DE19529059A1 - Stromspiegelanordnung - Google Patents
StromspiegelanordnungInfo
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- G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
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- G05F3/08—Regulating voltage or current wherein the variable is dc
- G05F3/10—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Stromspiegelanordnung mit
- - wenigstens einem einen ersten Leitungstyp aufweisenden Eingangstransistor, dessen Emitteranschluß mit einer Stromzuführung verbunden ist und dessen Kollektoranschluß einen Eingangsstrom führen kann,
- - wenigstens einem den ersten Leitungstyp aufweisenden Ausgangstransistor, dessen Emitteranschluß mit der Stromzuführung und dessen Basisanschluß mit dem Basisanschluß des Eingangstransistors verbunden ist und dessen Kollektoranschluß ein Ausgangsstrom entnehmbar ist,
- - sowie einem den ersten Leitungstyp aufweisen Bügeltransistor, dessen Emitteranschluß mit den Basisanschlüssen des Eingangstransistors und des Ausgangstransistors und dessen Basisanschluß mit dem Kollektoranschluß des Eingangstransistors verbunden und dessen Kollektoranschluß mit einem Bezugspotential gekoppelt ist.
Dabei dient der Bügeltransistor zum Aufnehmen der Basisströme des Eingangs
transistors und des Ausgangstransistors derart, daß nur ein möglichst geringer Teil
dieser Basisströme Einfluß auf das Verhältnis zwischen dem Eingangsstrom und dem
Ausgangsstrom ausübt.
Eine derartige Schaltungsanordnung ist aus der DE-PS 31 14 877 bekannt. In der
dortigen Fig. 2 wird der Eingangsstrom von einer Stromquelle bewirkt, wohingegen
der Ausgangsstrom über einen Verbraucher geführt wird.
Im Normalbetrieb dieser Stromspiegelanordnung mit an den Ausgangstransistor
angeschlossenem Verbraucher wird der Stromzuführung außer dem Eingangsstrom
und dem Ausgangsstrom somit auch der vom Bügeltransistor geführte Strom
entnommen, der um die Stromverstärkung eines der Transistoren vom ersten
Leitungstyp geringer ist als die Summe aus Eingangsstrom und Ausgangsstrom. Da
diese Stromverstärkung unter dem Einfluß verschiedener Fertigungs- und Betriebs
parameter schwanken kann, stellt der Strom durch den Bügeltransistor und damit die
Belastung der Stromzuführung eine stark streuende Größe dar.
Wird der Verbraucher vom Ausgangstransistor abgetrennt und befindet sich die
Stromspiegelanordnung somit im Leerlaufbetrieb, ergeben sich noch ungünstigere
Verhältnisse. In diesem Betriebszustand ist das Stromspiegelverhältnis zwischen dem
Eingangsstrom und dem Ausgangsstrom nicht mehr erfüllt. Während der Eingangs
transistor jetzt nur noch sehr geringe Ströme führt, gerät der Ausgangstransistor in
einen Sättigungszustand, in dem von der Stromzuführung über den Emitteranschluß
und den Basisanschluß des Ausgangstransistors ein Strom in den Bügeltransistor
fließt, der nahezu dem Gesamtstrom im Bügeltransistor entspricht. Wird jetzt von
der Verbindung zwischen dem Kollektoranschluß des Eingangstransistors und dem
Basisanschluß des Bügeltransistors ein vorgegebener Eingangsstrom entnommen,
teilt sich dieser in einen Anteil über den Kollektoranschluß des Eingangstransistors
und einen Anteil durch den Basisanschluß des Bügeltransistors.
Der Stromanteil durch den Basisanschluß des Bügeltransistors wird dabei so groß,
daß der dadurch über den Emitteranschluß des Bügeltransistors und den Basis
anschluß des Ausgangstransistors fließende Strom am Ausgangstransistor eine ebenso
große Basis-Emitter-Spannung erzeugt, wie sie am Eingangstransistor vorliegt. Im
Extremfall fließt dabei der vorgegebene Eingangsstrom fast ausschließlich durch den
Basisanschluß des Bügeltransistors. Der Strom im Bügeltransistor ist dann im
wesentlichen um die Stromverstarkung des Bügeltransistors höher als der Eingangs
strom. Dies stellt nicht nur eine wesentlich erhöhte Belastung der Stromzuführung
gegenüber dem Normalbetrieb dar, sondern zusätzlich wird diese Belastung in der
genannten Weise aufgrund der Streuungen der Stromverstärkung des Bügeltransistors
stark streuen.
Die Erfindung hat die Aufgabe, eine Stromspiegelanordnung der eingangs genannten
Art in der Weise auszubilden, daß in allen Betriebszuständen eine definierte
Belastung der Stromzuführung erreicht wird.
Diese Aufgabe wird bei der gattungsgemäßen Stromspiegelanordnung erfindungs
gemäß gelöst durch
- - einen Steuertransistor von einem zweiten, dem ersten Leitungstyp entgegen gesetzten Leitungstyp, wobei der Steuertransistor mit seinem Kollektor anschluß an den Kollektoranschluß des Eingangstransistors und mit seinem Emitteranschluß über eine Emitterstromquelle an das Bezugspotential angeschlossen und einem Basisanschluß des Steuertransistors eine Steuer spannung zum Steuern des Ausgangsstromes zuführbar ist,
- - einen Widerstand, über den der Kollektoranschluß des Bügeltransistors mit dem Bezugspotential gekoppelt ist, sowie
- - einen weiteren Transistor vom zweiten Leitungstyp, dessen Emitteranschluß mit dem Emitteranschluß des Steuertransistors, dessen Basisanschluß mit dem Kollektoranschluß des Bügeltransistors und dessen Kollektoranschluß mit der Stromzuführung verbunden ist.
Bei der erfindungsgemäßen Stromspiegelanordnung wird der Strom durch den
Bügeltransistor nicht unmittelbar, sondern über den Widerstand an das Bezugs
potential geführt. Der weitere Transistor bildet mit dem Steuertransistor und der
gemeinsamen Emitterstromquelle eine Differenzverstarkeranordnung, in der die
Steuerspannung mit der durch den Strom im Bügeltransistor im Widerstand
hervorgerufenen Spannung verglichen wird. Beim Anwachsen des Stromes durch
den Bügeltransistor in der Weise, daß die Spannung am Widerstand die Steuer
spannung übersteigt, wird der Strom der Emitterstromquelle aus dem Eingangs
transistor in den weiteren Transistor umgeleitet und damit unmittelbar der Strom
zuführung entnommen, nicht mehr jedoch dem Stromspiegel aus dem Eingangs
transistor, dem Ausgangstransistor und dem Bügeltransistor. Dadurch wird der
Strom über den Stromspiegel begrenzt. Der aus der Stromzuführung entnommene
Strom ist nun wesentlich bestimmt durch den Quotienten aus der Steuerspannung
und dem Widerstand sowie durch den Strom der Emitterstromquelle. Da diese
Größen genau bestimmbar sind, erhält man in allen Betriebszuständen eine definierte
Belastung der Stromzuführung. Dabei wird der Strom aus der Stromzuführung auch
von der an dieser bereitgestellten Versorgungsspannung unabhängig.
An dieser Stelle sei bemerkt, daß aus der japanischen Offenlegungsschrift
60-165112 (A) eine Stromspiegelanordnung mit einem Eingangstransistor, einem
Ausgangstransistor und einem Bügeltransistor vom pnp-Typ bekannt ist, bei der der
Kollektoranschluß des Bügeltransistors über einen Widerstand mit Masse verbunden
ist. Mit dem Emitteranschluß des Bügeltransistors und den Basisanschlüssen des
Eingangstransistors und des Ausgangstransistors bzw. der Ausgangstransistoren ist
der Kollektoranschluß eines Transistors verbunden, dessen Basisanschluß mit dem
Kollektoranschluß des Bügeltransistors und dessen Emitteranschluß mit Masse
verbunden ist. In dieser bekannten Schaltungsanordnung übernimmt der Transistor
vom Bügeltransistor einen Teil des Emitterstromes, um den Basisstrom des
Bügeltransistors zu verringern. Dadurch soll offenbar das Spiegelverhältnis der
bekannten Stromspiegelanordnung auch bei mehreren Ausgangstransistoren und
damit einem höheren Strom im Bügeltransistor präziser ausgebildet werden. Da
jedoch sowohl der Bügeltransistor als auch der zusätzlich eingeführte Transistor ihre
Ströme aus den Basisanschlüssen des Eingangstransistors und der Ausgangstran
sistoren entnehmen, werden die eingangs erläuterten Streuungen der Ströme aus der
Stromzuführung nicht behoben.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung enthält die erfindungsgemäße Stromspiegel
anordnung einen den zweiten Leitungstyp aufweisenden Endstufentransistor, dessen
Kollektoranschluß mit der Stromzuführung und dessen Basisanschluß mit dem
Kollektoranschluß des Ausgangstransistors verbunden und dessen Emitteranschluß
mit einer Last koppelbar ist. Durch diesen Entstufentransistor wird der Ausgangs
transistor vom Strom durch den Verbraucher entlastet.
Vorzugsweise wird bei der erfindungsgemäßen Stromspiegelanordnung als erster
Leitungstyp der pnp-Typ und als zweiter Leitungstyp der npn-Typ bipolarer
Transistoren bezeichnet. Eingangs-, Ausgangs- und Bügeltransistor sind dann vom
pnp-Typ. Bipolare pnp-Transistoren weisen vielfach eine geringere Stromverstärkung
als npn-Transistoren auf, so daß ihre Basisströme im Verhältnis größer sind und
daher zu größeren Abweichungen in Stromspiegeln, aber auch zu größeren
Belastungen insbesondere des Bügeltransistors führen. Daher ist eine Anwendung
der Erfindung auf diesen Leitungstyp besonders vorteilhaft; jedoch ist auch eine
umgekehrte Zuordnung des Leitungstyps möglich.
Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und wird im nachfolgen
den näher erläutert. Dabei zeigt
Fig. 1 eine Stromspiegelanordnung nach dem Stand der Technik,
Fig. 2 eine erfindungsgemäße Stromspiegelanordnung.
In Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 1 ein Eingangstransistor vom bipolaren pnp-
Typ bezeichnet, wohingegen mit 2 ein Ausgangstransistor und mit 3 ein Bügel
transistor des gleichen Leitungstyps benannt ist. Die Emitteranschlüsse des
Eingangstransistors 1 und des Ausgangstransistors 2 sind mit einer
Stromzuführung 4, die Basisanschlüsse mit dem Emitteranschluß des Bügeltran
sistors 3 verbunden. Der Kollektoranschluß des Eingangstransistors 1 ist mit einem
Eingangsanschluß 5, der Kollektoranschluß des Ausgangstransistors 2 mit einem
Ausgangsanschluß 6 und der Kollektoranschluß des Bügeltransistors 3 mit einem
Anschluß 7 verbunden, über den ein wesentlicher Anteil der Summe der Basisströme
des Eingangstransistors 1 und des Ausgangstransistors 2 abgeleitet wird.
In Fig. 2, in der mit Fig. 1 übereinstimmende Elemente wieder mit denselben
Bezugszeichen versehen sind, ist der vorstehend beschriebenen Stromspiegel
anordnung ein Steuertransistor 8 hinzugefügt, der mit seinem Kollektoranschluß mit
dem Eingangsanschluß 5 und mit seinem Emitteranschluß über eine Emitterstrom
quelle 9 mit Masse 10 verbunden ist. Ein weiterer Transistor 11 ist mit seinem
Kollektoranschluß an die Stromzuführung 4 angeschlossen. Der Basisanschluß des
weiteren Transistors 11 ist an den Anschluß 7, der Emitteranschluß an den
Emitteranschluß des Steuertransistors 8 geführt. Der Anschluß 7 ist außerdem über
einen Widerstand 12 mit Masse 10 verbunden.
Weiterhin ist an den Kollektoranschluß des Ausgangstransistors 2, d. h. an den
Ausgangsanschluß 6, der Basisanschluß eines Endstufentransistors 13 angeschlossen,
dessen Kollektoranschluß an die Stromzuführung 4 angeschlossen ist und dessen
Emitteranschluß über einen Verbraucher 14 an Masse 10 geführt ist. Zum Anschluß
des Verbrauchers 14 sind symbolisch Anschlußpunkte 15 und 16 eingezeichnet.
Der Steuertransistor 8, der weitere Transistor 11 und der Endstufentransistor 13 sind
in Fig. 2 vom entgegengesetzten Leitungstyp wie der Eingangstransistor 1, der
Ausgangstransistor 2 und der Bügeltransistor 3, d. h. vom npn-Typ. Der Endstufen
transistor 13 ist als Emitterfolger zur niederohmigen Speisung des Verbrauchers 14
geschaltet.
In der Stromspiegelanordnung nach Fig. 2 sind die Emitterstromquelle 9 und der
Widerstand 12 im Verhältnis zu den übrigen Bauteilen bevorzugt derart dimen
sioniert, daß im Normalbetrieb, d. h. mit angeschlossenem Verbraucher 14, die
durch den Strom im Bügeltransistor 3 am Widerstand 12 hervorgerufene Spannung
geringer ist als eine über den Basisanschluß 17 des Steuertransistors 8 zugeführte
Steuerspannung. Der weitere Transistor 11 ist dann stromlos und beeinflußt die
Funktion der Stromspiegelanordnung, d. h. des Eingangstransistors 1 und des
Ausgangstransistors 2 nicht.
Steigt im Leerlaufbetrieb, d. h. nach Abtrennen des Verbrauchers 14 an den
Anschlußpunkten 15, 16, der Strom im Bügeltransistor 3 an, übersteigt die
Spannung am Widerstand 12 die Steuerspannung am Basisanschluß 17. Der Strom
der Emitterstromquelle 9 fließt nun von der Stromzuführung 4 unmittelbar über den
weiteren Transistor 11. Dadurch wird ein weiteres Anwachsen des Stromes im
Bügeltransistor 3 und damit eine Vergrößerung der Stromentnahme aus der
Stromzuführung 4 unterbunden; vielmehr wird aus der Stromzuführung 4 zu
liefernde Strom auf einen definierten Wert begrenzt, der durch den Strom der
Emitterstromquelle 9 und das Verhältnis der Steuerspannung und des Widerstands 12
bestimmt wird.
Die vorliegende Erfindung löst die hergestellte Aufgabe wirkungsvoll mit sehr
geringem Schaltungsaufwand.
Claims (4)
1. Stromspiegelanordnung mit
- - wenigstens einem einen ersten Leitungstyp aufweisenden Eingangstransistor, dessen Emitteranschluß mit einer Stromzuführung verbunden ist und dessen Kollektoranschluß einen Eingangsstrom führen kann,
- - wenigstens einem den ersten Leitungstyp aufweisenden Ausgangstransistor, dessen Emitteranschluß mit der Stromzuführung und dessen Basisanschluß mit dem Basisanschluß des Eingangstransistors verbunden ist und dessen Kollektoranschluß ein Ausgangsstrom entnehmbar ist,
- - sowie einem den ersten Leitungstyp aufweisen Bügeltransistor, dessen Emitteranschluß mit den Basisanschlüssen des Eingangstransistors und des Ausgangstransistors und dessen Basisanschluß mit dem Kollektoranschluß des Eingangstransistors verbunden und dessen Kollektoranschluß mit einem Bezugspotential gekoppelt ist,
gekennzeichnet durch
- - einen Steuertransistor von einem zweiten, dem ersten Leitungstyp entgegen gesetzten Leitungstyp, wobei der Steuertransistor mit seinem Kollektor anschluß an den Kollektoranschluß des Eingangstransistors und mit seinem Emitteranschluß über eine Emitterstromquelle an das Bezugspotential angeschlossen und einem Basisanschluß des Steuertransistors eine Steuer spannung zum Steuern des Ausgangsstromes zuführbar ist,
- - einen Widerstand, über den der Kollektoranschluß des Bügeltransistors mit dem Bezugspotential gekoppelt ist, sowie
- - einen weiteren Transistor vom zweiten Leitungstyp, dessen Emitteranschluß mit dem Emitteranschluß des Steuertransistors, dessen Basisanschluß mit dem Kollektoranschluß des Bügeltransistors und dessen Kollektoranschluß mit der Stromzuführung verbunden ist.
2. Stromspiegelanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
einen den zweiten Leitungstyp aufweisenden Endstufentransistor, dessen Kollektor
anschluß mit der Stromzuführung und dessen Basisanschluß mit dem Kollektor
anschluß des Ausgangstransistors verbunden und dessen Emitteranschluß mit einer
Last koppelbar ist.
3. Stromspiegelanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der erste Leitungstyp den pnp-Typ und der zweite Leitungstyp den npn-Typ
bezeichnet.
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