DE102014223152A1

DE102014223152A1 - Stromquelle zum Bereitstellen eines ersten Stroms und eines zweiten Stroms

Info

Publication number: DE102014223152A1
Application number: DE102014223152.3A
Authority: DE
Inventors: Oliver Landolt
Original assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Current assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Priority date: 2014-11-13
Filing date: 2014-11-13
Publication date: 2016-05-19
Anticipated expiration: 2034-11-14
Also published as: DE102014223152B4; US9989983B2; US20160139620A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Stromquelle (1) zum Bereitstellen eines ersten Stroms (I_biasn) und eines zweiten Stroms (I_biasp), wobei der erste Strom (I_biasn) zum zweiten Strom (I_biasp) entgegengesetzt gepolt ist. Die Stromquelle (1) weist einen ersten Transistor (T1) auf, wobei der erste Transistor (T1) mit einem Steueranschluss an eine erste Steuerspannung (V_gn) angeschlossen ist. Die Stromquelle (1) weist einen zweiten Transistor (T2) auf, wobei der zweite Transistor (T2) mit einem Steueranschluss an eine zweite Steuerspannung (V_gp) angeschlossen ist. Der Quellanschluss des ersten Transistors (T1) ist mit dem Quellanschluss des zweiten Transistors (T2) elektrisch leitend verbunden. Am Abflussanschluss des ersten Transistors (T1) ist der erste Strom (I_biasn) und am Abflussanschluss des zweiten Transistors (T2) ist der zweite Strom (I_biasp) bereitgestellt. Erfindungsgemäß ist weiterhin eine Schaltungsanordnung mit einer erfindungsgemäßen Stromquelle vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Stromquelle zum Bereitstellen eines ersten Stroms und eines zweiten Stroms sowie eine Schaltungsanordnung mit dieser Stromquelle.
Es gibt Schaltungsanordnungen, bei denen Stromquellen eingesetzt werden, um ein an die Schaltungsanordnung angelegtes Eingangssignal exakt erfassen zu können. Dabei generiert eine Stromquelle zwei entgegengesetzt gepolte elektrische Ströme, wodurch in der Schaltungsanordnung eine erste Stromquelle und eine zur ersten Stromquelle entgegengesetzt gepolte zweite Stromquelle, nachfolgend als Stromsenke bezeichnet, in die Schaltungsanordnung eingebracht sind.
Eine derartige Schaltungsanordnung ist beispielsweise ein sogenannter Common-Gate-Verstärker, bei dem der Steueranschluss eines Eingangstransistors auf Bezugspotenzial geregelt ist. Um sicherzustellen, dass derartige Schaltungsanordnungen bestimmungsgemäß in ihrem Arbeitspunkt eingestellt sind, ist es notwendig, eine ideale Stromquelle und eine zur Stromquelle entgegengesetzt gepolte ideale Stromsenke derart in die Schaltungsanordnung einzubringen, dass der in der Stromquelle generierte Strom in der Stromsenke vollständig absorbiert wird, sodass ein Summenstrom aus der Stromquelle und der Stromsenke idealerweise einen Betrag von exakt null Ampere aufweist. Auf diese Weise wird ein durch die Schaltungsanordnung zu erfassendes Eingangssignal, beispielsweise ein Eingangsstrom, nicht durch ein unangepasstes Fehlersignal, beispielsweise einen Fehlerstrom, verfälscht erfasst.
Wird ein von der Stromquelle generierter Strom nicht vollständig von der Stromsenke absorbiert oder ist der von der Stromsenke absorbierbare Strom größer als der von der Stromquelle generierte Strom, kommt es zu einem Summenstrom, nachfolgend als Fehlerstrom bezeichnet, der ungleich null Ampere ist. Der Fehlerstrom addiert sich auf das Eingangssignal. Derartige Fehlanpassungen zwischen der Stromquelle und der Stromsenke werden insbesondere durch zeitabhängige oder temperaturabhängige Schwankungen der Stromquellen erzeugt und wirken sich direkt auf das zu erfassende Eingangssignal aus.
Wird eine derartige Schaltungsanordnung als Eingangsstufe in einem hochpräzise arbeitenden Messinstrument eingesetzt, wirken sich derartige Fehlströme auf das Messergebnis des Messinstruments in der Art aus, dass Messfehler entstehen. Bei Messinstrumenten, beispielsweise digitalen Speicheroszilloskopen oder Spektrumsanalysatoren, muss das Erfassen des Eingangssignals über mehrere Dekaden der zu erfassenden Messamplitude fehlerfrei erfolgen. Überdies sollte das Erfassen über einen großen Frequenzbereich der Eingangssignale möglich sein, insbesondere Eingangsströme von Gleichstrom bis hin zu Wechselströmen hoher Frequenzen sind durch eine Schaltungsanordnung zu erfassen.
Bei den bisher bekannten Common-Gate-Verstärkern muss daher der durch den Eingangstransistor fließende Strom substanziell größer sein, als der größte zu erfassende Eingangsstrom. Es sind nun aber Anwendungsfälle denkbar, bei denen ein zu erfassender Eingangsstrom viel kleiner ist als der Strom durch den Transistor. Derartige Eingangsströme können mit derartigen Schaltungsanordnungen nur unpräzise erfasst werden.
Ungeachtet des Auftretens von Fehlerströmen wegen der nicht ideal ausgebildeten Stromquelle bzw. Stromsenke, ist es notwendig, eine Schaltungsanordnung bereitzustellen, die ein geringes Rauschverhalten aufweist. Aufgrund der Verwendung von zwei verschiedenen Stromquellen in der Schaltungsanordnung ist ein Addieren von zusätzlichem Rauschen nicht zu verhindern. Durch die Verwendung einer ersten Stromquelle getrennt von einer als Stromsenke betriebenen zweiten Stromquelle, werden zwei verschiedene Rauschquellen in die Schaltungsanordnung eingebracht, wobei die zwei Rauschquellen nicht miteinander korreliert sind. Somit sind diese zwei Rauschquellen statistisch unabhängig voneinander und verschlechtern das Signal-Rausch-Verhältnis der Schaltungsanordnung unabhängig voneinander.
Beispielsweise aus der EP 2 533 128 B1 sind Stromspiegel-Schaltungen zur Erzeugung von Stromquellen bekannt, wobei die Stromquellen grundsätzlich auch als Stromsenken verwendet werden können. Dabei wird ein Referenzstrom verwendet, welcher durch zwei Ausgangsstromspiegel dupliziert wird. Diese Ausgangsstromspiegel sind beispielsweise mit n-Kanal-Feldeffekttransistoren aufgebaut. Der generierte Strom aus einer der Ausgangsstromspiegel wird einem weiteren Stromspiegel aus p-Kanal-Feldeffekttransistoren zugeführt.
Die generierten Ströme der p-Kanal- bzw. n-Kanal-Stromspiegel sind dann identisch zueinander, wenn alle in der Schaltung verwendeten Transistoren gleich dimensioniert sind und perfekt aufeinander abgestimmt wurden. Bei der Verwendung von Stromspiegeln als Stromquellen bzw. Stromsenken ist darauf zu achten, dass die Quell-Abfluss-Leitfähigkeit (englisch: Source-Drain-Conductance) sehr gering ist, um Fehler durch unterschiedliche Abfluss-Quell-Spannungen (englisch Drain-Source-Voltages, kurz V_DS) zu vermeiden. Derartige Stromquellen können auch aus kaskodierten Transistoren oder Regelelementen aufgebaut werden, um die Abfluss-Quell-Spannungen von anpassungskritischen Transistorpaaren anzugleichen.
Diese Stromquellen haben eine Genauigkeit von bis zu einem Prozent, das heißt, die Ströme werden mit einer Genauigkeit von maximal einem Prozent erzeugt. Eine derartige Genauigkeit ist für Eingangsstufen von Messinstrumenten zu gering. Um eine Verbesserung der Genauigkeit zu erwirken, müssen Kalibrierungsschaltungen vorgesehen werden, um die Stromsenke an die Stromquelle anzupassen. Bei einer derartigen Kalibrierungsschaltung ist weiter zu beachten, dass die zu kalibrierenden Transistoren stark temperaturabhängig sind, wodurch es nahezu unmöglich ist, eine geeignete Kalibrierung zu finden, die für einen großen Temperaturbereich gilt.
Weiterhin ist es bei den mittels Stromspiegelschaltungen aufgebauten Stromquellen und Stromsenken nahezu unmöglich, eine geringe Rauschzahl zu erhalten. Da verschiedene Stromquellen in einer Schaltungsanordnung durch verschiedene Stromspiegel bereitgestellt werden, bildet jede der Stromquellen eine statistisch unabhängigen Rauschquelle, die das Signal-Rausch-Verhältnis eines Eingangssignals weiter verschlechtert.
Es ist daher Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung, eine hochpräzise Stromquelle und eine Schaltungsanordnung mit dieser Stromquelle bereitzustellen, welche eine Mehrzahl von Strömen generieren kann und rauscharm ist.
Die gestellte Aufgabe wird durch eine Stromquelle gemäß Patentanspruch 1 sowie eine Schaltungsanordnung gemäß Patentanspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Insbesondere ist eine Stromquelle zum Bereitstellen eines ersten Stroms und eines zweiten Stroms vorgesehen. Der erste Strom ist dem zweiten Strom entgegengesetzt gepolt. Die Stromquelle weist einen ersten Transistor auf, wobei der erste Transistor mit einem Steueranschluss an eine erste Steuerspannung angeschlossen ist. Die Stromquelle weist einen zweiten Transistor auf, wobei der zweite Transistor mit einem Steueranschluss an eine zweite Steuerspannung angeschlossen ist.
Der Quellanschluss des ersten Transistors ist mit dem Quellanschluss des zweiten Transistors elektrisch leitend verbunden. Am Abflussanschluss des ersten Transistors wird der erste Strom bereitgestellt, während am Abflussanschluss des zweiten Transistors der zweite Strom bereitgestellt wird.
Durch die Verwendung einer ersten Steuerspannung und einer zweiten Steuerspannung, deren Differenz ungleich Null ist, werden sowohl der erste Strom als auch der zweite Strom eingestellt und auf einem identischen Strompfad bereitgestellt. Da weder der erste Strom noch der zweite Strom Stromabflüsse außerhalb dieses Strompfads aufweist und die angelegten Steuerspannungen den jeweiligen Transistor vorspannen, stellt sich eine Quellspannung ein, welche eine hochgenaue Übereinstimmung des ersten Stroms und des zweiten Stroms erwirkt.
Der Quellanschluss kann insbesondere ein Source-Anschluss eines Feldeffekttransistors bzw. ein Emitter-Anschluss eines Bipolartransistors sein. Der Abflussanschluss kann insbesondere ein Drain-Anschluss eines Feldeffekttransistors bzw. ein Kollektoranschluss eines Bipolartransistors sein. Der Steueranschluss kann insbesondere ein Gate-Anschluss eines Feldeffekttransistors bzw. ein Basisanschluss eines Bipolartransistors sein.
Die Amplitude des Stroms, der durch die jeweiligen Quellanschlüsse der Transistoren fließt, hängt von der Spannungsdifferenz zwischen der ersten Steuerspannung und der zweiten Steuerspannung ab. Sollte die erste Steuerspannung und/oder die zweite Steuerspannung aufgrund von Temperatureinflüssen oder Rauschen variieren, wird zwar auch der Strom durch die Quellanschlüsse variieren, allerdings wird durch die entgegengesetzte Polung des ersten Stroms zum zweiten Strom jede der Schwankungen auf die beiden Ströme entgegengesetzt wirken. Werden der erste Strom und der zweite Strom in einer Schaltungsanordnung verwendet, löschen sich die Schwankungen vollständig aus. Das gleiche gilt für das intrinsische Rauschen, beispielsweise das Flickerrauschen der verwendeten Transistoren. Dieses Rauschen führt zwar ebenfalls zu Stromschwankungen, allerdings ist das Rauschen des ersten Stroms zum Rauschen des zweiten Stroms korreliert, sodass die Rauschzahl der Stromquelle wesentlich geringer ist, als würden für jeden der Ströme getrennte Stromquellen verwendet werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der erste Transistor ein n-Kanal-Transistor und der zweite Transistor ein p-Kanal-Transistor. Auf diese Weise wird auf einfache Weise die entgegengesetzte Polung zwischen ersten Strom und zweiten Strom erwirkt. Bei bipolaren Transistoren ist bevorzugt der erste Transistor ein npn-Bipolar-Transistor und der zweite Transistor ein pnp-Bipolar-Transistor.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist zwischen dem Quellanschluss des ersten Transistors und dem Quellanschluss des zweiten Transistors eine isolierte Spannungsquelle angeordnet. Ein erster Anschluss der isolierten Spannungsquelle ist mit dem Quellanschluss des ersten Transistors verbunden. Ein zweiter Anschluss der isolierten Spannungsquelle ist mit dem Quellanschluss des zweiten Transistors elektrisch leitend verbunden. Auf diese Weise wird der Spannungsbereich an den Abflussanschlüssen der Transistoren vergrößert.
Die isolierte Spannungsquelle ist dabei derart in die Stromquelle eingebracht, dass der p-Kanal-Transistor mit einer höheren Spannung als der n-Kanal-Transistor arbeitet. Diese isolierte Spannungsquelle verringert somit die minimale Betriebsspannung an der Stromsenke und erhöht die maximale Betriebsspannung an der Stromquelle.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist sowohl der erste Transistor als auch der zweite Transistor ein Feldeffekttransistor. Durch die Verwendung von Feldeffekttransistoren anstelle von Bipolartransistoren kann der Basisstrom unberücksichtigt bleiben, wodurch ein vereinfachter Aufbau der Stromquelle ermöglicht ist.
Insbesondere sind Feldeffekttransistoren mit Metalloxidschicht, kurz MOS-FET, bevorzugt zu verwenden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der erste Strom betragsmäßig nominal gleich dem zweiten Strom. Der erste Strom wird insbesondere am ersten Abflussanschluss des ersten Transistors abgegriffen. Der zweite Strom wird insbesondere am zweiten Abflussanschluss des zweiten Transistors abgegriffen. Somit werden Nennwertunterschiede vermieden, sodass eine vielseitige Einsatzmöglichkeit für die Stromquelle gegeben ist. Bei der Verwendung von Schaltungsanordnungen der eingangs beschriebenen Art ist es mitunter notwendig, dass der erste Strom und der zweite Strom einen exakt gleichen Nennwert aufweist, so dass bei derartiger Ausgestaltung eine vielseitigere Verwendung der Stromquelle möglich ist.
Der erste Transistor ist gegenüber dem zweiten Transistor derart dimensioniert, dass bei Anlegen einer nominal gleichen Steuerspannung am ersten Transistor bzw. am zweiten Transistor ein identischer Strom durch den jeweiligen Transistor fließt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist zwischen dem Quellanschluss des ersten Transistors und dem Quellanschluss des zweiten Transistors ein ohmscher Quellwiderstand angeordnet. Unter Quellwiderstand wird ein Widerstand verstanden, der an dem Quellanschluss eines Transistors angeordnet ist. Ein erster Anschluss des ohmschen Quellwiderstands ist mit dem Quellanschluss des ersten Transistors verbunden. Ein zweiter Anschluss des ohmschen Quellwiderstands ist mit dem Quellanschluss des zweiten Transistors verbunden.
Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die Abhängigkeit der Stromquelle von den Parametern der Transistoren verringert wird. Durch Einbringen des ohmschen Widerstands zwischen die Quellanschlüsse der Transistoren wird die Abhängigkeit der Transistorparameter und Toleranzen diesbezüglich wesentlich verringert.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist zwischen dem Quellanschluss des ersten Transistors und dem ersten Anschluss der isolierten Spannungsquelle ein erster ohmscher Quellwiderstand angeordnet, wobei ein erster Anschluss des ersten ohmschen Quellwiderstands mit dem Quellanschluss des ersten Transistors verbunden ist und wobei ein zweiter Anschluss des ersten ohmschen Quellwiderstands mit dem ersten Anschluss der isolierten Spannungsquelle verbunden ist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist zwischen dem Quellanschluss des zweiten Transistors und dem zweiten Anschluss der isolierten Spannungsquelle ein zweiter ohmscher Quellwiderstand angeordnet, wobei ein erster Anschluss des zweiten ohmschen Quellwiderstands mit dem Quellanschluss des zweiten Transistors verbunden ist und wobei ein zweiter Anschluss des zweiten ohmschen Quellwiderstands mit dem zweiten Anschluss der isolierten Spannungsquelle verbunden ist.
Der Widerstandswert des ersten ohmschen Quellwiderstands wird dabei gleich dem Widerstandswert des zweiten ohmschen Quellwiderstands gesetzt. Durch Verwendung dieser zwei identischen ohmschen Widerstände können Störeinflüsse aufgrund der symmetrischen Anordnung herausgefiltert werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die erste Steuerspannung durch den Ausgang eines ersten Operationsverstärkers bereitgestellt, wobei der erste Operationsverstärker mit einem positiven Eingang mit einer ersten Referenzspannungsquelle verbunden ist und wobei der erste Operationsverstärker mit einem negativen Eingang mit dem Quellanschluss des ersten Transistors verbunden ist.
Durch die Verwendung eines Operationsverstärkers zum Bereitstellen der ersten Steuerspannung für den ersten Transistor ist eine weitere Verbesserung der Stromquelle dadurch erreicht, dass eine Abhängigkeit von den Transistorparametern stark verringert wird. Die Rückkopplung des Quellanschlusses auf einen Eingang des Operationsverstärkers ermöglicht insbesondere ein hochgenaues Regulieren der ersten Steuerspannung.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die zweite Steuerspannung durch den Ausgang eines zweiten Operationsverstärkers bereitgestellt, wobei der zweite Operationsverstärker mit einem positiven Eingang mit einer zweiten Referenzspannungsquelle verbunden ist und wobei der zweite Operationsverstärker mit einem negativen Eingang mit dem Quellanschluss des zweiten Transistors verbunden ist. Somit wird auch die Abhängigkeit des zweiten Transistors von den Transistorparametern verringert.
Durch Verwenden von zwei Operationsverstärkern zum Einstellen der ersten bzw. zweiten Steuerspannung an dem jeweiligen Transistor wird eine hochgenaue Differenzspannung zwischen der ersten Steuerspannung und der zweiten Steuerspannung eingestellt, wodurch ein hochpräziser Strom am jeweiligen Quellanschluss der Transistoren erhalten wird. Da eine einzige Stromquelle sowohl für die Bereitstellung des ersten Stromes als auch für die Bereitstellung des zweiten Stromes verwendet wird, wird ein hochgenauer erster Strom und ein hochgenauer zweiter Strom erhalten werden, deren Rauschzahl geringer ist als die Rauschzahl von zwei getrennten Stromquellen.
Durch die Verwendung des ohmschen Quellwiderstands zwischen den Quellanschlüssen ist der bereitzustellende Strom substanziell gleich dem Quotienten aus der Differenz der Referenzspannungen und dem ohmschen Widerstand.
Zum Bereitstellen einer isolierten Spannungsquelle wird insbesondere ein Transformator verwendet. Dem Transformator sind ein Gleichrichter und ein Filterelement nachgeschaltet.
Alternativ oder zusätzlich kann die isolierte Spannungsquelle durch eine Batterie realisiert werden.
Alternativ oder zusätzlich kann die isolierte Spannungsquelle durch eine Solarzelle bereitgestellt werden.
Ungeachtet der tatsächlichen Ausgestaltung der isolierten Spannungsquelle ist darauf zu achten, dass die isolierte Spannungsquelle keine weiteren Verbraucher aufweist. Es ist insbesondere vorgesehen, dass die isolierte Spannungsquelle nur zwischen den Quellanschlüssen der Transistoren eingebracht ist und keine weiteren Abzweigungen der Spannung bzw. des Stroms der isolierten Spannungsquelle vorhanden sind. Auf diese Weise ist es möglich, dass der Strom zwischen den beiden Quellanschlüssen der Transistoren nicht abfließen kann.
Erfindungsgemäß ist weiterhin eine Schaltungsanordnung vorgesehen, die einen Eingangsanschluss zum Anlegen einer Eingangsspannung aufweist. Weiterhin ist ein ohmscher Widerstand in der Schaltungsanordnung vorgesehen, der mit einem ersten Anschluss mit dem Messeingang verbunden ist. Ein Transistor ist vorgesehen, der mit einem Quellanschluss mit einem zweiten Anschluss des ohmschen Widerstands verbunden ist. Bei der Schaltungsanordnung ist weiterhin ein Ausgangsanschluss zum Abgreifen einer Ausgangsspannung vorgesehen, wobei der Ausgangsanschluss mit dem Abflussanschluss des Transistors verbunden ist. Überdies ist eine Stromquelle der eingangs beschriebenen Art vorgesehen, die einen ersten Strom bereitstellt, der mit dem Abflussanschluss des Transistors verbunden ist, wobei die Stromquelle einen zweiten Strom bereitstellt, der mit dem Quellanschluss des Transistors verbunden ist.
Eine derartige Schaltungsanordnung ist insbesondere als Eingangsstufe in einem Messinstrument vorzusehen, beispielsweise einem digitalen Speicheroszilloskop oder einem Spektrumsanalysator. Durch diese Schaltungsanordnung wird ein hochgenaues Erfassen eines Eingangssignals ermöglicht. Am Eingangsanschluss kann somit eine Eingangsspannung oder ein Eingangsstrom erfasst werden, der nicht durch fehlangepasste Stromquellen mit Messfehlern erfasst wird oder durch hohes zusätzliches Rauschen verfälscht wird.
Bevorzugt ist am Steueranschluss des Transistors eine Spannung angelegt, welche den Quellanschluss auf das Bezugspotential regelt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Steueranschluss des Transistors mit dem Ausgang eines Operationsverstärkers verbunden, wobei ein positiver Eingang des Operationsverstärkers mit einem Bezugspotential verbunden ist und wobei ein negativer Eingang des Operationsverstärkers mit dem Quellanschluss des Transistors verbunden ist.
Durch diese Ausgestaltungen wird der Quellanschluss des Transistors mit einer Spannung beaufschlagt, die gleich der Bezugsspannung ist, beispielsweise einer virtuellen Masse. Auf diese Weise fließt ein am Eingangsanschluss angelegtes Messsignal nur durch den ohmschen Widerstand und verursacht dort einen Spannungsabfall. Durch Verwendung der hochpräzisen Stromquelle, die einen ersten Strom und einen zweiten Strom bereitstellt, welche entgegengesetzt gepolt und nominal gleich sind, wird der Transistor ideal in einem Arbeitspunkt betrieben. Etwaige Fehlspannungen oder Fehlströme werden vermieden. Somit wird am Ausgang der Schaltungsanordnung ein Ausgangssignal bereitgestellt, welches in einem sehr hohen Maß mit dem Eingangssignal übereinstimmt bzw. idealerweise gleich dem Eingangssignal ist. Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Stromquelle in der Schaltungsanordnung ist ein Stromabfluss durch Fehlanpassungen nicht möglich, wodurch der Strom vom Eingang zum Ausgang der Schaltungsanordnung transportiert wird.
Nachfolgend werden anhand von Ausführungsbeispielen die Erfindung und ihre Vorteile näher erläutert. Die Ausführungsbeispiele sind dabei anhand von beispielhaften Figuren dargestellt. Gleiche Elemente in den Figuren sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Ausführungsbeispiele sind dabei teilweise vereinfacht dargestellt, um das Wesen der Erfindung näher zu erläutern.
Es zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Stromquelle,
2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Stromquelle,
3a ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Stromquelle,
3b eine alternative Darstellung der in 3a dargestellten erfindungsgemäßen Stromquelle,
4 ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Stromquelle, und
5 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Stromquelle.
In 1 ist eine erfindungsgemäße Stromquelle 1 anhand eines ersten Ausführungsbeispiels dargestellt. Die Stromquelle 1 weist einen ersten Transistor T1 auf. Der erste Transistor T1 ist mit einem Steueranschluss an eine erste Steuerspannung V_gn angeschlossen. Die Stromquelle 1 weist überdies einen zweiten Transistor T2 auf, wobei der zweite Transistor T2 mit einem Steueranschluss an eine zweite Steuerspannung V_gp angeschlossen ist. Der Quellanschluss des ersten Transistors T1 ist mit dem Quellanschluss des zweiten Transistors T2 elektrisch leitend verbunden. Am Abflussanschluss des ersten Transistors T1 ist der erste Strom I_biasn bereitgestellt. Am Abflussanschluss des zweiten Transistors T2 ist der zweite Strom I_biasp bereitgestellt.
Der erste Transistor T1 stellt eine Stromsenke und der zweite Transistor T2 stellt eine Stromquelle dar. Eine Stromsenke der erfindungsgemäßen Art ist eine Stromquelle mit entgegensetzt gepoltem Strom. In diesem Ausführungsbeispiel ist der erste Transistor T1 ein n-Kanal-Feldeffekttransistor und der zweite Transistor T2 ein p-Kanal-Feldeffekttransistor.
Durch die erfindungsgemäße Zusammenschaltung des Quellanschlusses des ersten Transistors T1 mit dem Quellanschluss des zweiten Transistors T2 ist ein identischer Nennwert des ersten Stroms I_biasn zum zweiten Stroms I_biasp bewirkt. Ein Abfluss des ersten Stroms I_biasn bzw. des zweiten Stroms I_biasp ist in der erfindungsgemäßen Stromquelle 1 nicht möglich.
Der Steueranschluss des ersten Transistors T1 sowie der Steueranschluss des zweiten Transistors T2 werden über eine erste Steuerspannung V_gn bzw. eine zweite Steuerspannung V_gp derart vorgespannt, dass sich eine Quellspannung V_s zwischen dem Quellanschluss des ersten Transistors T1 und dem Quellanschluss des zweiten Transistors T2 einstellt. Die Ströme innerhalb der jeweiligen Transistoren T1 und T2 sind identisch.
Die Amplitude des ersten Stroms I_biasn bzw. des zweiten Stroms I_biasp ist dabei lediglich von der Spannungsdifferenz ∆V_g der Steueranschlüsse der Transistoren T1 und T2 abhängig. Die Spannungsdifferenz ∆V_g stellt sich dabei zwischen dem Steueranschluss des ersten Transistors T1 und dem Steueranschluss des zweiten Transistors T2 ein. Wird nun eine Spannungsschwankung aufgrund von Temperaturänderungen oder Rauschen an einem der Steueranschlüsse des ersten Transistors T1 oder des zweiten Transistors T2 verursacht, wird der Strom der Transistoren T1 und T2 ebenfalls verändert.
Erfindungsgemäß wird dabei allerdings sowohl der erste Strom I_biasn als auch der zweite Strom I_biasp im gleichen Ausmaß verändert. Der Nominalwert des ersten Stroms I_biasn und des zweiten Stroms I_biasp bleibt dabei in jedem Fall identisch. Im Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist der Betrag des ersten Stroms I_biasn gleich dem Betrag des zweiten Stroms I_biasp.
Die vorherigen Aussagen bezüglich des Stroms sind gültig, solange kein Leckstrom gegenüber dem Bezugspotential abfließt. Ein Abfließen, beispielsweise aufgrund von parasitären Kapazitäten, lässt sich insbesondere bei hochfrequenten Eingangssignalen somit nicht vollständig verhindern. Da der Abfluss von Stromanteilen aufgrund von Parasitärkapazitäten vernachlässigbar gering ist, kann der Betrag des ersten Stroms I_biasn gleich groß zum Betrag des zweiten Stroms I_biasp gesetzt werden.
Bei sehr hohen Frequenzen, insbesondere über 10 Gigahertz, steigt der Einfluss der Signallaufzeit des Stroms aufgrund der Verbindung zwischen dem Quellanschluss des ersten Transistors T1 und dem Quellanschluss des zweiten Transistors T2 sowie der Signallaufzeit des Kanalstroms innerhalb des ersten Transistors T1 und des zweiten Transistors T2.
Die Transistoren T1 und T2 unterliegen dem Flickerrauschen. Diese Rauscherzeugung aufgrund der in dem ersten Transistor T1 und dem zweiten Transistor T2 enthaltenen jeweiligen intrinsischen Rauschquelle sowie der aufgrund der Signallaufzeit bei sehr hohen Frequenzen auftretenden Unterschiede, kann es zu einer minimalen Abweichung des Betrags zwischen dem ersten Strom I_biasn und dem zweiten Strom I_biasp kommen.
Der erste Strom I_biasn sowie der zweite Strom I_biasp sind nicht nur abhängig von der Spannungsdifferenz ∆V_g der Steueranschlüsse, sondern auch von der Schwellspannung und anderen Parametern des ersten Transistors T1 und des zweiten Transistors T2. Die Transistorparameter variieren möglicherweise bei Verwendung in unterschiedlichen Halbleiterschaltkreisen. Diese Abhängigkeit wird durch ein zweites Ausführungsbeispiel gemäß 2 aufgelöst.
In 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Zusätzlich zum ersten Transistor T1 und dem zweiten Transistor T2 ist ein ohmscher Quellwiderstand R_s in der Stromquelle 1 vorgesehen. Der ohmsche Quellwiderstand R_s ist mit seinem ersten Anschluss mit dem Quellanschluss des ersten Transistors T1 verbunden. Der ohmsche Quellwiderstand R_s ist mit seinem zweiten Anschluss mit einem Quellanschluss des zweiten Transistors T2 verbunden. Durch Einbringen des Quellwiderstands R_s wird die Abhängigkeit von den Transistorparametern verringert.
Weiterhin ist in 2 ein erster Operationsverstärker OP1 vorgesehen. Ein Ausgang des ersten Operationsverstärkers OP1 ist mit dem Steueranschluss des ersten Transistors T1 verbunden. Über den Ausgang des Operationsverstärkers OP1 wird die erste Steuerspannung V_gn an den ersten Transistor T1 angeschlossen. Der erste Operationsverstärker OP1 ist mit seinem positiven Eingang mit einer ersten Referenzspannungsquelle V_refn verbunden. Der negative Eingang des ersten Operationsverstärkers OP1 ist mit dem Quellanschluss des ersten Transistors T1 verbunden. Am negativen Eingang des ersten Operationsverstärkers OP1 ist die Spannung V_sn als erste Spannung am Abflussanschluss des ersten Transistors T1 abzugreifen.
Überdies ist ein zweiter Operationsverstärker OP2 in der Stromquelle 1 gemäß 2 vorgesehen, der identisch zum Operationsverstärker OP1 mit dem zweiten Transistor T2 angeordnet ist. Anstelle der ersten Referenzspannung V_refn ist am positiven Eingang des zweiten Operationsverstärkers OP2 die zweite Referenzspannungsquelle V_refp angeschlossen. Die zweite Referenzspannungsquelle V_refp weist eine zur ersten Referenzspannungsquelle V_refn entgegengesetzte Polung auf. Zwischen dem positiven Eingang des ersten Operationsverstärkers OP1 und dem positiven Eingang des zweiten Operationsverstärkers OP2 stellt sich eine Spannungsdifferenz der Referenzspannungsquellen ∆V_ref ein.
Durch das Verwenden der Operationsverstärker OP1 und OP2 werden die erste Steuerspannung V_gn und zweite Steuerspannung V_gp reguliert, sodass der Spannungsabfall über dem Quellwiderstand R_s gleich der Spannungsdifferenz der Referenzspannungsquellen ∆V_ref ist.
Gemäß 2 stellt sich ein Kanalstrom ein, der durch den Quotienten aus der Spannungsdifferenz ∆V_ref der Referenzspannungsquellen V_refn, V_refp und dem ohmschen Quellwiderstand R_s besteht. Alternativ kann der resultierende Strom, der dem ersten Strom I_biasn und dem zweiten Strom I_biasp entspricht, auch durch Division von der Differenz der Spannungen V_sn – V_sp und dem Quellwiderstand R_s errechnet werden. Da die erste Spannung V_sn am Transistorabfluss gleich der ersten Referenzspannungsquelle V_refn ist und respektive die zweite Spannung V_sp am Transistorabfluss gleich der zweiten Referenzspannungsquelle V_refp ist, werden die Transistorparameter des ersten Transistors T1 und des zweiten Transistors T2 ausreguliert, sodass eine Temperaturdrift und ein Rauschverhalten in der erfindungsgemäßen Stromquelle 1 verringert ist.
In der 3a ist eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromquelle 1 dargestellt. Die in 3a dargestellte Stromquelle 1 kann auch als aktive Version der erfindungsgemäßen Stromquelle 1 bezeichnet werden. Die Stromquelle 1 gemäß 3a ist im Vergleich zur Stromquelle 1 gemäß 1 mit einer isolierten Spannungsquelle V_float ausgestattet. Die isolierte Spannungsquelle V_float ist mit einem ersten Anschluss mit einem Quellanschluss des ersten Transistors T1 verbunden. Die isolierte Spannungsquelle V_float ist mit einem zweiten Anschluss mit dem Quellanschluss des zweiten Transistors T2 verbunden. Die isolierte Spannungsquelle V_float befindet sich zwischen den Quellanschlüssen der Transistoren T1 und T2.
Während in den 1 und 2 passive Versionen der erfindungsgemäßen Stromquelle 1 beschrieben sind, wird in den 3a, 3b und 4 jeweils eine aktive Version der erfindungsgemäßen Stromquelle 1 beschrieben. Sowohl der erste Transistor T1 als auch der zweite Transistor T2 müssen vorgespannt sein, um einen Stromfluss zu ermöglichen. Dabei sollte der erste Transistor T1 am Abflussanschluss eine größere Spannung als die Quellspannung V_s aufweisen. Entsprechend sollte die Spannung an der Stromquelle 1, welche durch den Abflussanschluss des zweiten Transistors T2 bereitgestellt wird, substanziell geringer sein, als die Quellspannung V_s. Typische substanzielle Spannungsunterschiede sollten mindestens 100 Millivolt betragen.
Um nun diesen Spannungsunterschied zu bewirken, wird eine isolierte Spannungsquelle V_float zwischen die Quellanschlüsse des ersten Transistors T1 und des zweiten Transistors T2 eingebracht. Die isolierte Spannungsquelle V_float ist dabei derart in die Stromquelle 1 eingebracht, dass der n-Kanal-Transistor T1 mit einer geringeren Spannung betrieben wird als der p-Kanal-Transistor T2. Diese isolierte Spannungsquelle V_float verringert die Betriebsspannung an der Stromsenke und erhöht die maximale Betriebsspannung an der Stromquelle. Damit der erste Strom I_biasn und der zweite Strom I_biasp den gleichen betragsmäßigen Nominalwert aufweisen, wird die Spannungsdifferenz ∆V_g der Steueranschlüsse um den Betrag der isolierten Spannungsquelle V_float verringert.
In der 3b ist die Stromquelle 1 der 3a in einer alternativen Darstellung gezeichnet. Der Schaltkreis der 3b gleicht weitgehend dem Schaltkreis der 3a.
Vorteilhaft ist, dass die Spannungsquelle V_float eine isolierte Spannungsquelle ist. Dies bedeutet, dass kein Stromabfluss über diese Spannungsquelle V_float ermöglicht ist. Die isolierte Spannungsquelle V_float muss als eine echte Spannungsquelle eingebracht sein und tatsächlich einen Potentialunterschied bereitstellen. Eine passive Spannungsversorgung ist an dieser Stelle ungeeignet. Um den ersten Strom I_biasn und den zweiten Strom I_biasp exakt aufeinander abzustimmen, darf die isolierte Spannungsquelle V_float keinen Strompfad zu einem Bezugspotential oder anderen Stromsenken aufweisen, um nominal die gleichen Ströme zu erhalten.
Eine isolierte Spannungsquelle V_float ist beispielsweise durch die Verwendung eines Transformators gefolgt von einem Gleichrichter und einer Filtereinheit bereitzustellen. Wenn die Spannungsquelle eine DC-Spannungsquelle ist, wird ein Schaltmodus, englisch Switched-Mode, eingestellt, um die Energie über den Transformator bereitstellen zu können.
Alternativ ist die Verwendung einer Batterie als isolierte Spannungsquelle V_float vorgesehen. Die Verwendung von zwei Batterien ermöglicht es, dass bei Entladung der ersten Batterie die zweite Batterie geladen werden kann, wodurch ein Entladen lediglich einer Batterie als isolierte Spannungsquelle V_float vermieden werden kann. Alternativ kann als isolierte Spannungsquelle V_float auch ein Ladekondensator verwendet werden. Alternativ kann als isolierte Spannungsquelle V_float auch eine Kombination von Lichtquelle und Solarzelle verwendet werden.
In 4 ist ein viertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Stromquelle 1 dargestellt. Im Ausführungsbeispiel gemäß 4 wird die Ansteuerung des ersten Transistors T1 und des zweiten Transistors T2 durch die Verwendung von einem ersten Operationsverstärker OP1 bzw. eines zweiten Operationsverstärkers OP2 gemäß der in 2 beschriebenen Art verbessert. Durch den Einsatz der Operationsverstärker OP1 und OP2 können die Steuerspannungen für die Steueranschlüsse der jeweiligen Transistoren T1 und T2 verbessert werden. Auf diese Weise werden ausregulierte Steuerspannungen V_sp und V_sn aus den Referenzspannungsquellen V_refn, V_refp erhalten.
Zur weiteren Verbesserung der Stromquelle 1 ist ein ohmscher Widerstand R_s vorgesehen. Entgegen der Ausgestaltung gemäß 2 wird hier ein symmetrisches Schaltungskonzept vorgeschlagen, um Störeinflüsse verbessert herausfiltern zu können. Dazu ist der ohmsche Widerstand R_s auf zwei gleich große ohmsche Widerstände R_s/2 aufgeteilt. Der erste ohmsche Widerstand R_s/2 ist dabei zwischen dem Quellanschluss des ersten Transistors T1 und der isolierten Spannungsquelle V_float angeordnet. Entsprechend ist der zweite ohmsche Quellwiderstand R_s/2 zwischen dem Quellanschluss des zweiten Transistors T2 und dem zweiten Anschluss der isolierten Spannungsquelle V_float angeordnet. Zu beachten ist, dass die isolierte Spannungsquelle V_float eine Spannung aufweist, die größer ist als die Spannungsdifferenz ∆V_ref der Referenzspannungsquellen V_refn und V_refp.
Durch Ausgestalten der erfindungsgemäßen Stromquelle 1 gemäß 4 wird ein erster Strom I_biasn bzw. ein zweiter Strom I_biasp erhalten, der gleich dem Ergebnis aus der Differenz von V_float und ∆V_ref geteilt durch den ohmschen Quellwiderstand R_s ist. Eine Abhängigkeit des ersten Stroms I_biasn bzw. des zweiten Stroms I_biasp von Transistorparametern ist somit weitestgehend verhindert. Überdies ist gemäß 4 ein Kondensator C eingebracht, welcher einen Kurz- und Niedrigimpedanzpfad zwischen den beiden Quellanschlüssen des ersten Transistors T1 und des zweiten Transistors T2 aufweist, sodass ein Rauschen des ersten Stroms I_biasn und des zweiten Stroms I_biasp bis zu hohen Frequenzen korreliert ist. Auf diese Weise ist der Signal-Rausch-Abstand auch bei großen Frequenzen eines Eingangssignals verbessert.
Eine Mehrzahl von Transistoren T1 und T2 ist erfindungsgemäß nicht ausgeschlossen. Für jeden Zweig aus erstem Transistor T1 und zweitem Transistoren T2 wird eine separate isolierte Spannungsquelle V_float verwendet.
In 5 ist eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung dargestellt, welche den – aus der Stromquelle 1 der erfindungsgemäßen Art erzeugten – ersten Strom I_biasn und zweiten Strom I_biasp verwendet. Die Schaltungsanordnung gemäß 5 ist beispielsweise ein Eingangsschaltkreis zum Erfassen eines Eingangsstroms I_in oder einer Eingangsspannung V_in an einem Eingangsanschluss IN. Die Eingangsspannung V_in kann dabei positiv oder negativ in Bezug zum Bezugspotential sein. Die Spannung V_in ist am Eingangsanschluss IN angelegt. Der Eingangsanschluss IN ist mit einem ersten Anschluss eines ohmschen Widerstands R verbunden. Der zweite Anschluss des ohmschen Widerstands R ist mit einem Quellanschluss eines Transistors T verbunden. Der Quellanschluss des Transistors T ist mit dem ersten Strom I_biasn der Stromquelle 1 verbunden.
Der Abflussanschluss des Transistors T ist mit dem zweiten Strom I_biasp beaufschlagt. Der erste Strom I_biasn sowie der zweite Strom I_biasp werden von der erfindungsgemäßen Stromquelle 1 gemäß 1 bis 4 generiert. Am Abflussanschluss des Transistors T ist weiterhin ein Ausgangsanschluss OUT vorgesehen, an dem ein Ausgangsstrom I_out bzw. eine Ausgangsspannung V_out abgegriffen werden kann. Der Transistor T ist im vorliegenden Fall ein n-Kanal-Feldeffekttransistor. Der Steueranschluss des Transistors T ist mit dem Ausgang eines Operationsverstärkers OP verbunden. Der positive Eingang des Operationsverstärkers OP ist mit dem Bezugspotential verbunden. Der negative Eingang des Operationsverstärkers OP ist mit dem Quellanschluss des Transistors T verbunden. Durch eine derartige Anordnung eines Operationsverstärkers OP an einen Steueranschluss des Transistors T wird bewirkt, dass der Quellanschluss des Transistors T substanziell auf das Bezugspotential geregelt ist.
Alternative Ausgestaltungen zur Regelung eines Transistors T, um den Quellanschluss auf Bezugspotenzial zu regeln, sind erfindungsgemäß nicht ausgeschlossen.
Mit einer Schaltungsanordnung gemäß 5 kann der Quellanschluss des Transistors T als virtuelle Masse angesehen werden, sodass ein Eingangsstrom I_in aus dem Quotienten der angelegten Spannung V_in und dem ohmschen Widerstand R errechnet werden kann. Die in 5 dargestellte Schaltungsanordnung ist beispielsweise eine Strommessanordnung.
Durch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Stromquelle 1 wird auch für die Schaltungsanordnung gemäß 5 ein erster Strom I_biasn und ein zweiter Strom I_biasp erzeugt, die zwar prinzipiell entgegengesetzt gepolt, aber betragsmäßig nominal gleich sind.
Um sicherzustellen, dass der Transistor T in Vorwärtsrichtung gesteuert ist, muss ein bestimmter Strom vom Abflussanschluss zum Quellanschluss des Transistors T fließen, wobei die Höhe der angelegten Eingangsspannung V_in davon unabhängig sein muss. Um das zu erreichen, wird eine erste Stromquelle I_biasn benötigt, die dem zu messenden Eingangsstrom I_in überlagert ist. Damit keine Signalverfälschung erfolgt, muss ein entgegengesetzter Strom I_biasp ebenfalls erzeugt werden, um die zum Vorspannen des Transistors T benötigte Strommenge wieder abzuziehen. Aufgrund der Verwendung von zwei Strömen I_biasn und I_biasp, die nominal gleich sind, wird bewirkt, dass der Eingangsstrom I_in gleich dem Ausgangsstrom I_out ist.
Aufgrund der Verwendung einer erfindungsgemäßen Stromquelle gemäß der 1 bis 4 ist die Schaltungsanordnung gemäß 5 in weiten Bereichen temperaturstabil und rauscharm. Eine Verwendung von Eingangsströmen I_in mit Amplituden über mehrere Dekaden ist dabei unproblematisch. Die Schaltungsanordnung gemäß 5 kann mit Eingangsströmen I_in mit einer Frequenz von Gleichstrom bis sehr hohen Frequenzen betrieben werden, ohne dass ein signifikanter Messfehler auf den Eingangsstrom I_in aufaddiert wird.
Im Rahmen der Erfindung können alle beschriebenen und/oder gezeichneten und/oder beanspruchten Elemente beliebig miteinander kombiniert werden. Insbesondere können Ausgestaltungen der passiven Version der Stromquelle 1 mit Ausgestaltungen der aktiven Version der Stromquelle 1 kombiniert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2533128 B1 [0008]

Claims

Stromquelle zum Bereitstellen eines ersten Stroms (I_biasn) und eines zweiten Stroms (I_biasp), wobei der erste Strom (I_biasn) entgegengesetzt zum zweiten Strom (I_biasp) gepolt ist, aufweisend: – einen ersten Transistor (T1), wobei der erste Transistor (T1) mit einem Steueranschluss an eine erste Steuerspannung (V_gn) angeschlossen ist, – einen zweiten Transistor (T2), wobei der zweite Transistor (T2) mit einem Steueranschluss an eine zweite Steuerspannung (V_gp) angeschlossen ist, – wobei der Quellanschluss des ersten Transistors (T1) mit dem Quellanschluss des zweiten Transistors (T2) elektrisch leitend verbunden ist und – wobei am Abflussanschluss des ersten Transistors (T1) der erste Strom (I_biasn) und am Abflussanschluss des zweiten Transistors (T2) der zweite Strom (I_biasn) bereitgestellt ist.
Stromquelle gemäß Anspruch 1, wobei der erster Transistor (T1) ein n-Kanal-FET-Transistor ist und wobei der zweite Transistor (T2) ein p-Kanal-FET-Transistor ist oder wobei der erste Transistor (T1) ein npn-Bipolar-Transistor und der zweite Transistor (T2) ein pnp-Bipolar-Transistor ist.
Stromquelle gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen dem Quellanschluss des ersten Transistors (T1) und dem Quellanschluss des zweiten Transistors (T1) eine isolierte Spannungsquelle (V_float) angeordnet ist, wobei ein erster Anschluss der isolierten Spannungsquelle (V_float) mit dem Quellanschluss des ersten Transistors (T1) und ein zweiter Anschluss der isolierten Spannungsquelle (V_float) mit dem Quellanschluss des zweiten Transistors (T2) elektrisch leitend verbunden ist.
Stromquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen dem Quellanschluss des ersten Transistors (T1) und dem Quellanschluss des zweiten Transistors (T2) ein ohmscher Quellwiderstand (R_S) angeordnet ist, wobei ein erster Anschluss des ohmschen Quellwiderstands (R_S) mit dem Quellanschluss des ersten Transistors (T1) verbunden ist und wobei ein zweiter Anschluss des ohmschen Quellwiderstands (R_S) mit dem Quellanschluss des zweiten Transistors (T2) verbunden ist.
Stromquelle nach Anspruch 3, wobei zwischen dem Quellanschluss des ersten Transistors (T1) und dem ersten Anschluss der isolierten Spannungsquelle (V_float) ein erster ohmscher Quellwiderstand (R_S) angeordnet ist, wobei ein erster Anschluss des ersten ohmschen Quellwiderstands (R_S) mit dem Quellanschluss des ersten Transistors (T1) verbunden ist, wobei ein zweiter Anschluss des ersten ohmschen Quellwiderstands (R_S) mit dem ersten Anschluss der isolierten Spannungsquelle (V_float) verbunden ist.
Stromquelle nach Anspruch 5, wobei zwischen dem Quellanschluss des zweiten Transistors (T2) und dem zweiten Anschluss der isolierten Spannungsquelle (V_float) ein zweiter ohmscher Quellwiderstand (R_S) angeordnet ist, wobei ein erster Anschluss des zweiten ohmschen Quellwiderstands (R_S) mit dem Quellanschluss des zweiten Transistors (T2) verbunden ist und wobei ein zweiter Anschluss des zweiten ohmschen Quellwiderstands (R_S) mit dem zweiten Anschluss der isolierten Spannungsquelle (V_float) verbunden ist.
Stromquelle nach Anspruch 6, wobei der Widerstandswert des ersten ohmschen Quellwiderstands (R_S) gleich dem Widerstandswert des zweiten ohmschen Quellwiderstands (R_S) ist.
Stromquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Steuerspannung (V_gn) durch den Ausgang eines ersten Operationsverstärker (OP1) bereitgestellt wird, wobei der erste Operationsverstärker (OP1) an seinem positiven Eingang mit einer ersten Referenspannungsquelle (V_refn) verbunden ist, wobei der erste Operationsverstärker (OP1) an seinem negativen Eingang mit dem Quellanschluss des ersten Transistors (T1) verbunden ist.
Stromquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Steuerspannung (V_gp) durch den Ausgang eines zweiten Operationsverstärker (OP2) bereitgestellt wird, wobei der zweite Operationsverstärker (OP2) an seinem positiven Eingang mit einer zweiten Referenspannungsquelle (V_refp) verbunden ist und wobei der zweite Operationsverstärker (OP2) an seinem negativen Eingang mit dem Quellanschluss des zweiten Transistors (T2) verbunden ist.
Stromquelle nach einem der Ansprüche 3, 6 oder 7, wobei die isolierte Spannungsversorgung (V_float) durch einen Transformator oder eine Batterie oder eine Solarzelle bereitgestellt wird.
Schaltungsanordnung aufweisend: – einen Eingangsanschluss (in) zum Anlegen eines Eingangssignal (V_in, I_in); – einen ohmschen Widerstand (R), der mit einem ersten Anschluss mit dem Eingangsanschluss (in) verbunden ist; – einen Transistor (T), der mit einem Quellanschluss mit einem zweiten Anschluss des ohmschen Widerstands (R) verbunden ist und – einem Ausgangsanschluss (out) zum Abgreifen eines Ausgangssignals (V_out, I_out), wobei der Ausgangsanschluss mit dem Abflussanschluss des Transistors (T) verbunden ist, – wobei eine Stromquelle (1) gemäß einer der Ansprüche 1 bis 10 einen ersten Strom (I_biasn) bereitstellt, der am Abflussanschluss des Transistors (T) eingespeist ist und – wobei die Stromquelle (1) einen zweiten Strom (I_biasp) bereitstellt, der am Quellanschluss des Transistors (T) eingespeist ist.
Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 11, wobei am Steueranschluss des Transistors (T) eine Spannung (V_g) angelegt ist, welche den Quellanschluss auf das Bezugspotenzial regelt.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 11, wobei der Steueranschluss des Transistors (T) mit dem Ausgang eines Operationsverstärkers (OP) verbunden ist, wobei ein positiver Eingang des Operationsverstärkers (OP) mit einem Bezugspotenzial verbunden ist und wobei ein negativer Eingang des Operationsverstärkers (OP) mit dem Quellanschluss des Transistors (T) verbunden ist.