DE1920232B2 - Netzwerk mit einem widerstand mit waehlbarem temperaturkoeffizienten - Google Patents
Netzwerk mit einem widerstand mit waehlbarem temperaturkoeffizientenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Netzwerk mit tinem Widerstand mit wählbarem Temperaturkoeffitienten,
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 Basis-Emitter-Eingangsimpedanz des Transistors ist und wobei der Strom durch den ganzen
Spannungsteiler kleiner als der Kollektorstrom des Transistors ist. Derartige Netzwerke werden, insbesondere
in der Halbleitertechnik, oft benötigt, z. B. um den Temperaturkoeffizienten einer ganzen Schaltungsanordnung
oder eines wesentlichen Teiles derselben zu kompensieren.
Die ältere Patentanmeldung P 15 13 238.4 bezieht sich
auf eine Vorrichtung zur Kompensation der temperaturabhängigen Änderungen eines Stromes, der durch
ein über die Emitter-Kollektor-Strecke eines ersten Transistors gespeistes temperaturabhängiges Element
fließt, wobei der durch diesen Transistor fließende (,s
Strom von einer Steuergröße gesteuert wird. Nach dieser Anmeldung ist zur Temperaturkompensation in
den Steuerkreis die Parallelschaltung der Emitter-Kollektor-Strecke
eines weiteren Transistors und eines ohmschen Spannungsteilers aufgenommen, wobe>
die £Ss Elektrode des weiteren Transistors mit der
Anzapfung dieses Spannungsteilers verbunden ist und wobei der Wert des zwischen dem Emitter und der Basis
des weiteren Transistors eingeschalteten Teiles des Spannungsteilers kleiner als der Wert der Basis-Em.tter
Eingangsimpedanz des weiteren Trans.stors ist, während der Strom durch den ganzen Spannungsteiler
kleiner als der Kollektorstrom des weiteren Transistors
ist Diese Vorrichtung enthält somit im wesentlichen em Netzwerk mit einem Widerstand mit wahlbarem
Temperaturkoeffizienten, das aus der ParaHelschaltung
eines ohmschen Spannungsteilers und der Em.tter-Kollektor-Strecke
eines Transistors besteht, dessen Basis an die Anzapfung des Spannungsteilers angeschlossen ist.
Der Temperaturkoeffizient Co, dieses Netzwerkes ist
eleHidem Produkt des Temperaturkoeffizienten Grdes
Basis-Emitter-Eigenwiderstandes des Transistors und des Verhältnisses
zwischen der über dem Netzwerk angelegten Spannung und der zwischen der Basis und dem Emitter des
Transistors wirksamen Spannung. Demzufolge wird G„, auch durch die Wahl von Vs beeinflußt, und es ist nicht
möglich, bei jedem beliebigen Wert von Vi einen bestimmten verlangten Wert von Go, zu erzielen Zum
Erzielen eines bestimmten Wertes von G... muß bei Änderung von V5 auch Vbc proportional geändert
werden, so daß bei Änderung des Wertes eines der Widerstände des ohmschen Spannungsteilers auch der
Wert des anderen Widerstandes dieses Spannungsteilers geändert werden muß. Die gewünschte Einstellung
läßt sich also schwer erzielen. In einer Ausführungsform der Vorrichtung nach der älteren Patentanmeldung wird
diese Schwierigkeit dadurch vermieden, daß der Basis-Emitter-Kreis des Transistors des Netzwerkes
mehr oder weniger unabhängig von V, aus einer gesonderten Speisequelle über einen Widerstand
gespeist wird, der an eine zweite Anzapfung aes ohmschen Spannungsteilers angeschlossen ist, die auf
dem zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors eingeschalteten Teil dieses Spannungsteilers
angebracht ist.
Die Erfindung bezweckt, ein verbessertes Netzwerk dieser Art zu schaffen, dessen Temperaturkoeffizient
nahezu unabhängig von der über dem Netzwerk in Sperrichtung angelegten Kellektorspannung gewählt
werden kann, während dennoch keine gesonderte Speisequelle für den Basis-Emitter-Kreis des Transistors
erforderlich ist.
Nach der vorliegenden Erfindung ist in den
Spannungsteiler wenigstens eine Z-Diode aufgenommen, und dieser Spannungsteiler ist weiter so ausgelegt,
daß der Temperaturkoeffizient nahezu gleich Null ist, so daß der Temperaturkoeffizient des Netzwerkes nahezu
unabhängig von der über dem Netzwerk in Sperrichtung angelegten «.ollektorspannung gewählt werden
kann.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 das Schaltbild des in der Vorrichtung nach der Patentanmeldung P 15 13 238.4 angewandten Netzwerkes,
Fig. 2 das Schaltbild einer in der genar ,ilen
Patentanmeldung beschriebenen Abänderung dieses Netzwerkes,
F i g. 3 das Schaltbild einer ersten Atsführungsform
des Netzwerkes nach der Erfindung,
F i g. 4 das Schaltbild einer zweiten Ausführungsform und
Fig.5 das Schaltbild einer dritten, vereinfachten
Ausführungsform dieses Netzwerkes.
Das bc.eits in der Patentanmeldung P 15 13 238.4
beschriebene Netzwerk mit wählbarem Temperaturko- ,o
effizienten besteht aus der Parallelschaltung eines ohmschen Spannungsteilers mit Widerständen 2,3 und 4
und der Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors 1, z. B. vom npn-Typ, dessen Basis an die Anzapfung
zwischen den Widerständen 2 und 3 des Spannungsteilers angeschlossen ist. Der Wert des zwischen dem
Emitter und der Basis des Transistors 1 eingeschalteten Teiles 2 des Spannungsteilers ist kleiner als der der
Basis-Emitter-Eingangsimpedanz des Transistors 1 gewählt, während der Gesamtwiderstand
Rs = /?2 + Ri + /?4 des Spannungsteilers 2, 3, 4 derart
gewählt ist, daß der Strom A durch diesen Spannungsteiler kleiner als der Kollektorstrom Ic des Transistors ist.
Bei einer bestimmten Kollektorspannung + V< in Sperrichtung wird dies dadurch erzielt, daß der Wert #2
des Widerstandes 2 in bezug auf den Basis-Emitter-Widerstand Rbc des Transistor;; 1 in Durchlaßrichtung
klein und der Gesamtwiderstandswert
Rs = Ri + Ri + /?4 des Spannungsteilers derart groß
gewählt wird, daß
Der Kollektorstrom Ic ist gleich dem Produkt aus dem
Kollektor-Basis-Stromverstärkungsfaktor <x'—1 und
dem Basisstrom Ib, der seinerseits gleich dem Quotienten
Wird nun die Spannung Vs geändert, so ändert sich auch die Basis-Emitter-Spannung VW und somit auch
der Basisstrom Ib und der Kollektorstrom Ic, was meistens unerwünscht ist. Wenn z. B. durch Änderung
des Widerstandes 4 wieder der gewünschte Kollektorstrom Aeingestellt wird, wird das Verhältnis
R,
«2
«2
und somit auch der Gesamttemperaturkoeffizient Goi
geändert, welcher Temperaturkoeffizient also nur in bezug auf die Spannung Vs frei wählbar ist.
Die bereits in der älteren Patentanmeldung beschriebene Abänderung nach F i g. 2 ergibt einen zusätzlichen
Freiheitsgrad. In dieser Vorrichtung ist der ohmsche Spannungsteiler mit einer zweiten Anzapfung versehen,
die zwischen zwei Teilen 2 und 2' seines Basis-Emitter-Zweiges angebracht ist, während sein Kollektor-Basis-Zweig
nur aus dem Widerstand 3 besteht. Die zweite Anzapfung ist mit einer gesonderten Quelle 4 Vg von
z. B. konstanter oder stabilisierter in Durchlaßrichtung wirkender Basisspannung über einen weiteren Widerstand
5 verbunden.
Der ohmsche Spannungsteiler 2, 2', 3 entspricht den bereits erwähnten Bedingungen:
R, + R; < Rhv und
1
= R2+ R2
TR" <
Die Spannung Vg der Hilfsspannungsquelle und der Wert des Widerstandes 5 sind derart gewählt, daß die in
Durchlaßrichtung wirkende Basis-Emitter-Spannung Vbc und der Basisstrom Ib im wesentlichen durch diese
Größen bedingt sind und daß der Wert Ri des weiteren
Widerstandes 5 den effektiven Wert des Basis-Emitter-Zweiges des Spannungsteilers 2, 2', 3 nahezu nicht
beeinflußt:
der Basis-Emitter-Spannung und des Basis-Emitter-Widerstandes ist. Da vorausgesetzt ist, daß R2
< Rbe, ist Vhf nahezu gleich
V Ri
aber Rhi- ist von der Temperatur und auch von V<« und
somit auch von Vs abhängig.
Der Kollektorstrom Ic und somit der Gesamtwidersland Rn des Netzwerkes ändern sich also auch mit der
Temperatur, und unter den beschriebenen Bedingungen ist der Temperaturkoeffizient Gm dieser Änderung
gleich
40
oder annähernd
Vu.
Rx
60
mal dcmTemperaiurkoeffizicnten Ci des Basis-Emitter-Widerstandes
des Transistors, insofern der Kollektor-Basis-Stromverstärkungslaktor
λ' —1 des Transistors größer als der Gegenkopplungsfaktor
Rs
ist. wodurch die Verstärkung begrenzt wird.
R,+J2 ^r: 1^ ^
IV2
und vorzugsweise V^ > Vs.
Unter diesen Bedingungen kann Vs nahezu ohne Änderung von Vbc, Ib, L- und Got geändert werden,
während Ic durch Änderung von Vg, von Rs oder des Verhältnisses zwischen R2 und R2' eingestellt werden
kann, ohne daß das Verhältnis
R2~+~R~i
und somit der Gesamttemperaturkoeffizient
in erheblichem Maße beeinflußt werden.
Diese Schaltungsanordnung hat den Nachteil, daß sie eine gesonderte Spannungsquelle erfordert, deren
Spannung in bezug auf den Emitter des Transistors 1 nahezu konstant sein soll, und daß ein zwar geringer
Einfluß der Einstellung von A auf die von Gm
unvermeidlich ist.
In der Ausführungsform nach F i g. 3 des Netzwerkes gemäß 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 ohmsehen Spannungsteilers 9, 9' verbunden ist.
Letzterer ist zu einer Z-Diode 7 parallel geschaltet, und die Parallelschaltung dieser Diode und des weiteren
Spannungsteilers ist einerseits an die Spannungsquellc + V» und andererseits über einen Widerstand 8 an den
Emitter des Transistors 1 angeschlossen. Auch dieses Netzwerk entspricht den bereits erwähnten Bedingungen:
/?2 < Rhc und Ic > I Spannungsteiler = k + h,
wobei
Außerdem soll
oder
R,
<■-■
großer Spannung über dem Spannungsteiler 2, 3 auf einen zulässigen Wert begrenzt wird:
in bezug auf /?3 klein sein.
Unter diesen Bedingungen ist der Temperaturkoeffizient des Netzwerkes
wobei Ci der Temperaturkoeffizient der Z-Diode 7 ist.
Für diese Z-Diode kann eine Diode mit einem sehr kleinen Temperaturkoeffizienten gewählt werden, der
z. B. im Vergleich zu dem Temperaturkoeffizienten Or jo
des Transistors nahezu gleich Null ist. Die Zenerspannung Vi über die Diode 7 soll mindestens gleich dem
gewünschten Bereich VW« — Vmin der Spannung über
dem Netzwerk sein. Wenn es nicht möglich ist, für den gewünschten Wert von Vi eine Z-Diode 7 mit einem
Temperaturkoeffizienten nahezu gleich Null zu finden, kann diese Diode, wie in F i g. 4 dargestellt ist, durch die
Reihenschaltung einer oder mehrerer Z-Dioden 7, T und einer oder mehrerer in Durchlaßrichtung geschalteter
Dioden 10,10' ersetzt werden, wobei die Z- und die anderen Dioden derart gewählt sind, daß der gewünschte
Gesamtspannungsabfall
V7=-- Vr + Vr + Vi 0 + Vw
erhalten wird und daß der Temperaturkoeffizient Cz der
Z-Diode von dem der anderen Dioden kompensiert wird:
Cz = Ci + Cr + Cio + Cio· « 0.
Unter diesen Bedingungen kann der Gesamttemperalurkoeffizicnt
Ctoi des Netzwerkes durch passende Wahl des Verhältnisses R3/R2 und des Temperaturkoeffizienten
Gr des Transistors 1 frei gewählt werden, während der ICollektorstrom Ic und somit die Spannung Vs über
dem Netzwerk unabhängig von diesem Temperaturkoeffizienten innerhalb bestimmter Grenzen durch Änderung
der Spannung über dem Spannungsteiler 2, 3 geändert werden können.
Ein Schutzwiderstand 6 ist noch in den Kollektorkreis des Transistors 1 aufgenommen, damit Ic z. B. bei zu
R„ έ
In einer Vorrichtung mit tempcraturcmpfindlichen
Elementen, die in Abhängigkeit von dem Wert der Spannung Vi gesteuert werden soll, kann das beschriebene
Netzwerk als ein temperaturabhängiger Kompensationswiderstand mit einstellbarem oder wählbarem
Temperaturkoeffizienten oder als erste den Einfluß der Temperatur kompensierende Stufe der Vorrichtung
angewandt werden, wobei dann die Steuerspannung für die nächste Stufe zwischen dem Emitter und dem
Kollektor des Transistors 1 oder unter Umkehrung des Temperatureinflusses über dem Widerstand 6 entnommen
wird.
F i g. 4 zeigt das Schallbild einer zweiten Ausführungsform
des Netzwerkes nach der Erfindung.
In dieser Ausführungsform ist die Z-Diode 7 mit zwei
in Durchlaßrichtung geschalteten Dioden 10 in Reihe geschaltet, wodurch ihr Temperaturkoeffizient kompensiert
wird, während die vom Spannungsteiler 9, 9' überbrückte Reihenschaltung dieser Dioden 7 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 Got wieder gleich
R2 -t- R1
1 · clr
"2
und kann also mit Hilfe der Widerstände 2 und 3 gewählt werden, während der Arbeitspunkt 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 Ic und somit Vt geändert werden können, aber der
gewünschte unveränderliche Wert von Ic ist kleiner als der dem von Got vorgeschriebenen Verhältnis Λ3/Α2
entsprechende Wert. In derartigen Fällen kann die vereinfachte Abart nach F i g. 5 angewandt werden: Got
kann mit dem Temperaturkoeffizienten Cr des Transistors und mit dem Verhältnis Ri/R2 frei gewählt werden,
während Vs und somit Ic unabhängig von diesem Temperaturkoeffizienten
V, = Vi + Vi' + Vio 4- Vi0'
so frei gewählt werden können.
Die Netzwerke nach der vorliegenden Erfindung eignen sich insbesondere zur Anwendung in Reihe mil
anderen Elementen, wie Widerständen, derart, daß sie den Temperaturkoeffizienten eines oder mehrerei
weiterer Elemente einer Schaltungsanordnung odei Vorrichtung oder einer ganzen Schaltungsanordnung
oder Vorrichtung kompensieren, wie dies z. B. in dei
Patentanmeldung P 15 13 238.4 beschrieben wurde Dabei können sie zugleich als Eingangsstufe diese:
Schaltungsanordnung oder Vorrichtung dienen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Netzwerk mit einem Widerstand 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 Basis-Emitter-Eingangsimpedanz des Transistors ist und wobei der Strom durch den ganzen
Spannungsteiler kleiner als der Kollektorstrom des Transistors ist, dadurch gekennzeichnet,
daß in den Spannungsteiler (2,3,9,9', 8 bzw. 2,9,9', 3
bzw 2,3) wenigstens eine Z-Diode (7) aufgenommen
ist und dieser Spannungsteiler weiter so aasgelegt ist, daß der Temperaiurkoeffizient nahezu gleich
Null ist, so daß der Temperaturkoeffizient des Netzwerkes nahezu unabhängig von der über dem
Netzwerk in Sperrichtung angelegten Kollektorspannung
gewählt werden kann ( F i g. 3,4,5).
2. Netzwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit der Z-Diode (7)
wenigstens eine in Durchlaßrichtung geschaltete Diode (10) angeordnet ist, wodurch der Temperaturkoeffizient
der Z-Diode (7) nahezu kompensiert wird (Fig. 4,5).
3. Netzwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil (9, 9') der ohmschen
Spannungsteiler (2,3,9,9', 8 bzw. 2,9,9', 3) über die
Z-Diode (7) oder die Reihenschaltung der Z-Diode (7) und wenigstens einer Diode (10) geschaltet ist
und dessen Anzapfung mit der Basis des Transistors (1) verbunden ist ( F i g. 3,4).
4. Netzwerk nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektorkreis des Transistors
(1) einen weiteren Widerstand (6) enthält.
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