DE1638010C3

DE1638010C3 - Festkörperschaltkreis für Referenzverstärker

Info

Publication number: DE1638010C3
Application number: DE1638010A
Authority: DE
Inventors: Hartmut Dipl.-Ing.Dr. 7440 Nuertingen Bleher
Original assignee: Deutsche ITT Industries GmbH
Current assignee: TDK Micronas GmbH
Priority date: 1968-01-27
Filing date: 1968-01-27
Publication date: 1974-03-07
Also published as: DE1638010A1; DE1638010B2; FR2000857A6; US3567964A

Description

Das Hauptpatent 1 538 423 betrifft einen Festkörpcrschaltkreis für aus einem Transistor und einer Z-Diode bestehende Referenzverstärker, wobei im Falle eines pnp-Transistors die Anode der Z-Diode mit dem Emitter des Transistors und im Falle eines npn-Transistors die Kathode der Z-Diode mit dem Emitter des Transistors verbunden ist, der dadurch gekennzeichnet ist, daß die Emitter zweier in einem als gemeinsame Kollektorzone dienenden Halbleiterkörper angeordneter, gleichartiger Transistorstrukturen elektrisch leitend verbunden sind und daß die Potentiale an der gemeinsamen Kollektorzone und den beiden Basiszonen derart gewählt sind, daß der Emitter-Basis-pn-Übergang der einen Transistorstruktur in Flußrichtung und der Emitter-Basis-pn-Übergang der anderen Transistorstruktur in Sperrichtung oberhalb seiner Durchbruchspannung gepolt ist.

Es hat sich nun gezeigt, daß die Höhe der Abbruchspannung der als Z-Diode dienenden Transistorstruktür nur in engen Grenzen wählbar ist, wenn mittels der als Transistor wirkenden Transistorstruktur der Temperaturkoeffizient der Gesamtanordnung möglichst klein gemacht werden soll.

Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, einen Festkörperschaltkreis für Referenzverstärker anzugeben, dessen als Z-Diode wirkender Teil größere Abbruchspannungen erlaubt und bei dem die Güte der Temperaturkompensation weiter verbessert ist.
Der Festkörperschaltkreis des Hauptpatentes wird

'5 zur Lösung dieser Problemstellung erfindungsgemäß so weitergebildet, daß weitere Transistorstrukturen, deren Emitter-Basis-pn-Übergänge in Flußrichtung als Flußdioden betrieben sind, und weitere Transistorstrukturen, deren Emitter-Basis-pn-Übergänge

^2Ü im Abbruchgebiet als Z-Dioden betrieben sind, im gemeinsamen Halbleiterkörper angeordnet sind und daß die Emitter-Basis-pn-Übergänge der weiteren Transistorstrukturen elektrisch in Reihe geschaltet sind. Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindungsind sowohl der Vorwiderstand der Z-Dioden- und Flußdioden-Reihenschaltung als auch die die Basisvorspannung der als Referenzverstärker wirkenden Transistorstruktur festlegenden Spannungsteilerwiderstände im gemeinsamen Halbleiterkörper als Zonen entgegengesetzen Leitungstyps oder auf dem Halbleiterkörper als aufgebrachte Widerstandsschichten angeordnet. Die Erfindung hat nämlich erkannt, daß noch weitere Bauelemente des Referenzverstärkers in den Festkörperschaltkreis mit einbezogen werden können.

Die Erfindung wird nun an Hand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert. Es zeigt Fi £ 1 das elektrische Ersatzschaltbild der Anordnung nach dem Hauptpatent, ergänzt durch weitere Schaltelemente, deren Gesamtheit eine Spannungsregelschaltung ergibt,

Fig. 2 das elektrische Ersatzschaltbild des erfindungsgemäßen Festkörperschaltkreises,

Fig. 3 das elektrische Ersatzschaltbild einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Festkörperschaltkreises.

Fig 1 zeigt das Schaltbild einer üblichen Spannungsiegelschaltung, die am Ausgang die konstante Spannung U erzeugt. Die im gestrichelt eingezeichneten Rechteck angegebenen Schaltsymbole kennzeichnen den Festkörperschaltkreis nach dem Hauptpatent, der aus zwei im gemeinsamen Kollektormaterial N_t angeordneten Transistorstrukturen T₁ und D₁ besteht. Die Transistorstruktur T₁ wirkt in der Gesamtschaltung als Transistor, und zwar als Vergleichs-Verstärkerstufe für die durch die Transistorstruktur D₁ erzeugte Referenzspannung und die vom Spannungsteiler K₁, R₂ erzeugte, dem Istwert der Ausgangsspannung U_g proportionale Spannung, die

am Mittelpunkt dieses Spannungsteilers abgegriffen und der Basis der Transistorstruktur T₁ über den Anschluß 2 zugeführt wird. Am Kollektor des Transistors T, und damit auch gleichzeitig am gemeinsamen Kollektormaterial N_t ist über den Anschluß 4 die Basis des im Ausführungsbeispiel als Transistor gezeichneten steuerbaren Widerstandes W₃₁, sowie der Widerstand R_c angeschlossen. Über den Widerstand R_v und den Anschluß 3 wird dem in Sperrichtung betriebenen

Emitter-Basis-pn-Übergang der Transistorstruktur Di ein solcher Strom zugeführt, daß dieser Emitter-Basis-pn-Übergang im AbbPüüigebiet als Z-Diode arbeitet. Der positive Temperaturkoeffizient der Transistorstruktur D₁ und der negative Temperaturkosffizient des Emitter-Basis-pr_k -Übergangs der Transistorstruktur T₁ kompensieren sich gegenseitig, so daß der Festkörperschaltkreis nach dem Hauptpatent temperaturkompensiert ist. Bei Schwankungen der Eingangsspannung U_e verändert sich die am steuerbaren Widerstand W_n abfallende Spannung, so daß die Ausgangsspannung U konstant bleibt. Der Referenzverstärker nach dem Hauptpatent besitzt die äußeren Anschlüsse 1, 2, 3, 4.

Die Erfindung geht nun von der Erkenntnis aus, '5 daß nicht nur eine als Z-Diode wirkende Transistorstruktur im gemeinsamen Kollektormaterial /V_c untergebracht werden kann, sondern daß auch mehrere in Serie zu schaltende Transistorstruhturen eingebracht werden können, deren Basis-Emttter-pn-Übergänge über den Vorwiderstand R_v so vorgespannt und mit einem solchen Strom betrieben werden, daß sie alle im Abbruchgebiet als Z-Dioden wirken. Somit ist es möglich, nicht nur wie beim Festkörperschaltkreis des Hauptpatentes eine Abbruch- ^a5 spannung von etwa 5 bis 7 Volt, sondern ein Vielfaches dieses Wertes einzustellen.

In Fig. 2 ist die als Z-Dioden wirkende Serienschaltung von Transistorstrukturen, die alle im gemeinsamen Kollektormaterial N_c untergebracht sind, durch die Transistorstrukturen D₁ und D_n angegeben. Die zwischen diesen beiden Transistorstrukturen gezeichneten Trennungslinien sollen veranschaulichen, daß mehr als zwei solcher Strukturen in Reihe geschaltet werden können. Begrenzt wird die maximale Anzahl der in Reihe geschalteten, als Z-Diode wirksamen Basis-£mitter-pn-Ubergänge durch die Basis-Kollektor-Abbruchspannung der Struktur. Ferner enthält der erfindungr.gemäße Festkörperschaltkreis außer der Transistorstruktur T₁ noch weitere Transi- *° storstrukturen T₂ bis T_n. Auch diese Transistorstrukturen sind alle in das gemeinsame Kollektormaterial N_c eingebracht. Die Transistorstrukturen T₂ bis T_1n dienen auf Grund des negativen Temperaturkoeffizienten ihrer Basis-Emitter-Spannung als Transistorstrukturen, die die durch die vergrößerte Anzahl von als Z-Dioden wirksamen Transistorstrukturen bedingte Vergrößerung des positiven Temperaturkoeffizienten kompensieren. Die Transistorstrukturen T₂ bis T sind also als Flußdioden betrieben.

Wie Fig. 3 zeigt, können die Spannungsteilerwiderstände K, und R₂, die die Vergleichsspannung für den Transistor T₁ erzeugen, und der Vorwiderstand R_v, der den über die Z-Diodenkette fließenden Strom bestimmt, nach einer Weiterbildung der Erfindung in das gemeinsame Kollektormaterial N_c als Zonen des entgegengesetzten Leitungstyps eingebracht oder auf den Halbleiterkörper als Widerstandsschichten aufgebracht werden, sofern der Referenzverstärker für eine gegebene Ausgangsspannung U_g bemessen werden soll. Der Festkörperschaltkreis nach der Erfindung besitzt dann nur noch die äußeren Anschlüsse 1, 4 und 5, d. h., gegenüber dem Festkörperschaltkreis des Hauptpatentes kann ein äußerer Anschluß eingespart werden, was z. B. den Vorteil hat, daß dieser Festkörperschaltkreis in einem handelsüblichen normalen, dieibeinigen Transistorgehäuse untergebracht werden kann. Der Widerstand R_c ist wie bei der Anordnung nach F i g. 1 der Arbeitswiderstand derTransistorstrukiur T₁. Vom äußeren Anschlußpunkt 4 wird der steuerbare Widerstand W_a gesteuert, d. h. im Ausführungsbeispiel nach den F i g. 2 und 3 die Basis des gezeichneten Transistors.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindungkann die Wirkung der als Flußdioden wirkenden Transistorstrukturen D₂ bis D₇, dadurch verbessert werden, daß die Emitterwiderstände ß_£2bis /^„eingefügt werden. Nach Fig. 3 verbindet jeder dieser Widerstände die beiden Emitter aufeinanderfolgender Transistorstrukturen der Kette T₁ bis T_1n. Nach Fig. 2 liegt jeder dieser Widerstände zwischen dem Pol 3, an dem der Vorwiderstand R_v angeschlossen ist, und dem zugehörigen Emitter der entsprechenden Transistorstruktur, also z.B. Widerstand R_E2 am Emitter der Transistorstruktur T₂ usw. Diese gegenüber der Anordnung von F i g. 3 andere Anordnung der Emitterwiderstände R_E1 bis R_Em (Fig. 2) hat den Vorteil, daß die Emitterströme der Transistorstrukturen T₂ bis T_m und damit die Temperaturkompensation gegen die Toleranzen der Emitterwiderstände unempfindlich werden.

Durch das Einfügen dieser Widerstände und durch entsprechende Wahl der Widerstandswerte dieser Widerstände kann ein Feinabgleich des Temperaturkoeffizienten erreicht werden. Am steuerbaren Widerstand W_sl fällt bei schwankender Eingangsspannung U_t eine solche veränderliche Spannung ab, daß die Ausgangsspannung U_g konstant bleibt, d.h., die Ausgangsspannung U_g wird auf einen konstanten Wert eingeregelt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Festkörperschaltkreis für aus einem Transistor und einer Z-Diode bestehenden Referenzverstärker, wobei im Falle eines pnp-Transistors die Anode der Z-Diode mit dem Emitter des Transistors und im Falle eines npn-Transistors die Kathode der Z-Diode mit dem Emitter des Transistors verbunden ist, die Emitter zweier in einem als gemeinsame Kollektorzone dienenden Halbleiterkörper angeordneter, gleichartiger Transistorenstrukturen elektrisch leitend verbunden sind und die Potentiale an der gemeinsamen Kollektorzone und den beiden Basiszonen derart gewählt sind, daß der Emitter-Basis-pn-Übergang der einen Transistorstruktur in Flußrichtung und der Emi;ter-Basis-pn-Übergang der anderen Transistorstruktur in Sperrichtung oberhalb seiner Durchbruchspannung gepolt ist, (nach Patent 1538 423) dadurch gekennzeichnet, daß weitere Transistorstrukturen (T₂... T₁₁₁), deren Emitter-Basis-pn-Übergänge in Flußrichtung als Flußdioden, und weitere Transistorstrukturen (D_n), deren Emitter-Basis-pn-Übergänge im Abbruchgebiet als Z-Dioden betrieben sind, im gemeinsamen Halbleiterkörper {N_c) angeordnet sind und daß die Basis-pn-Übergänge der weiteren Transistorstrukturen elektrisch in Reihe geschaltet sind.

2. Festkörperschaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Vorwiderstand (R_x,) der Z-Diodenkette als auch die die Basisvorspannung der Referenztransistorstruktur (T₁) festlegenden Spannungsteilerwiderstände (R₁, R₂) im gemeinsamen Halbleiterkörper (N_c) als Zonen entgegengesetzen Leitungstyps oder auf dem Halbleiterkörper als aufgebrachte Widerstandsschichten angeordnet sind.

3. Festkörperschaltkreis nach den Ansprüchen 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der über die Emitter-Basis-pn-Übergänge der als Flußdioden betriebenen Transistorstrukturen (T₁-T_1n) fließende Strom durch Emitterwiderstände (R_£2 ... R_£m) eingestellt ist, die im gemeinsamen 1 lalbleiterkörper (N_c) als Zonen entgegengesetzen Leitungstyps oder auf dem Halbleiterkörper als aufgebrachte Widerstandsschichten angeordnet sind.