DE2148880A1

DE2148880A1 - Stromquelle

Info

Publication number: DE2148880A1
Application number: DE19712148880
Authority: DE
Inventors: Saari Veikko Reynold
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1970-10-05
Filing date: 1971-09-30
Publication date: 1972-04-06
Also published as: KR780000463B1; DE2148880C2; FR2110210B1; NL176107B; JPS477471A; NL176107C; JPS5538690B1; GB1335289A; US3624426A; FR2110210A1; NL7113420A; IT939906B; CA918750A; SE362515B; BE773427A

Description

WESTERN ELECTRIC COMPANY V.R. Saari

Incorporated Case 12

New York, N. Y. 10007 USA

Stromquelle

Die Erfindung betrifft eine Stromquelle.

Integrierte Schaltungen sind gewöhnlich so entworfen, daß sie nur PNP- oder NPN-Transistoren verwenden, um die Herstellungsschritte zu vereinfachen und dabei die Herstellungskosten zu reduzieren. Wenn eine Transistorart verwendet wird, kann die integrierte Schaltung für diese spezielle Art optimiert werden. Wenn auch Transistoren der entgegengesetzten Art in einer solchen integrierten Schaltung gebildet werden, so weisen sie gewöhnlich sehr geringe Verstärkung auf, in manchen Fällen weniger als eins. Diese Transistoren können nur da verwendet werden, wo eine niedrige Verstärkung die Leistungsfähigkeit nicht beeinträchtigt.

In den meisten Schaltungsanordnungen werden PNP-Transistoren verwendet, um positive Stromquellen zu schaffen. Eine typische Schaltung dieser Art ist im US-Patent 3 185 858 dargelegt, welches die Verwendung von zwei PNP-Transistoren zur Bildung einer

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Stromquelle zeigt. Einer der Transistoren bewirkt die Stromregelung im anderen Transistor. Diese Regelung wird durch die hohe Verstärkung des Transistors erhalten, der eine im wesentlichen flache V--,- I„-Charakteristik hervorbringt.

ψ Bei anderen bekannten Schaltungen kommt es auf die Tatsache an,

daß hochverstärkende PNP-Transistoren niedrige Basis ströme haben und die Basiselektroden dieser Transistoren deshalb mit dem Regelwiderstand verbunden werden können, ohne daß die Regelspannung gestaucht wird. Wie jedoch schon festgestellt, ist diese Transistorart in der Regel in den meisten monolithisch integrierten Schaltungen mit NPN-Majorität nicht vorhanden.

| Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, verbesserte

Stromquellen zu schaffen, die für die Herstellung in integrierter Schaltungsform geeignet sind.

Entsprechend einem Gesichtspunkt der Erfindung weist eine Stromquelle einen ersten niedrig verstärkenden Transistor auf, dessen Kollektor mit einem Ausgangsanschluß und dessen Emitter mit einer

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ersten Spannungsquelle verbunden ist, einen zweiten niedrig verstärkenden Transistor, dessen Emitter und Basis jeweils mit dem Emitter und der Basis dieses ersten niedrig verstärkenden Transistors verbunden ist, einen ersten Widerstand, dessen eines Ende mit dem Kollektor des zweiten niedrig verstärkenden Transistors und dessen anderes Ende mit einem Punkt eines Bezugspotentials verbunden ist, und Vorrichtungen, die mindestens einen hoch verstärkenden Transistor aufweisen, der einerseits zum Ablenken der Basis ströme des ersten und zweiten niedrig verstärkenden Transistors von diesem ersten Widerstand und andererseits zum Koppeln der Spannung über den ersten Widerstand mit der Basis des ersten und zweiten niedrig verstärkenden Transistors verbunden ist.

Entsprechend einem anderen Blickpunkt dieser Erfindung weist eine Stromquelle einen ersten niedrig verstärkenden Transistor auf, dessen Kollektor mit einem Aus gangs ans chluß und dessen Emitter mit einer ersten Spannungsquelle verbunden ist, einen zweiten niedrig verstärkenden Transistor, dessen Emitter und Basis jeweils mit dem Emitter und mit der Basis des ersten niedrig

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verstärkenden Transistors verbunden ist, einen ersten Widerstand, dessen eines Ende mit dem Kollektor des zweiten niedrig verstärkenden Transistors und dessen anderes Ende mit einem Punkt eines Bezugspotentials verbunden ist, einen ersten hoch verstärkenden Transistor, dessen Basis mit seinem Kollektor und mit der Basis des ersten niedrig verstärkenden Transistors verbunden ist, einen zweiten hoch verstärkenden Transistor, dessen Kollektor mit einer zweiten Spannungsquelle verbunden ist, dessen Basis mit dem Kollektor des zweiten niedrig verstärkenden Transistors verbunden ist, und dessen Emitter mit dem Emitter des ersten hoch verstärkenden Transistors verbunden ist, und Vorrichtungen, um den Emitterstrom des ersten hoch verstärkenden Transistore nach Masse zu leiten.

Die hoch verstärkenden Transistoren können von NPN-Art und die niedrig verstärkenden Transistoren von PNP-Art sein.

Die Vorrichtung zum Leiten des Emitter-Stromes des ersten hoch verstärkenden Transistors kann ein zweiter Widerstand sein.

Als Alternative dazu kann die Vorrichtung zum Leiten des Emitter-

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stromes des ersten hoch verstärkenden Transistors eine Stromquelle entgegensetzter Polarität sein, die einen dritten hoch verstärkenden Transistor aufweist, dessen Kollektor mit dem Emitter des ersten hoch verstärkenden Transistors, und dessen Emitter mit Masse verbunden ist, einen vierten hoch verstärkenden Transistor, dessen Basis mit seinem Kollektor und mit der Basis des dritten Transistors, und dessen Emitter mit Masse verbunden ist, und einen Kollektorwiderstand, dessen eines Ende mit der Basis des vierten Transistors und dessen anderes Ende mit dem Kollektor des zweiten hoch verstärkenden Transistors verbunden ist. Es kann eine Schaltung vorgesehen werden, die zwischen dem ersten Widerstand und dem Bezugspotential eingeschaltet ist. Diese Schaltung weist ein Paar hoch verstärkender Transistoren auf, wobei der Kollektor und die Basis des einen der Transistoren mit dem ersten Widerstand, sein Emitter mit dem Bezugspotential verbunden ist, und wobei der Emitter des anderen Transistors mit dem Bezugspotential, seine Basis mit der Basis dieses einen Transistors und sein Kollektor mit einem zweiten Ausgangsanschluß verbunden ist. Diese Quelle ist so beschaffen, daß während des Betriebes das Verhältnis zwischen dem Stromausgang am zweiten

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Au s gangs ans chlu ß und dem Stromausgang am ersten Ausgangsanschluß im wesentlichen festgelegt ist.

Die Erfindung soll nachstehend an Ausführungsbeispielen erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen«

" Fig. 1 ein Schaltbild einer bekannten positiven Strom

quelle;

Big. 2 ein Schaltbild eines erfindungsgemäßen Beispiels;

Fig. 3 ein Schaltbild eines erfindungsgemäßen Erläuterungsbeispiels mit einer bekannten Stromquelle, die zur Vorspannung der Schaltung verwendet wird; und

^ Fig. 4 ein Schaltbild eines erfindungs gemäßen Erläuterungs

heispiels, das sich einen gemeinsamen Regelwiderstand mit einer bekannten Stromquelle teilt.

Betrachtet man nun Fig. 1, so sind in einer typisch bekannten positiven Stromquelle die Emitterelektroden 13 und 23 der jeweiligen Transistoren 10 und 20 und eine positive Spannungsquelle V mit

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einem Anschluß 14 verbunden. Die Basen 12 und 22 der jeweiligen Transistoren 10 und 20 sind mit einem Anschluß 15 verbunden. Der Kollektorll des Transistors 10 ist mit dem Ausgang der Schaltung und der Kollektor 21 des Transistors 20 mit einem Anschluß 17 verbunden. Anschluß 15 ist mit Anschluß 17 verbunden und ein Regelwiderstand 16 ist zwischen Anschluß 17 und Masse geschaltet. Da die Basen und die Emitter der zwei Transistoren miteinander verbunden sind, sind die Kollektorströme der zwei nahezu identischen Transistoren im wesentlichen gleich. Da Basis und Kollektor des Transistors 20 miteinander verbunden sind, wirkt dieser Transistor als eine Diode. Deshalb ist der Strom durch Widerstand 16 etwa gleich

V-V

ι = (i)

^R16

wobei V der Wert der positiven Spannungsquelle ist und V die Basis-Emitter-Spannung von Transistor 22* Da die beiden Transistoren hohe Verstärkung haben, stellt nahezu die Gesamtheit dieses Stromes den Kollektorstrom von Transistor 20 dar. Da die Basen und die Emitter der beiden Transistoren

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miteinander verbunden sind, ist der Ausgangsstrom I nahezu gleich dem Strom I durch den Regelwiderstand.

Betrachtet man nun Fig. 2, so sind die Emitterelektroden 33 und der jeweiligen niedrig verstärkenden PNP-Transistoren 30 und 40 fc und eine positive Spannungs quelle V₀₁ mit Anschluß 24 verbunden.

~ bl

Die Basen 32 und 42 von jeweiligen Transistoren 30 und 40 sind mit Anschluß 25 verbunden. Der Kollektor 31 von Transistor 30 ist mit Ausgang der Schaltung und der Kollektor 41 von"Transistor 40 ist mit Anschluß 27 verbunden. Widerstand 26 ist zwischen Anschluß 26 und Masse geschaltet. Um den Stromausgang der Schaltung zu regeln, muß die Regelspannung, die über Widerstand

des

26 entsteht, der Basis'PNP-Transistors bei Anschluß 25 zugeführt

k werden. Da die PNP^Transistoren jedoch geringe Verstärkung

aufweisen, wurden ihre relativ großen Basisströme die Regelspannung stauchen. Um den Basisstrom abzuziehen, wobei noch ein Weg von Anschluß 25 zu Anschluß 27 geschaffen wird, sind NPN-Transistoren 50 und 60 vorgesehen. Anschluß 25 ist mit Basis

52 und Kollektor 51 von Transistor 50 verbunden, dessen Emitter

53 mit Anschluß 34 verbunden ist. Anschluß 34 ist mit einer Seite

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von Widerstand 35 und mit Emitter 63 von Transistor 60 verbunden. Die andere Seite von Widerstand 35 ist mit Masse verbunden. Kollektor 61 von Transistor 60 ist mit einer zweiten positiven Spannungsquelle V₀₀, und Basis 62 von Transistor 60 ist mit Anschluß 27 verbunden. Wenn die Schaltung das erste Mal eingeschaltet wird, fließt ein anwachsender Strom durch Transistor 40 und Widerstand 26. Das ergibt eine anwachsende Spannung bei Anschluß 27. Die Spannung an Anschluß 27 wird über die Basis-Emitter-Verbindungen der Transistoren 50 und 60 auf Anschluß 25 gekoppelt. Diese Regelspannung wächst an, bis sie auf einen normalen Basis-Emitter-Spannungspegel der ersten Spannungsquelle V kommt. Wenn dies eintritt, wird die Schaltung stabil und stellt einen konstanten Stromausgang her. Die großen Basisströme der Transistoren 30 und 40 fließen über die Basis-Emitter-Sperrschicht von Transistor 50 und über Widerstand 35 nach Masse ab. Auf diese Weise ist eine positive Stromquelle geschaffen, die niedrig verstärkende PNP-Transistoren verwendet.

Fig. 3 zeigt eine Modifikation der Anordnung der Fig. 2, wobei Widerstand 35 durch eine herkömmliche negative

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Konstantstromquelle, ähnlich der in Fig. 1, ersetzt ist. Die herkömmliche negative Konstantstromquelle ist aus Transistoren 70 und 80 und Widerstand 36 gebildet. Der Kollektor 71 des Transistors 70 ist mit Anschluß 34 verbunden. Die Emitter 73 und 83 der jeweiligen Transistoren 70 und 80 sind mit Masse

ψ verbunden. Die Basen 72 und 82 der jeweiligen Transistoren

70 und 80 sind mit Anschluß 64 verbunden. Kollektor 81 des Transistors 80 und ein Ende des Widerstands 36 sind ebenfalls mit Anschluß 64 verbunden. Das andere Ende des Widerstandes 36 ist mit Kollektor 61 des Transistors 60 verbunden. Da Widerstand 35 durch diese negative Stromquelle ersfetzt ist, kann die positive Stromquelle über einen weiteren Bereich von Spannungen V₀ arbeiten, da ein konstanter Strom durch die Emitter der Transis-

fe toren 50 und 60 getrieben wird, der im wesentlichen unabhängig ist

von der Spannung an Anschluß 34.

Fig. 4 zeigt die Schaltung nach Fig. 3, die mit einer ähnlich der in Fig. 1 gezeigten Schaltungen verbunden ist, um eine duale Stromversorgung zu bilden, in der die Ausgangsströme auf ein festes Verhältnis festgelegt sind. Beide Schaltungen benutzen

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einen gemeinsamen Regelwiderstand 16. Da der bekannte Teil von Fig. 4 NPN-Transistoren verwendet, wirkt er als negative Stromquelle, Der Strom durch Regelwiderstand 16 ist

^R16

wobei V₀₁ die erste positive Spannungsquelle darstellt, V_c

öl bü

die negative Spannungsquelle, Vp die jeweilige Basis-Emitter-Spannung der Transistoren 20 und 40, die als gleich angenommen sind, und wobei R den Widerstand 16 darstellt. Da die Ausgangsströme beider Schaltkreise durch den Strom durch den Ilegelwiderstand bestimmt sind, werden die beiden Ausgangsströme auf einem festen Verhältnis zueinander festgehalten. Wenn die Emitterfläche von Transistor 10 zweimal so groß ist wie diejenige des Transistors 20, ist das Verhältnis 2:1. Das Verhältnis der Au s gangs ströme in dieser Schaltung wird im wesentlichen aufrechterhalten, ungeachtet von Änderungen in der Spannungsversorgung oder des Regelwiderstandes.

Wie beschrieben, sieht die Erfindung eine Quelle positiven Stroms vor, die für die Verwendung in einer monolithischen integrierten

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Schaltung mit NPN-Majorität, die für NPN-Transistoren optimiert ist, geeignet ist, wobei man das Problem niedriger Verstärkung in den PNP-Transistoren in den Griff bekommt. Durch geeignete Modifikation kann die Erfindung natürlich genausogut als eine negative Stromquelle in einer monolithischen integrierten Schaltung mit PNP-Majorität verwendet werden.

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Claims

2U8880 PATENTANSPRÜCHE

1.) Stromquelle mit

einem ersten Transistor, dessen Kollektor mit einem Ausgangsanschluß und dessen Emitter mit einer ersten Spannungsquelle verbunden ist;

einem zweiten Transistor, dessen Emitter und Basis jeweils mit dem Emitter und der Basis des ersten Transistors verbunden ist;

einem ersten Widerstand, dessen eines Ende mit dem Kollektor des zweiten Transistors und dessen anderes Ende mit einem Punkt eines Bezugspotentials verbunden ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

der erste und zweite Transistor {30, 40) niedrig verstärkende Transistoren sind, und daß Einrichtungen {35, 50, 60) vorgesehen sind, die mindestens einen hoch verstärkenden Transistor (GO) einschließen, die einerseits zum Ablenken der Basisströme des ersten und zweiten niedrig verstärkenden Transistors vom ersten Widerstand (16 oder 26) und andererseits zum

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Koppeln der Spannung auf den ersten Widerstand mit den Basen (3 2, 42) des ersten und zweiten niedrig verstärkenden Transistors verbunden sind.

2. Stromquelle mit

W einem ersten Transistor, dessen Kollektor mit einem Aus

gangsanschluß und dessen Emitter mit einer ersten Spannungsquelle verbunden ist;

einem ersten Widerstand, dessen eines Ende mit dem Kollektor des zweiten Transistors und dessen anderes Ende mit einem Punkt eines Bezugspotentials verbunden ist;

dadurch gekennzeichnet, daß

der erste und zweite Transistor (30, 40) niedrig verstärkende Transistoren sind,

daß ein erster hoch verstärkender Transistor i[50) vorgesehen ist, dessen Basis (52) mit seinem Kollektor (51) und mit

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der Basis (32) des ersten niedrig verstärkenden Transistors verbunden ist,

daß ein zweiter hoch verstärkender Transistor '(60) vorgesehen ist, dessen Kollektor (Gl) mit einer zweiten Spannungsquelle V , dessen Basis (62) mit dem KoUeIdor (41) des ZW(¹U(Mi niedrig verstärkenden Transistors und dessen Emitter (63) mit dom Emitter (53) des ersten hoch verstärkenden Transistor;verbunden ist,

und daß Einrichtungen (35) vorhanden sind, um den Emitterstrom des ersten hoch verstärkenden Transistors nach Masse zu leiten.

3. Stromquelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die hoch verstärkenden Transistoren von NPN-Art und die niedrig verstärkenden Transistoren von PNP-Art sind.

4. Stromquelle nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Leiten des Emitters! romes des ersten hoch verstärkenden Transistors aus einem zweiten Widerstand (35) bestehen.

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5. Stromquelle nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn zeichnet^ daß die Einrichtung zum Leiten des Emitterstromes des ersten hoch verstärkenden Transistors aus einer Stromquelle der entgegengesetzten Polarität besteht, die einen dritten hoch verstärkenden Transistor (70) einschließt, dessen Kollektor (71) mit dem Emitter des ersten hoch verstärkenden Transistors und dessen Emitter (63) mit Masse verbunden ist, die einen vierten hoch verstärkenden Transistor (80) einschließt, dessen Basis (8 2) mit seinem Kollektor (81) und mit der Basis (72) des dritten Transistors, lind dessen Emitter (83) mit Masse verbunden ist und die einen Kollektorwiderstand (36) einschließt, dessen eines Ende mit der Basis des vierten Transistors und dessen anderes Ende mit dem Kollektor des zweiten hoch verstärkenden Transistors verbunden ist.

6. Stromquelle nach Anspruch 2, 3 oder f>, dadurch gekennzeichnet, daß cine Schaltung zwischen den ersten Widerstand und das BezufTspotential geschaltet ist, daß die Schaltung ein Paar hoch verstärkender Transistoren (10, 20) aufweist, wobei

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der Transistor (20) mit seinem Kollektor und mit seiner Basis mit dem ersten Widerstand (16), und mit seinem Emitter mit dem Bezugspotential (V₀ ) verbunden ist, und der andere Transistor (10) mit seinem Emitter mit dem Bezugspotential, mit seiner Basis mit der Basis dieses einen Transistors und mit seinem Kollektor mit einem zweiten Aus gangs ans chluß verbunden ist, und daß die Quelle so beschaffen ist, daß im Arbeitszustand das Verhältnis zwischen dem Stromausgang dieses zweiten Ausgangsanschlusses und dem Stromausgang des ersten Ausgangsanschlusses im wesentlichen festgelegt ist.

7. Stromquelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß dieses hoch verstärkende Transistorpaar von der NPN-Art ist, daß die niedrig verstärkenden Transistoren von der PNP-Art sind, und daß das Bezugspotential negativ ist.

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