DD203415A1 - CIRCUIT ARRANGEMENT WITH FALLING VOLTAGE TEMPERATURE CHARACTERISTICS - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung mit fallender Spannungs-Temperatur-Charakteristik unter Ausnutzung der Abhaengigkeit der Fluszspannung eines in Fluszrichtung betriebenen Halbleiter-PN-Ueberganges von der Temperatur, vorzugsweise zur Anwendung in Referenzspannungsquellen und Temperaturmeszeinrichtungen. Das Ziel, mit verhaeltnismaeszig geringem Mehraufwand den Anwendungsbereich bedeutend zu vergroeszern, wird durch die Loesung folgender Aufgabe erreicht: Es ist eine Schaltungsanordnung mit einer streng linear ueber der Temperatur abfallenden Spannung zu schaffen. Dies geschieht durch die Hinzufuegung eines weiteren in Fluszrichtung betriebenen Halbleiter-PN-Ueberganges zu dem bereits bekannten, wobei die ueber den beiden Halbleiter-PN-Uebergaengen entstehenden temperaturabhaengigen Fluszspannungen von einer zwischengeschalteten Anordnung nach einer bestimmten Vorschrift zu einer streng linear ueber der Temperatur fallenden Spannung verarbeitet werden.The invention relates to a circuit arrangement with decreasing voltage-temperature characteristics taking advantage of the dependence of the Fluszspannung a operated in the flow direction semiconductor PN junction of the temperature, preferably for use in reference voltage sources and temperature measuring devices. The goal of significantly increasing the scope of use with relatively little overhead is achieved by the solution of the following problem: to provide a circuit arrangement with a voltage which is strictly linear with respect to the temperature. This is done by the addition of a further operated in the direction of flow semiconductor PN junction to the already known, the over the two semiconductor PN transitions resulting temperature-dependent Fluszspannungen of an intermediate arrangement according to a specific rule to a strictly linear over the temperature falling voltage are processed.
Description
Titel der ErfindungTitle of the invention
Schaltungsanordnung mit fallender Spannungs-Temperatur-Charakt erist ils:Circuit arrangement with decreasing voltage-temperature characteristics erist ils:
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung mit fallender Spannungs-T emperatur-Charakt erist ik unter Ausnutzung der Abhängigkeit der Flußspannung eines in Flußrichtung betriebenen Halbleiter-PH-Überganges von der Temperatur, vorzugsweise zur Anwendung in Referenzspannungsquellen und Temperaturmeßeinrichtungen.The invention relates to a circuit arrangement with decreasing voltage T emperatur Charakt erist ik taking advantage of the dependence of the forward voltage of a flow-operated semiconductor PH junction of the temperature, preferably for use in reference voltage sources and temperature measuring.
Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions
Es sind Schaltungsanordnungen o. g. Art bekannt, bei denen der Halbleiter-PH-übergang mit einem Konstantstrom gespeist wird. Die entstehende Flußspannung weist in ihrer Temperaturabhängigkeit jedoch ITichtlinearitäten auf, so daß solche Schaltungsanordnungen für Fälle mit sehr hohen Genauigkeitsanforderungen nicht ausreichen, Zur Verringerung der Nichtlinearitäten im Zusammenhang zwischen Flußspannung und Temperatur werden Schaltungsanordnungen benutzt, bei denen die Konstantstromspeisung durch Speisung des Halbleiter-PH-überganges mit einem temperaturproportionalen Flußstrom I17 ersetzt wird, der der FunktionCircuit arrangements are known, in which the semiconductor PH junction is supplied with a constant current. However, the resulting forward voltage has IT-non-linearities in its temperature dependence, so that such circuits are insufficient for cases with very high accuracy requirements. Circuit arrangements are used to reduce the nonlinearities in the relationship between forward voltage and temperature, in which the constant current supply by feeding the semiconductor PH transition is replaced with a temperature-proportional flow current I 17 , the function
ip (T) = I0 . ΤΛ, (Di p (T) = I 0 . Τ Λ, (D
genügt j wobei IQ der Bezugswert dieses Stromes bei derj satisfies where I Q is the reference value of this current at the
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Temperatur T = TQ ist.Temperature T = T Q is.
Der bei derartiger Steuerung des Flußstromes entstehende Verlauf der Plußspannung in Abhängigkeit von der !Temperatur ist jedoch weiterhin durch Sichtlinearitäten gekennzeichnet. Dadurch ist auch hier die Genauigkeit von Anordnungen, die auf diese fallende Spannungs-Temperatur-Charakteristik Bezug nehmen, und damit der Anwendungsbereich der o. a. Schaltungsanordnungen begrenzt.However, the course of the positive voltage as a function of the temperature occurring during such control of the flux current is still characterized by visual linearities. As a result, here too the accuracy of arrangements which refer to this falling voltage-temperature characteristic, and thus the scope of o. A. Circuitries limited.
Zum Beispiel erreichen bekannte Band-Gap-Seferenzen im allgemeinen keinen geringeren Temperaturkoeffizienten als einige 10 ~Ό K (Low cost voltage references for analog circuits. Analog Dialogue 8 /1974/ H. 2, S. 12). Weiterhin ist die Speisung eines Halbleiter-PIT-Überganges mit einem quadratisch mit der Temperatur steigenden Flußstrom bekannt (Pat O'jfeil, Carl Derrington: Transistoren als Temperatursensoren, Elektronik 29 /1980/ H. 11,S.81 - 84)«For example, known band gap references generally do not achieve a lower temperature coefficient than some low-cost voltage references for analog circuits (Analog Dialogue 8/1974 / H.2, p.12 ). Furthermore, the supply of a semiconductor PIT junction with a square-wave with the temperature increasing flux flow is known (Pat O'jfeil, Carl Derrington: Transistors as temperature sensors, electronics 29/1980 / H. 11, p.81 - 84) «
Dadurch kann die ITichtlinearität der Spannungs-Temperatur-Charakteristik weiter verringert, aber nicht vollständig beseitigt werden. Außerdem entsteht bei dieser Speisungsvariante des Halbieiter-Pl-Überganges ein beträchtlicher Schaltungsaufwand.Thereby, the non-linearity of the voltage-temperature characteristic can be further reduced, but not completely eliminated. In addition, arises in this supply variant of the Halbieiter-Pl junction a considerable circuit complexity.
Ziel der ErfindungObject of the invention
Ziel der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung mit fallender Spannungs-Temperatur-Charakteristik zu schaffen, bei der mit verhältnismäßig geringem Mehraufwand der Anwendungsbereich bedeutend vergrößert wird.The aim of the invention is to provide a circuit arrangement with decreasing voltage-temperature characteristics, in which the range of application is significantly increased with relatively little extra effort.
Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgäbe zugrunde, eine Schaltungsanordnung mit einer streng linear über der Temperatur abfallenden Spannung zu schaffen.The invention is based on the object to provide a circuit arrangement with a strictly linear voltage dropping above the voltage.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß zusätzlich zu dem bekannten Halbleiter-PH-Übergang ein zweiterAccording to the invention the object is achieved in that in addition to the known semiconductor PH junction, a second
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Halbleiter-PN-Übergang angeordnet ist und der erste Halbleiter- P¥-Übergang mit einer Stromquelle, die einen Strom mit einer TemperaturabhängigkeitSemiconductor PN junction is arranged and the first semiconductor P ¥ junction with a current source, which is a current with a temperature dependence
liefert und der zweite Halbleiter-PU-Übergang mit einer Stromquelle, die einen Strom Ip mit einer Temperaturabhängigkeitand the second semiconductor PU junction with a current source having a current Ip with a temperature dependence
T ß I2(T) = Iq2 (jjT-) v.2)T ß I 2 (T) = Iq 2 (jjT-) v.2)
liefert, verbunden ist, wobei Iq. bzw. IQ2 die Bezugswerte der beiden Ströme bei der Temperatur T = T0 und ei , Q Exponenten mit der Bedingungis connected, where Iq. or I Q2 the reference values of the two currents at the temperature T = T 0 and ei, Q exponents with the condition
Q-CaC έ ß ' (3) Q-CaCέβ '(3)
sind» Der jeweilige Verbindungspunkt der Stromquelle mit dem zugeordneten Halbleiter-PH-Übergang ist jeweils mit einem Bingang einer Anordnung verbunden, welche so ausgelegt ist, daß sie die VorschriftThe respective connection point of the current source to the associated semiconductor PH junction is in each case connected to a Bingang of an arrangement which is designed so that it is the rule
U = U1-M + "3* (U-Jj10 - υ-,-, ) (4)U = U 1 -M + "3 * (U-Jj 10 - υ -, -,) (4)
realisiert, wobei U^ die Ausgangsspannung der Anordnung, U-T1., bzw. U-o die am.Verbindungsnunkt des ersten bzw. zweiten Halbleiter-PH-Überganges mit der jeweils zugeordneten Stromquelle anliegenden Flußspannung der Halbleiter-PIT-Übergänge sind und für den Faktor ~£ die Vorschriftrealized, where U ^ are the output voltage of the arrangement, UT 1. , or U- o the am.Verbindungsnunkt the first and second semiconductor PH junction with the respective associated current source applied to the forward voltage of the semiconductor PIT junctions and for the Factor ~ £ the prescription
> ο es)> o)
Die Wirkung der Schaltungsanordnung beruht auf nachstehend näher erläuterten Zusammenhängen:The effect of the circuit arrangement is based on the relationships explained in more detail below:
Über einem mit einem Flußstrom I™ gespeisten Halbleiter-Pnübergang . entsteht die temperaturabhängige Flußspannung U^1(T). Für diese Flußspannung gilt in einem bestimmten Bereich derOver a semiconductor flux junction fed with a flux current I ™. arises the temperature-dependent forward voltage U ^ 1 (T). For this flux voltage applies in a certain range of
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Strom-Spannungs-Kennlinie des Halbleiter-Plf-Überganges die BeziehungCurrent-voltage characteristic of semiconductor PFC junction the relationship
Up = -U1 In J- , (6)U p = -U 1 In J- , (6)
wobei U2 = I T (7)where U 2 = IT (7)
die Temperaturspannung mit der Boltzmannkonstanten k, der Slementarladung q und der absoluten Temperatur T undthe temperature voltage with the Boltzmann constant k, the Slementarladung q and the absolute temperature T and
IQ = CT^ exp^ ' (8)I Q = CT ^ exp ^ '(8)
der Sättigungsstrom mit den. Bauelementeparametern C, P und dem Bandabstand W ist»the saturation current with the. Component parameters C, P and the band gap W is »
Gleichungen (7) und (8) eingesetzt in Gleichung (6) führen zuEquations (7) and (8) used in equation (6) lead to
:u w: u w
woraus das Temperaturverhalten, der Spannung Dp durch Ableiten nach der Temperatur ermittelt werden kann:from which the temperature behavior of the voltage Dp can be determined by deriving according to the temperature:
(u V f ^ (u V f ^
ar--r (ug- V -f ^-^· (10) ar - r (u g- V -f ^ - ^ · (10)
W Hierbei ist U=-^. (11)W where U = - ^. (11)
Gibt man für den Flußstrom I^ eine bestimmte Temperaturabhängigkeit vor, so daßIf we give a certain temperature dependence for the flux I ^, so that
T dl,T dl,
= const. . . ' (12) = const. , , (12)
gilt, ergibt sich als Lösung für die Differentialgleichung (10)applies, results as a solution for the differential equation (10)
niit; ü_,0 = U5, (2 = T0), (14)not ; ü_, 0 = U 5 , (2 = T 0 ), (14)
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υτο υ το
T dip und υ ' = χ) - ?—-4· ♦ (16)T dip and υ '= χ) -? - 4 · ♦ (16)
Bei der erfindungsgemäßen Verwendung von zwei Halbleiter-PN-ÜTdergangen, die mit Strömen nach den Gleichungen (1) und (2) gespeist werden,' gilt für die entstehenden Flußspannungen tL,In the case of the use according to the invention of two semiconductor PN junctions fed with currents according to equations (1) and (2), the resulting forward voltages t L,
- W Ij - »1 -*> uto- W Ij - »1 - *> u to
und UM = Ug2 - (Ug2 - U102) !jj - Co2 -/3) U10 f. in |_, (18)and U M = U g2 - (U g2 - U 102 )! jj - Co 2 - / 3) U 10 f. in | _, (18)
wobei die Indizierung mit 1 bzw. 2 auf die Zugehörigkeit der entsprechenden Größen zu den Halbleiter-PSF-Übergängen 1 bzw. 2 hinY/eist.where the indexing with 1 and 2, respectively, indicates the affiliation of the corresponding quantities to the semiconductor PSF transitions 1 and 2, respectively.
Die Verknüpfung der Gleichungen (17) und (18) nach der Vorschrift (4) liefertThe combination of equations (17) and (18) according to rule (4) provides
Ü3 " V+ 'W-fer0«**' KV^^J} -1"^1 -d+T (^2 -/3--O1 +^)J nT0 ψ^ in |-. (19) Ü 3 "V + 'W -fer 0 "**' KV ^^ J} -1 "^ 1 -d + T (^ 2 - / 3 - O 1 + ^) J n T0 ψ ^ in | -. (19)
Durch Festlegung des Faktors 0 nach der VorschrifiBy setting the factor 0 according to the regulations
11
Vo A T .,,Vo A T ,,
entsteht aus Gleichung (19) ein linearer Zusammenhang zwischen der Spannung U, und der 'Temperatur T:from equation (19) a linear relationship between the voltage U, and the temperature T:
Durch geeignete Wahl der Bezugsströme Iq. und sich der ZusammenhangBy suitable choice of the reference currents Iq. and the connection
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Ug2 " Ug1 " UK>2 " UP01 (22) U g2 " U g1" U K> 2 " U P01 (22)
herstellen, womit aus Gleichung (21)with which from equation (21)
3 = üg13 = ü g1
folgt.follows.
Hoch günstigere Bedingungen ergeben sich bei der Verwendung gleicher, beispielsweise integrierter, Halbleiter-PlI-Übergänge 1 und 2,Highly favorable conditions result when using identical, for example integrated, semiconductor PlI transitions 1 and 2,
wobei 'S) Λ = V0 =13 , (24)where 'S) Λ = V 0 = 13, (24)
• üP01 =• ü P01 =
giltapplies
Damit vereinfacht sich Gleichung (21) zu This simplifies equation (21)
Ü3 Us - (Ug - UP0^% ' U 3 U s - (U g - U P0 ^% '
wodurch ein streng linearer Zusammenhang zwischen der Spannung U, und der Temperatur T gegeben ist.whereby a strictly linear relationship between the voltage U, and the temperature T is given.
ÄusführungsbeispielÄusführungsbeispiel
Die Erfindung soll im nachstehenden Äusführungsbeispiel näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail in the following Äusführungsbeispiel.
Gemäß Zeichnung besteht die Schaltungsanordnung mit linear fallender Spannungs-Temperatur-Gharakteristik aus Halbleiter- PU-Übergängen 1 j 2, Stromquellen 3; 4, Verbindungspunkten 5? 6; .7 und einer Anordnung 8, die einen Operationsverstärker 9 mit Widerständen 10; 11 enthält und Eingänge 12; 13 sowie einen Ausgang 14 besitzt.-According to the drawing, the circuit arrangement with linearly decreasing voltage-temperature characteristic consists of semiconductor PU junctions 1 j 2, current sources 3; 4, connection points 5? 6; .7 and an arrangement 8, the operational amplifier 9 with resistors 10; 11 contains and inputs 12; 13 as well as an outlet 14.-
Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung ist folgende: Die Halbleiter-PiJ-tibergänge 1 bzw, 2 werden von den Stromquellen 3 bzw. 4 gespeist, die zur Erfüllung der Gleichung (12) die StrömeThe mode of operation of the circuit arrangement is the following: The semiconductor PiJ tibergänge 1 or 2 are fed by the current sources 3 and 4, respectively, which satisfy the equation (12) the currents
I-j = I01 = const. . (28)Ij = I 01 = const. , (28)
bzw. I2 = Iq2 ψ- (29)or I 2 = Iq 2 ψ- (29)
liefern, wodurch für das vorliegende Äusführungsbeispiel die Exponenten^ und/3 aus den · Gleichungen (1) und (2) die Wertewhich, for the present embodiment, yields the exponents ^ and / 3 from the equations (1) and (2) the values
oi= 0 · (30) oi = 0 · (30)
bzw. /3= 1 . (31)or / 3 = 1. (31)
annehmen.accept.
Die Anordnung 8 enthält zur Realisierung der Vorschrift (4) eine bekannte Operationsverstärkerschaltung mit den Widerständen 10 und 11, deren Werte R10 und R11 mitThe arrangement 8 contains to implement the regulation (4) a known operational amplifier circuit with the resistors 10 and 11 whose values R10 and R11 with
R10 = {tf- 1) R11 (32)R10 = {tf- 1) R11 (32)
festgelegt sind.are fixed.
Der Wert R11 ist so gewählt, daß der über den.Widerstand 11 zum Verbindungspunkt 5 fließende Strom gegenüber dem . · Strom I1 vernachlässigbar klein ist.The value R11 is selected such that the current flowing through the resistor 11 to the connection point 5 is opposite to the current. · Current I 1 is negligibly small.
Die weitere Funktionsweise der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wird bei folgenden Materialkonstanten und frei gewählten Bezugsgrößen erläutert, wobei die Realisierung der Halbleiter-PlT-Übergänge 1 und 2 durch integrierte Silizium-Transistoren erfolgen soll, deren Kollektor-Basis-Übergang im Kurzschluß betrieben wird:The further mode of operation of the circuit arrangement according to the invention is explained in the following material constants and freely selected reference values, wherein the implementation of the semiconductor-PIP junctions 1 and 2 is to take place by integrated silicon transistors whose collector-base junction is operated in the short circuit:
g1 ~" g2 ~ g "~ 'g1 ~ "g2 ~ g" ~ '
T0 = 300 K.T 0 = 300 K.
Die benutzten Halbleiter-PH-Übergänge 15 2 sollen bei dieser 3ezug3temperatur TQ und einem StromThe used semiconductor PH junctions 15 2 should at this 3ezug3temperatur T Q and a current
1FOI = 1FC^ = 1FO "0^ 2^ eine Flußspannung 1 FOI = 1 FC ^ = 1 FO " 0 ^ 2 ^ a forward voltage
ÜH)1 = üF02 = UP0 = Ü H) 1 = ü F02 = U P0 =
aufweisenrespectively
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Aus Gleichung (20) und den Beziehungen (30) und (31) erhält manFrom equation (20) and relationships (30) and (31) one obtains
f = 3. (33) f = 3. (33)
Damit ergibt sich für die 'Widerstände 10 und 11 der ZusammenhangThis results in the 'resistors 10 and 11 of the context
RIO = 2 R11, (34)RIO = 2 R11, (34)
der im Ausführungsbeispiel mit den Werten R10 = 20 kO. und R11 =10 k-Ω.in the exemplary embodiment with the values R10 = 20 kO. and R11 = 10k-Ω.
realisiert wird.is realized.
Am Ausgang 14 der Schaltungsanordnung entsteht gegenüber dem Yerbindungspunkt 7 eine Spannung U-, nach Gleichung (27)., die im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch einen Temperaturkoeffizient en Dm mitAt the output 14 of the circuit arrangement, a voltage U- is produced with respect to the connection point 7, according to equation (27), which in the present exemplary embodiment is represented by a temperature coefficient en Dm
_!k^2 =.2mYri (35) _! k ^ 2 = . 2mYr i (35)
gekennzeichnet ist.is marked.
Es ist auch denkbar, die Beziehung (4) mit einem Faktor/T nach Gleichung (20) zu erfüllen, wenn für die beiden Ströme I. und IpIt is also conceivable to satisfy the relationship (4) with a factor / T according to equation (20), if for the two currents I. and Ip
I1 = I2 (36)I 1 = I 2 (36)
mit oC = /3 (37)with oC = / 3 (37)
gilt und die Materialkonstanten VL und V~ sich voneinander unterscheiden.and the material constants VL and V ~ differ from each other.
Weiterhin ist es möglich, die Anordnung 8 auf andere Weise als im Ausführungsbeispiel beschrieben au .realisieren. Für die Stromquellen 3 und 4 können zur Erzielung des erfindungsgemäßen Effektes allgemein übliche Anordnungen verwendet werden.Furthermore, it is possible to realize the arrangement 8 in a different way than described in the exemplary embodiment. For the current sources 3 and 4 can be used to achieve the effect of the invention generally conventional arrangements.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DD23489981A DD203415A1 (en) | 1981-11-17 | 1981-11-17 | CIRCUIT ARRANGEMENT WITH FALLING VOLTAGE TEMPERATURE CHARACTERISTICS |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DD23489981A DD203415A1 (en) | 1981-11-17 | 1981-11-17 | CIRCUIT ARRANGEMENT WITH FALLING VOLTAGE TEMPERATURE CHARACTERISTICS |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DD203415A1 true DD203415A1 (en) | 1983-10-19 |
Family
ID=5534745
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DD23489981A DD203415A1 (en) | 1981-11-17 | 1981-11-17 | CIRCUIT ARRANGEMENT WITH FALLING VOLTAGE TEMPERATURE CHARACTERISTICS |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DD (1) | DD203415A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5239256A (en) * | 1990-07-24 | 1993-08-24 | Sharp Kabushiki Kaisha | Reference voltage generating circuit for a semiconductor device formed in a semiconductor substrate which generates a reference voltage with a positive temperature coefficient |
DE4219776A1 (en) * | 1992-01-02 | 1993-12-23 | Etron Technology Inc | Circuit for forming an accurate reference voltage |
-
1981
- 1981-11-17 DD DD23489981A patent/DD203415A1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5239256A (en) * | 1990-07-24 | 1993-08-24 | Sharp Kabushiki Kaisha | Reference voltage generating circuit for a semiconductor device formed in a semiconductor substrate which generates a reference voltage with a positive temperature coefficient |
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