DE1920232A1 - Netzwerk mit einem Widerstand mit waehlbarem Temperaturkoeffizienten - Google Patents

Description

Dipl.-lng. ERICH E. WALTHER

F.^ :i-.!2r,v/clf PHK.3184

Anms'ier: IJ. V. Pll LI.'O' GLOEiLAIvIPENfABRIEKEN Va/AvdV

Akte: PHU- 3184

Anmeldung νοπιι 21. ΑρΠΙ 1969

"Netzwerk mit einem '.Yiderstanc ;r.it wählbarem Teir.peraturkoeffizienten"

Die Erfindung bezieht sich auf ein Netzwerk mit

einem '.Viaerstand .i.it wählbarem Temperaturkoeffizienten, das aus der f Parallelschaltung eines ohmschen Spannungsteilers und der Emitter-Kcllektcr-Strecke eines Transistors besteht,-dessen Basis an die Anzapfung aes Spannungsteilers angeschlossen ist, wobei der Wert des zwiechen dem Emitter und der Basis des Transistors eingeschalteten Teiles des Spannungsteilers kleiner als der Wert der Basis-Emitter-E3.n£:angsimpedanz des Transistors ist, und wobei der Strom durch den ganzen Spannungsteiler kleiner als der Kollektorstrom des Transistors

009839/1185

BAD ORIGINAL

-2- PHN.3184

ist. Derartige Netzwerke werden, insbesondere in .^er Halbleitertechnik, oft benötigt, z.B. um den Temperaturkoeffizienten einer ganzen Schaltungsanordnung oder eines wesentlichen Teiles derselben zu kompensieren.

Die Patentanmeldung P I5I3238.4 bezieht sich auf

eine Vorrichtung zur Kempendation der temperaturabhängigen Aenderungen eines Stromes, der durch ein über die 3mitter-Kollektor-Strecke eines ersten Transistors gespeistes temperaturabi.ängiges Element fliesst, wobei der durch diesen Transistor fliessende Strom von einer SteuergrÖHse gc-r.teuert wird. Nach dieser Anmeldung ist zur Temperaturkompensation in den Steuerkreis die Parallelschaltung der Srnitter-Kollektor-Strecke eines weiteren Transistors und eines ohmschen Spannungsteilers aufgenommen, wobei die Basis-Elektrode des weiteren Transistors n.it i.tr Anzapfung c ieses Spannungsteilers verbunden ist, und wobei der Wert des zwischen den. Emitter und der Baeie des weiteren Transistors eingeschalteten Teiles des Spannungsteilers kleiner als der Wert der Basis-Suitter-Bingengsimpedanz des weiteren ψ Transistors ist, während der Strom durch den ganzen Spannungsteiler kleiner als der Kcllektorstrom aes weiteren Transistors ist. Diese Vorrichtung enthält eomit im wesentlichen ein Netzwerk mit einem Widerstand aät wählbarem Temperaturkoeffizienten, das aus der Parallelschaltung eines on.r.schen Spannungsteilers und der !Lmitter-Kollektor-StrecKe eines Transistors besteht, dessen Basis an die Anzapfung des Spannungsteilers angeschlossen ist.

Der Temperaturkoeffizient C. . dieses Netzwerkes

tot

ist gleich dem Produkt des Temperaturkoeffizienten C. des Basis-

^tr -V

Errdttfer-Sigenwiderötandes des Transistors und des Verhältnisses -~

009839/1185 ^be

-3- PHN.3184

zwischen der Ober dem Netzwerk angelegten Spannung und der zwischen der Basis und dem Emitter des Transietore wirksamen Spannung. Demzufolge wird C. . auch durch die ^aLl von V beeinflusst, und ee ist nicht Beglich, bei jeden, beliebigen Wert von V einen bestimmten verlangten Wert von C. zu erzielen. Zum Erzielen eines bestimmten

ffertes von C. a.uet>t bei Aenderung von V auch V proportional iox β De

geändert werden, io dass bei Aenderung des Wertes eines der "'iderstände des ox.mecLen Spannungsteilers auch der 'Jert des anderen "'iderstandes dieses Spannungsteilers geändert weraen muss. Die _t-ew unecht β Einstellung Hast sich also schwer erzielen. In einer AuefUhrun/rsfcra· der Vorrichtung nach der älteren Patentanmeldung wird diese Schwierigkeit dadurch vermieden, dass aer Basie-Smitter-Kreis des Transistors des Netzwerkes mehr oder weniger unabhängig vcn V aus einer gesonderten Speisequelle über einen Understand gespeist wird, der an eine zweite Anzapfung des oh.^r.echen Spannungsteilers angeschlossen ist, die auf del zwischen der Basis und dem Emitter -es Transistors eingeschalteten Teil dieses Spannungsteilers angebracht ist.

Die Erfindung bezweckt, ein verbessertes Netzwerk

dieser Art zu schaffen, dessen Temperaturkoeffizient nahezu unabhängig το η der über dem Netzwerk im Sperrioh tun_t- angelegten Kollektorspannung gewählt werden kann, während ier.noch keine gesonderte Speisequeile für den Basis-Eaitter-Kreis des Transistors erforderlich i3t.

Nach der vorliegenden Erfindung wird ein Element mit einem Temperatursoeffizienten nahezu gleich null und nit wenigstens einer Henerdiode in can Spannungsteiler aufgencsiren, so dass der Teaperaturkceffizient des Netzwerkes nahezu unabhängig von der über diesem Netzwerk in SperricLtung angele, ten Spsnr.unt gewählt wer ien kann.

009839/1185

BAD OBtGWAt

-4- PHN.3184

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Eb zeigern

Pig. 1 das Schaltbild des in der Vorrichtung nach der Patentanmeldung P 1513238.4 angewandten Netzwerkes;

Fig. 2 aas Schaltbild einer in der genannten Patentanmeldung beschriebenen Abänderung uieses Netzwerkes;

Fig. 3 das Schaltbild einer ersten Ausführungsforra des Netzwerkes nach der Erfinaung;

Fi£. 4 das Schaltbild einer zweiten Aueführunesform, wici

Fig. 5 daβ Schaltbild einer dritten, vereinfachten Aueführungeform dieses "etzverkes.

Das bereits in der Patentanmeldung P 1513238.4 beschriebene Netzwerk mit wählbarem Temperaturkoeffizienten besteht aus der Parallelschaltung eines ohmschen Spannungsteilers mit Wider.tänden 2, 3 und 4 und eier E-nitter-Kollektor-Strecke eines Transistors 1, ζ.3. vom npn-Typ, dessen Basis an die Anzapfung zwischen den Widerständen 2 und 3 des Spannungsteilers angeschlossen ist. Der '"ert des zwischen dem Slitter und der Basis des Transistors 1 eingeschalteten Teiles 2 des Spannungsteilers ist kleiner als· der ^er Bssis-Emitter-Sinfangsimpeaanz des Traneistors 1 gewählt, während cer Gesaatwiderstand R = R, + R + R- des Spannungsteilers 2,3,4 di-rart gewählt ist, dass aer Strom I durch diesen Spannungsteiler

kleiner als der Kollektorstrom I des Transistors ist. Bei einer

bestimmten Kollektorspannung +V in Sperrichtung wird dies dadurch erzielt, dass der V.'ert R_? des Widerstandes 2 in bezug auf den 3Dsis-3x,itter-V,'iderstand R, des Transistore 1 in Durchlassrichtung klein und der lesasty.iderstandsviert Il « R +R +R₄ des Sriannuncs-

s 2 3 4 · .

009839/1185

BAD ORIGINAL

-5- PHN.3184

tellers derart tr°^ss gewählt wird, dass

B,

Der KollektoratroGi I ist gleich dem Produkt aus

• C *

o'-l und dem ßaaisstrom I, , der seinerseits gleich dem Quotienten

V '.

=—^- der Basis-Emitter-Spannung und des Basis-Emitter-Widerstand·» ist.

^Hbe ■ ■ · - R₂

Da vorausgesetzt ist, dass R„ / R. , ist V nahezu gleich V_ß ~ ,

aber TL ist von der Temperatur una auch von V, und somt auch von V abhängig.

Der Kollektorstrom I und somit der GeBamtwiderstsnd R_

c Ä

des Netzwerkes ändern sich also auch mit der Temperatur, und unter den beschriebenen Bedingungen ist der Temperaturkoeffizient C .

V R ^tot

S · S

dieser Aenderung gleich ττ— oder annähernd — mal dem Temperatur-

^vbe ^K2

koeffizienten C, des Basis-Emitter-Widerstandes des Transistors, insofern aer Kollektor-Basis-Stromverstärkungsfaktor a'-l des Transistors grosser als der Gegenkopplungsfaktor Γ~" ist,'wodurch die

■2 Verstärkung begrenzt wird.

7/ird .nun die SpF.iung V gea'nuert, so ändern sich auch"

die Basis-Emitter-Spannung V, und somit auch der Basisstpom I, und

De D

der fColLektorstrotn I , was meistens unerwünscht ist. 7/enn z.B. durch

Aenderunjf Jes Widerstandes 4 wieder der gewünschte Kollektoratrom I

R

eingestellt wird, v.ird das Verhältnis ττ- und somit auch der Gesamttemperaturkoeffizient C. , geändert, welcher Temperaturkoeffizient also nur in bezug auf die Spannung V frei wählbar ist_#.

β '

Die bereits in der älteren Patentanmeldung beschrieben· Abänderung nach Fig. 2 ergibt einen zusätzlichen Preiheitsgrad. In dieeer Vorrichtung iat der ohmsche Spannungsteiler tr.it einer zweiten Anzapfung versehen, die zwischen zwei Teilen 2 und Z* seines

009839/1185

BAD ORiGINAL

-6- PHN.3184

Basis-Smitter-Zweiges angebracht ist, während sein Kollektor-3asis-Zweij nur aus dem Widerstand 3 besteht. Die zweite Anzapfung ist nit einer gescnderten Quelle +V von z.B. konstanter" oner eta-

bilisierter in Durchlassrichtung wirkende Basisepannung über einen weiteren '.'.'iderstand 5 verbunden.

Der ofc.ir.sche Spannungsteiler 2,2',3 entspricht den bereits erwähnten 3edin_tungern

₉ + R < R. und

2 2 X be P.P4.PUR

^{8 R}2 ^R2 ^R3

R₉ + R ' < R. und — / I .

2 2 X be P4.PUR \c

^R2 ^R2 ^R

Die Spannung V der Lilfsspannungsquelle und der Wert des 7/ider-Standes 5 sind derart gewählt, dass die in Durchlassrichtung wirkende 3asis-3mitter-Sp&nnung V, und der Basisstrom I. im wesentlichen durch diese Grossen bedingt sind und dass der '.Vert R₁. des weiteren Widerstandes 5 ^aen effektiven '.Vert des 3asis-Srcitter-Zweiges des Spannungsteilers 2,2',3 nahezu nicht beeinflusst: V V

h! + Rp ') π:' ^R5» ^R2

und vorzugsweise V \ V .

Unter diesen Bedingungen kann V nehezu ohne Aenderung von V. , I, , I und C. , geändert v/erden, während I durch Aenderung

von V , von R_c oder des Verhältnisses zwischen R₀ und B„' eingestellt g 5 ρ 2 c

s /

werden kann, ohne dass das Verhältnis und somit der Gesamt-

R_a ^R2 ^{+ R}2 temperaturkoeffizient C. . * C₊ . =—-—=—γ— in erheblichem Masse

,beeinflusst werden.

Diese Schaltungsanordnung hr.t aen Nachteil, dass sie eine gesonderte Spannungquelle erfordert, deren Spannung in bezug auf den Sadtter des Transistors 1 nahezu konstant sein soll, und dass ein zv.ar geringe^Mnflusa der Einstellung von I auf die vcn

-7- PHN.3184

C. . unvermeidlich ist.
tot

In der Ausführunfcsform nach *'ig. 3 des Netzwerkes gernSss der Erfindung besteht der ohmsche Spannungsteiler aus einem Widerstand 2, der zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors 1 eingeschaltet ist, und aus einem Widerstand 3, dessen von der Basis abgekehrtes Ende mit der Anzapfung eines weiteren ohmschen Spannungsteilers 9»9* verbunden ist. Letzterer ist zueinor Zenerdiode 7 parallel geschaltet, und die Parallelschaltung dieser Diode und des weiteren Spannungsteilers iet einerseits an die Spannungsquelle +V und andrerseits über einen Widerstand 8 an den Emitter des Transistors 1 angeschlossen. Auch dieses Netzwerk entspricht den bereite erwähnten Bedin^unt-ent R₂ <^ R, und ISI Spannungsteiler ■ 1« + I,, wobei

V-V₇ V

τ _ _■ 1 _{und x}_ _ _e_

8- — _UIlu χ, - ο _o To ·

Kq j ma χ M · Kp + H,

R₉. R · H ♦ R-

Ausserdem soll , oder 7* *— in bezug auf R kjein sein.

^K9 9 ^{4 3}

Unter diesen Bedingungen ist der Temperaturkoeffizient des Netzwerkes C ■ ="· · C + =*— . C₇, wobei C₇ der Temperaturkoeffizient der Zenerdiode 7 ist. Für diese Zetierdiode kann eine Diode mit einem sehr kleinen Temperaturkoeffizienten gewählt werden, der z.B. im Vergleich zu dem Temperaturkoelfizienten C des Transiatori

XV

nahezu gleich null ist. Die Zenerspannung V- über der Diode 7 soll mindestens gleich deta gewünschten Bereich V - V . der Spannung

smax srnin

über den. Netzwerk sein. Wenn es nicht möglich ist, für den gewünschten' ^T.7ert von V₇ eine Zenerdiode 7 axt einem Temperaturkoeffizienten nahezu gleich null zu finden, kann diese Dioüe, wie in Fig. 4 dargestellt ist,

009839/1185

BAD ORIGINAL

-8- PHN.3184

uurch die Reihenschaltung einer oder mehrerer Zenerdio'den 7»7' und einer oder mehrerer in Durchlassrichtung geschalteter Diode 10,1O¹ ersetzt werden, vobei die Zener- und die anderen Dioden derart gewählt sind, dsss der gewünschte Gesatntspannungsabfall V « V- + V-¹ + V^q + + V₁₀, erhalten wird und dass der Temperaturkoeffizient C der Zenerdiode von den. der anderen Dioden kompensiert v.ird:

^Cz - ^C7 ⁺ V ^{+ C}10 ^{+ C}10⁽ ~ °-

Unter diesen Bedingungen kann der Oesamttemperatur-

koeffizient C ^^es Netzwerkes durch passende 7/ahl des Verhältnisses tot

H,/R_o und des Temperaturkoeffizienten C, des Transistors 1 frei gewählt «rden, wä'hrend der Kollektor.strom-I und somit die Spannung V über dem Netzwerk unabhängig von diäeem Temperaturkoeffizienten

innerhalb bestimmter Grenzen durch Aenderung der Spannung über dem Spannungsteiler 2,3 geändert werden können.

Ein Schutzwiderstand 6 ist noch in den Kollektorkreis

des Transistors 1 aufgenommen, damit I z.B. bei zu grosser Spannung -

über dem Spannungsteiler 2,3 auf einem zulässigen Wert begrenzt wird:

In einer Vo-richtung mit temperaturempfindlichen

Elementen, die in AbhSngigkeit von dem Wert der Spannung V gesteuert werden soll, kann das beschriebene Netzwerk als ein temperaturabhängiger Kompensationswiderstand mit einstellbarem ocer wählbarem Temperaturkoeffizienten odtr als erste den Einfluss der Temperatur kompensierende Stufe der Vorrichtung angewandt werden, wobei dann die Steuerspannung für uie näefcste Stufe zwischen dem Emitter und dem Kollektor des

009839/1185

-9- PHI.3184

Transistors 1 oder unter Umkehrung des Temperatureinflusses über dem Widerstand 6 entnommen wird,

Fig. 4 zeigt das Schaltbild einer zweiten Ausführungeform des Netzwerkes nach der Erfindung.

In dieser Ausführungeform ist die Zenerdiode 7 mit -zwei in Durchlassrichtung geschalteten Dioden 10 in Reihe geschaltet,

I *

v/odurch ihr Temperaturkoeffizient kompensiert wird, während die vom Spannungsteiler 9,9* überbrückte Reihenschaltung dieser Dioden und 10 in den ersten Spannungsteiler zwischen den Widerständen 2 und 3 aufgenommen ist. Da der Temperaturkoeffizient des Elementes 7,10 nahezu gleich null ist·, ist der Gesamttemperaturkoeffizient C, .

^E2 ^{+ R}3 v.ieder gleich ' . C. und kann also mit Hilfe der Widerstand· 2 und 3 gewählt werden, während der Arbeitepunkt des Transistors 1 unabhängig von diesem Temperaturkoeffizienten mit Hilfe des zweiten Spannungsteilers 9,9' eingestellt werden kann.

Bei vielen Anwendungen ist es nicht erforderlich dass

I und somit 7 geändert werden können, aber der gewünschte unveränderliche V7ert von I ist kleiner- Λβ der dem von C. . vorgeschriebenen

C XOt

Verhältnis R,/R₂ entsprechende Wert. In derartigen Fällen' kann die

vereinfachte Abart nach Fig. 5 angewandt werden: C, . kann mit dem

tot

Temperaturkoeffizienten C. des Transistors und mit dem Verhältnis

ZT

R /R₂ frei gewählt werden, während V und somit I unabhängig von dissera Temperaturkoeffizient^ V_g * V- + V₇ · + V_1Q + V« frei gewählt wordon

Bis Netzwerke nash der vorliegendan Erfindung eignen xch iinsbesondere zur Anwendung in Roih® mit anderen Elementen, wie ViideffstSnden_s derart, dass sie den Temparatursoeffizienten eines oder

009839/1185

BAD ORIGINAL

-10 - PHI.3184

mehrerer weiterer Elemente einer Schaltungsanordnung oder Vorrichtung oder einer ganzen Schaltungsanordnung oder Vorrichtung kompensieren, wie dies z.B. in der Patentanmeldung P 1513238.4 beschrieben wurde. Dabei können sie zugleich als Ein_fan^aetufe dieser Schaltungsanordnung oder Vorrichtung dienen.

009839/1185

Claims (4)

1. -11- PHH.3184

   PATENTAKSPRÜCHE t

   Netzwerk mit einem Wideretand mit wählbarem Temperaturkoeffizienten, das aus der Parallelschaltung eines ohmschen Spannungsteilers und der Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors besteht, dessen Basis an die Anzapfung des Spannungsteilers angeschlossen ist, wobei der Wert des zwischen dem Emitter und der Basis des Transistors eingeschalteten. Teiles des Spannungsteilers kleiner als der Wert der Baeis-Bmitter-Sintan^-Bimpedanz de· Transistors ist, und wobei der Strom durch den ganzen Spannungsteiler kleiner als der Kollektorstrom I des Transistors ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Element mit einem Ttmperaturkoeffizienten nahezu gleich hull und mit wenigstens einer Zenerdiode (7) in den Spannungsteiler (8,9,9*) aufgenommen ist, so dass der Temperaturkoeffizient des "etzwerkes nahezu unabhängig von der Über dem Netzwerk in Sperrichtung angelegten Kollektorspannung gew8b.lt «erden kann,(Pig.3)·
2. 2. Netzwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das· das Element aus der Reihenschaltung wenigstens einer in Durchlassrichtung geschalteten Diode (lO) besteht, wodurch der Temperaturkoeffizient der Zenerdiode (7) nahezu kompensiert wird.(Fig.4).
3. 3. Netzwerk n&oh Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Element «inen weiteren ol.mscb.en Spannungsteiler (9|9') enthSlt, der über die Zenerdiode (7) geschaltet ist und an dessen Anzapfung das von der Basis des Transistors (l) an_tekehrte Ende des zwischen der Basis und des Kollektor cee Transistors liegenden Teiles des ersten ohmschen Spannungsteilers (2,3.) engeschlossen ist. (Pig.3).

   009839/1185

   -12- PHN.3184
4. 4. Netzwerk nach Anspruch 1, 2 oder 3f dadurch gekennzeichnet, dtss das die Zenerdiode (7) enthaltende Element über einen V/iderptand (8) iiit dem 2a.itter des Transistors (l) verbunden ist. 5· lietzwerk nach einem oder mehreren der vorangehenden

   Ansprüche, es durch, gekennzeichnet, dass der !Tollektorkreiö des
   Trar.sistors (l) einen weiteren Widerstand (6) enthalt.

   009839/1185

   BAD ORIGINAL