplittereinrichtung aufweist, die den Strom durch die Eingangsverstärkerstufe so teilt, daß der Großteil hiervon die JFET- : Kaskodeneinrichtung auf einem Nebenweg umgeht, damit ■die JFET-Kaskodeneinrichtung mit einer vernünftigen Bauelementfläche in einer integrierten Schaltung ausgeführt werden kann.
    31. Kaskodenschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die JFET-Kaskodeneinrichtung einen JFET mit η-Kanal aufweist.
    32. Kaskodenschaltung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromteilereinrichtung einen Stromspiegel aufweist, der rückkoppelnd an die JFET-Kaskodeneinrichtung angeschlossen ist, um den Hauptteil des Stromes aus der Verstärkerstufe auf einem Nebenweg an der JFET-Kaskodeneinrichtung vorbeizuleiten und so deren Integrierung zu ermöglichen.
    ·
    33. Kaskodenschaltung nach Anspruch 32, d a d u r c h gekennzeichnet, daß die Stromteilereinrichtung Mittel zum Rationieren des Stromspiegels für Stromniveaus von η zu 1 aufweist, derart, daß der von.der JFET-Kaskodeneinrichtung geführte Teil des Gesamtstromes um einen Faktor von n+1 vermindert ist.
    3.
  4. 4. Kaskodenschaltung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromteilereinrichtung eine stromspiegelartige Schaltung aufweist, die in die Stromquelle der JFET-Kaskodeneinrichtung geschaltet ist, um als Stromteiler zum Splitten des Stromes aus der Verstärkereingangsstufe in zwei Pfade zu dienen, wobei der größere Teil des Stromes an der JFET-Kasko deneinrichtung auf einem Nebenweg vorbeifließt, um möglichst kleine Bauelementflachen' und dadurch die
    - 12--
    Ausführung als monolithische Kaskodenschaltung zu ermöglichen.
    35. Kaskodenschaltung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromteilereinrichtung des weiteren Mittel zum Rationieren der stromspiegelartigen Schaltung für Stromniveaus von η zu 1 aufweist, derart,, daß der von der JFET-Kaskodeneinrichtung geführte Teil des Gesamtstromes um einen Faktor von η + 1 vermindert ist.
    36. Kaskodenschaltung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromteilereinrichtung des weiteren versehen ist mit einer Stromquellenanordnung zum Teilen des Stromes in solcher Weise, daß dessen Hauptteil die JFET-Kaskodeneinrichtung auf einem Nebenweg umgeht, damit die JFET-Kaskodeneinrichtung in einer monolithischen integrierten Schaltung ausgeführt werden kann.
    37. Kaskodenschaltung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromteilereinrichtung versehen ist mit einer Stromsplittereinrichtung zum Teilen des durch die Verstärkerstufe fließenden Stromes in solcher Weise, daß ein Hauptteil von diesem auf einem Nebenweg an der JFET-Kaskodeneinrichtung vorbeifließt, damit die JFET-Kaskodeneinrichtung in einer monolithischen integrierten Schaltung ausgeführt werden kann.
    38. Kaskodenschaltung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung mehrere Verstärkerstufen und des weiteren eine JFET-Kaskodeneinrichtung und mindestens eine Stromteilereinrichtung für. jede Verstärkerstufe aufweist. . .
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    39. Kaskadenschaltung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung mehrere Differentialstufen mit einer JFET-Kaskodeneinrichtung und einer Stromteiler-Schaltungseinrichtung je Differentialstufe aufweist.
    40. Verfahren zum Beseitigen des Schaltungsrauschens in einer Kaskodenschaltung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche in einem im wesentlichen vollständigen Aus-IQ maß, dadurch gekennzeichnet, daß die JFET-Kaskodeneinrichtung zwischen den Eingangsverstärker und den Schaltungsausgang geschaltet wird.
    41. Verfahren nach Anspruch 40, dadurch gekenn-
    1-5 zeichnet, daß ein JFET-Transistor als Eingangsverstärkerstufe eingefügt wird.
    42. Verfahren nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß von dem Eingangs-JFET-Transistor Strom derart abgeleitet wird, daß der Großteil des Stromes die JFET-Kaskodeneinrichtung auf einem Nebenweg umgeht, damit die JFET-Kaskodeneinrichtung innerhalb, einer . realistischen Bauelementfläche in der Technologie einer monolithisch integrierten Schaltung ausgeführt werden kann.
    43. Verfahren nach Anspruch 40, gekennzeichnet durch die Verwendung von "x" Verstärkefstufen, wobei "x" eine positive ganze Zahl und größer oder gleich 1 ist, das Einfügen der JFET-Kaskodeneinrichtung für jede der "x" Verstärkerstufen zwischen den Ausgang der Verstärkerstufe und den Schaltungsausgang, um im wesentlichen das gesamte Schaltungsrauschen zu beseitigen, und das Vorsehen von "x" Einrichtungen zum Ableiten von Strom aus jeder der "x" Verstärkerstufen derart,
    . - 14 -
    -14
    j daß der Großteil des Stromes die entsprechenden "x" JFET-Kaskodeneinrichtungen auf einem Nebenweg umgeht, um die für die Ausführung der Schaltung in der Technologie von monolithisch integrierten Schaltungen benö-
    c tigte Bauelementfläche auf eine vernünftige Größe zu reduzieren.
    44. Verfahren nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromteilereinrichtung für Strom-IQ niveaus von η zu 1 rationiert wird, so daß der von der JFET-Kaskodeneinrichtung geführte Teil des Gesamtstromes um einen Faktor von η + 1 reduziert ist.
DE19843436302 1983-10-03 1984-10-03 Rauschfreie, die bauelementflaeche beeinflussende kaskodenschaltung Ceased DE3436302A1 (de)

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