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Schaltungsanordnung mit Transistoren, mittels welcher ein Strom bestimmten Wertes und umkehrbarer Richtung an eine Belastung zugeführt werden kann
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung mit Transistoren, mittels welcher ein Strom bestimmten Wertes und umkehrbarer Richtung an eine Belastung, z. B. an eine Stufe eines Eingangswiderstandsnetzwerkes eines Digitalvoltmeters für Gleichspannungen mit nicht vorbekannter Polarität, aus Quellen gleicher Spannung und entgegengesetzter Polarität und über die Emitter-Kollektorkreise zweier Transistoren entgegengesetzter Leitfähigkeitstypen zugeführt werden kann, indem der Basis-Emitterübergang eines dieser Transistoren in Vorwärtsrichtung betrieben wird.
Solche Schaltungsanordnungen sind bekannt, z. B. aus American Institute of Electrical Engineers Transactions Teil I, [1955], S. 120 und 121, Fig. 27. Mit einer solchen bekannten Schaltungsanordnung kann man selbstverständlich auch, als andere Möglichkeit, den Strom durch die Belastung annähernd auf Null einstellen, indem die Basis-Emitterl1bergänge beider Transistoren In der Rückwärtsrichtung polarisiert werden. Die Belastung wird dann jedoch noch von den Kollektor- oder Emitterrestströmen der beiden Transistoren durchflossen. Diese Ströme haben zwar entgegengesetzte Richtungen aber, insbesondere bei schwankenden Betriebstemperaturen, kann der Fall eintreten, dass sie sich nicht genau aufheben, so dass der resultierende Strom durch die Belastung nicht genau gleich Null ist.
Für bestimmte Zwecke soll durch eine Belastung, z. B. einen Widerstand, ein Strom mit genau bestimmtem Wert geschickt, die Richtung dieses Stromes umgekehrt, und der Strom auch genau auf Null eingestellt werden können. Diese Aufgabe tritt z. B. bei einem Digitalvoltmeter für Gleichspannungen mit nicht vorbekannter Polarität auf, wobei der über einen bekannten Widerstand durch einen Strom genau bekannten Wertes erzeugte Spannungsabfall als positive oder negative Bezugsspannung dient und die mit der zu messenden Spannung zu vergleichende Spannung schrittweise, durch Addieren der vorhandenen oder nicht vorhandenen Spannungen einer Reihe solcher Bezugsspannungen aufgebaut wird. Diese Bezugsspannungen werden durch untereinander gleiche Bezugsströme erzeugt, die den verschiedenen Stufen eines Widerstandsnetzwerkes zugeführt werden.
Die betreffenden Werte der aufeinanderfolgenden, auf diese Weise erzeugten Bezugsspannungen haben ein bestimmtes gegenseitiges Verhältnis, z. B. 1 : 2, so dass z. B. bei zehn Ver-
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Bezugsspannung erzeugt oder nicht erzeugt wird, leicht einen die kleinste Bezugsspannungüberschreitenden Fehler hervorrufen. In diesem Beispiel ist es somit notwendig, den sich mit der Temperatur stark ändernden Einfluss der Restströme der Transistoren zu beseitigen. Um dies zu erzielen, wird, gemäss der Erfindung, der die Belastung durchfliessende Strom dadurch auf Null eingestellt, dass die Basis-Emitter- übergänge beider Transistoren gleichzeitig in Vorwärtsrichtung betrieben werden.
Die Erfindung wird an Hand einer Zeichnung näher erläutert, die das Schaltbild eines Ausführungsbeispieles der Schaltanordnung nach der Erfindung zeigt.
Die einzige Figur der Zeichnung zeigt ein aus miteinander verbundenen Widerständen 2,3 und 4 bestehendes Netzwerk 1, welchem an bestimmten Punkten bestimmte Ströme durchTransistorschaltungen, nach der Erfindung zugeführt werden können, und auch eine solche Transistorschaltung, deren Ausgang
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mit einer Zufuhrverbindung I des Netzwerkes 1 verbunden ist. Die andern Zufuhrverbindungen II... n-I und n des Netzwerkes sind auch mit solchen Transistorschaltungen verbunden, die jedoch nicht dargestellt sind.
Das Netzwerk l liefert somit zwischen der ZufuhrverbindungI und Erde eine Vergleichsspannung, die gleich der Summe der Bezugsspannungen über den verschiedenen Widerständen 4 ist. Über zwei weitere Widerstände 4'wird diese Bezugsspannung durch einen an die rechten Klemmen A dieses Netzwerkes angeschlossenen Nullanzeiger mit einer den linken Klemmen E des Netzwerkes zugeführten Eingangsspannung verglichen.
Die veranschaulichte Transistorschaltung soll somit im Stande sein, einen Strom bestimmten Wertes und umkehrbarer Richtung von Quellen 5 und 6 mit gleicher Spannung und entgegengesetzter Polarität über die Emitter-Kollektorkreise zweier Transistoren 7 und 8 entgegengesetzter Leitfähigkeitstypen an die Zufuhrverbindung I und an die durch das Netzwerk 1 gebildete Belastung zu liefern. Dies erfolgt dadurch, dass der Basis-Emitterübergang eines der Transistoren 7 und 8 in Vorwärtsrichtung betrieben wird. Ausser dem Netzwerk 1 enthält die Belastung der Transistorschaltung mit ihr in Reihe geschaltete Kollektorwiderstände 11 bzw. 12 und mitdiesen Reihenkombinationen parallel geschaltete Widerstände 9 bzw. 10.
Die Spannungsquellen 5 und 6 sind in die entsprechenden Emitterkreise der Transistoren 7 und 8 eingeschaltet und einseitig geerdet und die Basiselektroden dieser Transistoren sind über Widerstände 13 bzw.
14 an Quellen von Rückwärtsspannungen 15 bzw. 16 angeschlossen. Die Spannung jeder dieser letztgenannten Quellen überschreitet die Vorwärtsspannung der entsprechenden Emitterspannungsquelle 5 bzw. 6, so dass die Transistoren 7 und 8 normalerweise beide gesperrt wären. Die Basiselektroden der Transistoren 7 und 8 sind jedoch noch über einen Widerstand 17 bzw. 18 und über eine damit in Reihe geschaltete Diode 19 bzw. 20, die in Vorwärtsrichtung gepolt ist, mit den Ausgangsklemmen einer bistabilen Kippschaltung 21 gekoppelt.
Diese nicht näher dargestellte Kippschaltung enthält z. B. zwei Transistoren des pnp-Typs wieder Transistor 8 und die Basis des Transistors 7 ist unmittelbar über den Widerstand 17 und die Diode 19 mit einer Ausgangsklemme dieser Kippschaltung verbunden. Ist diese Ausgangsklemme durch die bistabile Kippschaltung geerdet, so ist der Transistor 7 leitend, da seine Basis über den Widerstand 17 und die Diode
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ist. Der Widerstand 17 bedingtsomitden durch den Basis-Emitterkreis des Transistors 7Kollektorspannung auf einen Wert von einigen Millivolt herabfällt. Bei Verwendung symmetrischer
Transistoren ist der Basisstrom annähernd gleich dem Kollektorstrom, der seinerseits durch die Widerstände
9 und 11 bestimmt wird.
Der Teil dieses Kollektorstromes fliesst über den Widerstand 11 durch das Netz- werk 1 und erzeugt somit eine bestimmte Spannung über diesem Netzwerk. Da der Transistor 8 von glei- chem Leitfähigkeitstyp ist, wie die Transistoren oder andere Verstärkerelemente der Kippschaltung 21 muss seine Basiselektrode über eine Umkehrschaltung mit dem zweiten Ausgang der bistabilen Kippschaltung gekoppelt werden.
Diese Umkehrschaltung enthält, wie dargestellt ist, einen Transistor 22 des npn-Typs, dessen Emit- ter geerdet und dessen Basiselektrode aber einen Widerstand 23 mit dem zweiten Ausgang der bistabilen
Kippschaltung 21 verbunden ist. Diese Basiselektrode ist ausserdem mit der Plusklemme einer Quelle po- sitiver Spannung 26 über einen Widerstand 24 verbunden und der Kollektor des Transistors 22 ist über einen Belastungswiderstand 25 auch mit dieser Plusklemme verbunden. Die Basiselektrode des Transistors 8 des pnp-Typs ist an den Kollektor des Transistors 22 über den Widerstand 18 und die Diode 20 angeschlossen.
Ist die rechte Ausgangsklemme der bistabilen Kippschaltung 21 über das entsprechende Verstärkerele- ment geerdet, so ist der Transistor 22 leitend, da seine Basiselektrode durch den durch die Widerstände 23 und 24 gebildeten Spannungsteiler in Vorwärtsrichtung polarisiert ist. Unter diesen Umständen ist die Basiselektrode des Transistors 8 über den Widerstand 18, die Diode 20 und den Kollektor-Emitterkreis des Transistors 22 geerdet, so dass dieser Transistor leitend ist.
Als andere Möglichkeit soll der über jede der Zufuhrverbindungen I bis n zugeführte Strom auf den Wert Null einstellbar sein. Dies könnte durch Unterbrechung der beiden Basiskreise mit dem Widerstand 17 bzw. 18 und der Diode 19 bzw. 20 bewerkstelligt werden. lI1 diesem Falle würde jedoch noch ein verhältnismässig hoher Reststrom der durch das Netzwerk 1 und die Widerstände 9 12 gebildeten Belastung zugeführt werden, u. zw. ein Strom der gleich dem Unterschied zwischen den Kollektorrestströmen der Transistoren 7 und 8 ist.
Bekanntlich sind diese Restströme stark temperaturabhängig und weisen schon bei Transistoren gleichen Typs und umsomehr bei Transistoren entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps verhältnismässig grosse Unterschiede von Transistor zu Transistor auf. Das Netzwerk 1 gehört z. B. einem binären System an, so dass der bei einem derVerbfudung I zugeführten, bestimmten Strom über diesem Netzwerk erzeugteSpan-
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StromPATENTANSPRÜCHE :
1. Schaltungsanordnung mit Transistoren, mittels welcher ein Strom bestimmten Wertes und um- kehrbarerRichtung an eineBelastung (2-4), z. B. an eine Stufe eines Eingangswiderstandsnetzwerkes eines Digitalvoltmeters für Gleichspannungen mit nicht vorbekannter Polarität, aus Quellen (5 und 6) gleicher Spannung und entgegengesetzter Polarität und über die Emitter-Kollektorkreise zweier Transistoren (7 und 8) entgegengesetzter Leitfähigkeitstypen zugeführt werden kann, indem der Basis-Emitterübergang eines dieser Transistoren in Vorwärtsrichtung betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vermeidung des sich mit der Temperatur stark ändernden Einflusses der Restströme der Transistoren der die Belastung (2-4) durchfliessende,
dem Unterschied der Kollektorströme der Transistoren (7 und 8) entsprechende Strom dadurch auf Null eingestellt wird, dass die Basis-Emitterübergänge beider Transistoren (7 und 8) gleichzeitig in Vorwärtsrichtung betrieben werden.