CN1113281C - 产生直流电流的电路装置 - Google Patents

Abstract

本发明给出产生直流电流的电路装置。包括：电流源级，它在一个输入端上备有通过一输入电阻引导的测试电流，它包括基极-发射极路径与输入电阻并联的电流源三极管，该管的集电极作为提供输出电流的电流源级的输出端。电流镜级，使电流源级的输出电流对工作阻抗作镜翻转，在工作阻抗上产生响应于该输出电流的控制电压。电流器组，有提供控制电压的控制输入端；有至少两个同时受控于控制电压的输出端；这些输出端上有互成比例的电流，其中基本的电流作为测试电流。其结果为：建立一个电流基准，该基准可用非常低的电源电压，0.9V左右。该基准简单且有稳定的工作特性，产生有负温度系数的基准电流。

Description

产生直流电流的电路装置

技术领域

本发明涉及一个产生直流电流的电路装置。

背景技术

对靠插入电池工作的器件的电子电路装置而言，由于经济和生态的原因，尽可能低的能源消耗是其追求的目标。因此对这种器件来说，设计当工作时具有低的电源电压和低功耗的电子电路是非常重要的。在这种情况下，仅由一节电池作为电源，其目的在于省去为升高电源电压的直流电压变换器。举一例子，在这种情况下用本方法供给电压的电子电路可在电源电压下降到0.9V时仍可无任何限制地保持运转，而其正常电源电压数值为1V。考虑双极晶体管，基极-发射极电压在导通状态下的典型数值约为0.7V这一事实，这就有必要应用以上所述来建立专门的电路框架，因为很多晶体管电路仅在相当高的电源电压之下才能工作。

在许多领域中需要有稳定的直流电流作为电流基准，此稳定的直流电流与电源电压的变化无关，例如，由于电池的不同充电状态引起的电池所提供的电压变化必须不影响被供电的电子电路的功能。

发明内容

本发明的目的是提供可作为电流基准的电路装置，该装置被用于非常低的电源电压，最好约0.9V，有简单的结构，有稳定的工作特性和能提供有负温度系数的电流。

按本发明该目的由产生直流电流的电路装置来达到，包括：

一电流源级，在一输入端上备有通过一输入电阻引导的测试电流，包含一个基极-发射极路径与输入电阻并联的电流源三极管，其集电极构成电流源极的输出端，提供输出电流。

电流镜级，它对工作阻抗提供电流源极的镜翻转输出电流，在工作阻抗上产生响应于输出电流的一个控制电压。

电流器组。它有提供控制电压的控制输入端，并最少有两个同时受控于控制电压的输出端，输出端上提供互成比例的电流的输出，其基本的电流是测试电流。

这一点在文章“A Curvature-Corrected Low-Voltage BandgapReference”中可见，该文公开于IEEE杂志“固态电路”1993年6月第六期第28卷中(P667-P670)。特别是在P668，图3中公开一个产生直流电流的电路装置，它由低于1V的电源电压供电。该电路装置包含一个基极-发射极路径上并联一个电阻的npn的三极管，电阻上流过到电流器组分支电流的一部分。电流器组分支包括一个npn三极管，它以电流镜电路的形式连接到另一个作为二极管的pnp三极管。这个作为二极管的pnp三极管被另一个npn三极管馈电，后者的基极被连接到前面的NPN三极管的集电极上。该连接由电流源馈电。

已经发现这个已知的电路有强的振荡可能，尽管有补偿措施仍不适合作电流基准。

按本发明的电路装置中，由电流源、电流器组和电流镜级构成闭环控制电路，控制电路提供了电路装置的有效稳定性。按本发明的电路装置可使用低于0.9V左右的电源电压而可操作性不受限制。它结构简单且产生有负温度系数的直流电流，即电路工作温度降低时直流电流随之减小。

较可取的是，电流器组产生的控制电压通过电流镜级影响工作阻抗，该阻抗由三极管的主电流路径构成，三极管的控制极至少由保证电路装置能工作的起始电流供电。当仍无电流的电流镜级进入工作时，起始电流在工作阻抗中产生一个来自电流器组控制输入端的电流，其结果在同时受控的电流器组输出端上产生输出电流，电流源级的测试电流也在其中。在工作中该电流源级同样也在电流镜级中产生电流馈给工作阻抗。此外，起始电流可用于调节工作阻抗到要求的阻抗值(电阻值)，为此，优先选用恒定的起始电流。起始电流由被连接到构成工作阻抗的三极管控制极上的电源供电级来提供。

当电路的工作温度下降时，按本发明的电路装置产生的直流电流减小。故按本发明的电路有负的温度系数。根据这种情况，在要求有负温度系数电流基准时，本发明的电路可产生所要求的基准电流。另一方面，在基准电流输出端上产生一个有正温度系数的基准电流的基准电流源也是需要和可能的。更进一步，温度系数的数值可以进行对照。此时，有正温度系数的该(另一个)基准电流源的基准电流输出端被连接到按本发明的电路装置的电流器组的同时受控的输出端之一(另一个)上，该电路装置相当于一个有负温度系数的基准电流源，有正温度系数的基准电流可以同所述电流器组的输出(有负温度系数)进行线性结合，以构成总输出电流，即最好电流彼此相加。因为在合适地设计时正的和负的温度系数彼此抵消，总输出电流可以与规定的温度范围无关。最好一个所谓的“带隙”电路可被选作为有正温度系数的基准电流源。这种基准电流源亦称为带隙(bandspace)，是具有正温度系数器件，其基准电流来自该半导体材料的带隙电压，这里使用的电子元件就是用这种材料做成的。

按本发明的电路装置更优选的实施例在有关的权利要求中有很明确的。

本发明的这些和其他部分根据并参照在以下所述的实施例说明将是很清楚的。

附图说明

图中：

图1示出所谓的带隙电路(带隙基准)的一个例子。

图2为按本发明的可产生有负温度系数的直流电流的电路实施例。

图3示出在预定温度范围内可产生与温度无关的直流电流的电路装置。

具体实施方式

图1示出作为带隙电路(带隙基准)的基准电流源1，在基准电流输出端2上提供有正温度系数基准电流。基准电流源1包括配置成偶极的起始电路3，其一端连到电源供电端4，另一端连到两个发射极耦合的npn管5、6中第一个的基极。第一个npn三极管5的基极被连到第二个npn管6的集电极，也连到参考电流源1的供电电流输出端7上。npn三极管5和6的发射极被连到地8。第一个npn三极管5的集电极被连到作为二极管的第一个pnp三极管9的集电极，管9的发射极经发射极电阻10按需要接到电源供电端4。第一个pnp三极管9的基极与后面两个pnp三极管11，12的基极相连，而管11，12的发射极经发射极电阻13，14按要求与电源供电端4相连。pnp三极管9，11，12构成电流镜电路，受控于第一个pnp三极管。第二个pnp三极管11的集电极经过电阻15连到第二个npn三极管6的集电极，也连到供电电流输出端7。此外，第二个pnp三极管11的集电极和第二个npn管6的基极之间有线相连。电流镜电路的第三个pnp三极管12的集电极构成基准电流源1的基准电流输出端2。起始电路3包括一个接在电源供电端4和第一个npn三极管5基极之间作为二极管的三极管。

随着电源端4的电流电压下降到约0.9V，图1中所示的基准电流源1，施加随温度上升的一个基准电流于该基准电流输出端2上。

按本发明的电路装置16的典型实施例示于图2，用于产生有负温度系数的直流电流，包括由输入电阻17和电流源三极管18组成的电流源级。输入电阻17的一端和由npn三极管构成的电流源三极管18的发射极被接到地8，电流源三极管18的基极与输入电阻17的另一端彼此相连。电流源三极管18的集电极连到作为二极管的pnp三极管19的集电极和基极，管19的发射极连到电源供电端4。pnp三极管19与下一个三极管20一起构成电流镜级。为此，pnp三极管19和20的基极彼此相连。pnp三极管20的发射极经过欧姆量级的稳定电阻21接到电源供电端4上。当pnp三极管19的集电极构成电流镜级的输入端时下一个pnp三极管20的集电极就是该级的输出端。这个输出端经过作为工作阻抗的npn三极管22的集电极-发射极路径连接到地8。

三极管22和20的集电极之间的节点同时构成电流器组的控制输入端23，电流器组包括两个pnp三极管24，25，两管的基极被接到控制输入端23，两管的集电极构成电流器组的同时受控输出端26，27。第一个同时受控输出端26(即是电流器组的第一个pnp管24的集电极)与输入电阻17和电流源三极管18之间的节点相连，也就是连到电流源级的输入端。电流器组的pnp三极管24，25的发射极经过发射极电阻28，29连到电源供电端4。一个稳定电容30被插入到电流器组24，25的控制输入端23和电流源级17，18的输入端(即是电流器组24，25的输出端26)之间。

所述电路装置16构成闭环控制电路，包括电流源级17，18、电流镜级19，20，电流器组24，25。该闭环控制电路控制来自电流器组24，25的第二输出端27的直流电流，有负的温度系数。电流器组24，25的第二输出端27构成电路装置16的输出。在电路装置16工作时，电流器组24，25的第一输出上(即是电流器组第一pnp三极管24的集电极上)的测试电流正比于通过电流源级输入电阻17的直流电流。测试电流在电阻17上产生电压，该电压控制电流源三极管18的集电极电流，此集电极电流构成电流源级17，18的输出电流。电流源级17，18的输出电流同时相当于电流镜级19，20的输入电流，该输出电流通过电流镜级对工作阻抗作镜翻转。由电流镜级19，20产生的电流(电流镜级的输出电流)引起作用在工作阻抗上的控制电压，该电压通过控制输入端23控制电流器组24，25和在输出端26，27上的输出电流，即测试电流。

从电流源级19，20到工作阻抗22的传送电流的路径中的欧姆级稳定电阻21和稳定电容30被附加地用于稳定电路装置16的工作特性，进一步抑制振荡趋势。图2中构成工作阻抗的三极管22通过控制电极-基极31连接到电源供电级32。该电源供电极包括作为二极管的npn三极管33，其发射极接地，基极接到控制电极31。npn三极管33的基极连到npn三极管33的集电极也连到恒流源34的一端，恒流源也连到电源供电端4上。恒流源34对主电流路径(即npn三极管33的集电极-发射极路径)和工作阻抗22的控制电极31提供电流。当电路装置16进入工作时，即供电电压被加到电源供电端4时恒流源34经控制电极31的作用在工作阻抗22中产生电流。在电流器组24，25中该电流引起测试电流和在输出端27上的直流电流。测试电流经由电流源级17，18和电流镜级19，20使构成电路装置16的闭环控制电路进入工作状态。一旦电路装置16到达工作状态，由恒流源产生的恒定电流提供了一个稳定的工作阻抗设置。在这种工作状态下，加到控制极31上的起始电流的作用时间比电流装置16进入工作所需的时间要长。

图3是一个连接示意图，把图1所示的基准电流源1和图2所示的有负温度系数的产生直流电流的电路装置16相连接，其电路元件已描述过且用相同的参考符号。基准电流源1和电路装置16被连到相同的电流供电端4上。为了提供有正温度系数的基准电流，基准电流源1的基准电流输出端2与有负温度系数的直流电流电路装置16的输出端27在公共输出端35上相连，另外此例中基准电流和电流器组24，25的输出端27中的电流在公共端35上线性结合构成总输出电流。基准电流源1和电路装置16按在公共输出端35上的总输出电流在预定的温度范围内与温度无关为原则进行合适地设计。

更进一步观察图3中电路装置，供电电流输出端7被连到控制极31上以使基准电流源1提供工作阻抗22的起始电流，在电路进入工作状态所需的一段时间以后这个起始电流仍被维持，以设置工作阻抗的工作点。图3方案与图2相比较可以看出，供电电流级32被省去，被基准电流源1接替，它有双重功能。

图3的例子中包括插在电源供电端4和公共输出端35之间恒流源36，它可提供在总输出电流上的一个附加恒定电流。

图3所示的电路可方便地用作晶体振荡器的电流基准，由普通的1V电压电源驱动，也可用于无线寻呼器。

Claims (13)

1.产生直流电流的电路装置包括：

一电流源级，在一输入端上备有通过一输入电阻引导的测试电流，包含基极-发射极路径与输入电阻并联的电流源三极管，其集电极作为提供输出电流的电流源级的输出端；

电流镜级，使电流源级的输出电流对工作阻抗作镜翻转，在工作阻抗上产生响应于该输出电流的控制电压；

电流器组，有提供控制电压供电的控制输入端；有至少两个同时受控于控制电压的输出端；这些输出端上提供互成比例的电流的输出，其基本的电流作为测试电流。

2.按权利要求1的电路装置，其特征在于工作阻抗由三极管的主电流路径构成，该管的控制极被馈入至少使电路装置进入工作状态的起始电流。

3.按权利要求2的电路装置，其特征在于作为工作阻抗的三极管的控制级被连到供电电流级。

4.按权利要求3的电路装置，其特征在于供电电流级包括一个用作二极管的三极管和一个恒流源，该恒流源给用作二极管的三极管的主电流路径和形成工作阻抗的三极管的控制极施加电流，所述的两个三极管的控制极彼此相连。

5.按权利要求1，2或3的电路装置，其特征在于，一个基准电流源在其基准电流输出端上提供一个具有正温度系数的基准电流，这个基准电流输出端与电流器组的同时受控输出端中的一个(第二个)相连，以通过基准电流与所述电流器组输出电流的线性结合形成总输出电流。

6.按权利要求5的电路装置，其特征在于基准电流源由所谓的带隙电路构成。

7.按权利要求6的电路装置，其特征在于，基准电流源被设计得使总输出电流在预定的温度范围内与温度无关。

8.按权利要求2的电路装置，包括一个基准电流源在其基准电流输出端上提供一个具有正温度系数的基准电流，这个基准电流输出端与电流器组同时受控的输出端中的第二个相连，以通过基准电流与所述电流器组输出电流的线性结合形成总输出电流，其特征在于该基准电流源有供电电流输出端，该输出端连到构成工作阻抗的三极管的控制极，用以供给起始电流。

9.按前述权利要求8的电路装置，其特征在于基准电流源由称之为带隙电路构成。

10.按权利要求9的电路装置，其特征在于，基准电流源被设计得使总输出电流在预定的温度范围内与温度无关。

11.按前述权利要求1的电路装置，其特征在于一个稳定电容插接在电流器组的控制输入端与电流源级的输入端之间。

12.按前述权利要求1的电路装置，其特征在于，在电流路径中的欧姆稳定电阻，用于导通从该电流镜级到工作阻抗的电流。

13.一个无线寻呼器包括了一个按前面所述权利要求之一的电路装置。

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