DE2204016C3 - Konstantstromquelle, insbesondere für einen Dlgital-Analog-Konverter - Google Patents

Description

Kollektor des ersten Transistors verbundene Eingang

des Operationsverstärkers auf einem konstanten Poten-

tial, z.B. Massepotential, gehalten, so daß an dem

Bezugswiderstand eine konstante Spannung anliegt, die ihrerseits einen konstanten Strom durch den ersten Transistor und aufgrund der Kopplung auch durch den mit der Last verbundenen zweiten Transistor erzeugt, der unabhängig von der Versorgungsspannung und deren Schwankungen ist. Der konstant zu haltende Kollektorstrom des zweiten Transistors ist im wesentlichen unabhängig "on Temperaturschwankungen, da der große Verstärkungstaktor des gegengekoppelten Operationsverstärkers alle Temperatureffe te kompensiert. Als Operationsverstärker kann je ' '' ;e Operationsverstärker, wie er z.B. aus ' '· 5 04 333 bekannt ist, verwendet werde« V et weise ist der Ausgang des Operation; -.-Su..^ über die Basis-Emitter-Strecke eines Transistors und über einen Widerstand mit den gekoppelten Basen der beiden Transistorer verbunden.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung de·- Konstantstromquelle liegt eine Spannungsvt.-schiebeschaltung an den Basen der beiden Transistoren zur Verschiebung der Basisspannung um _.nen festen Wert an. Durch diese Spannungsverschiebeschaltung wird gewährleistet, daß die Transistoren -ier Konstantstromquelle unabhängig von Schwär' ...gen der Spannungsversorgungsquelle immer mit den für ihre Wirkungsweise richtigen Spannungen versorgt werden.

Im nachfolgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Es zeigt

Fig.! einen Digital-Analog-Umsetzschaltkreis mit einer Konstantstromquelle gemäß der Erfindung und

F i g. 2 eine Teildarstellung einer anderen Zusammenschaltung einer Konstantstromquelle.

In F i g. 1 werden die Digitalstellen einer binären Zahl den Eingangsanschlüssen 10,12, 14, 16, 18 bzw. 20 der Leiteral schlußschaltungen 48, 50, 52, 54, 56 und 58 zugeführt, wobei die wichtigste Digitalstelle dem Anschluß 10 und die am wenigsten wichtige dem Anschluß 20 zugeführt wird. Der von den zahlreichen Sprossen 22, 24, 26, 28, 30 und 32 der Leiter gelieferte Strom wird dem analogen Ausgangsanschluß 34 über die jeweiligen Ausgangsverbindungen 36, 38,40, 42, 44 und 46 aer Lei terabschlußschaltu igen 48, 50, 52, 54, 56 und 58 zugeführt oder er wird mit einer nicht gezeigten Stromversorgung über jeweilige Anschlüsse 62, 64, 66, 68, 70 und 72 verbunden, abhängig davon, ob die den Anschlüssen 10 bis 20 zugeführten Digitalstellen Einsen oder Nullen sind.

Die Sprossenwiderstände 22,24,26, 28,30,32 und 33 sind an ihrem einen Ende mit den jeweiligen 5*- Leitoranschlüsren 74, 76, 78, 80, 82, 84 und 86 der Leiterabschlußschaltungen 48 Bis öG vci bunder.. Die anderen Enden der Sprossenwiderstände 22, 24,26,28, 30,32 und 33 sind jeweils mit den entsprechenden Enden der benachbarten Sprossenwiderstände über Widerstände 86, 88, 30, 92, 94 und 9δ verbunden. Da die Widerstände 22,24,26,28,30 und 32 alle gleich 2R und die Widerstände 86, 88, 90, 92, 94, 96 und 33 jeweils gleich R sind, beträgt der Stromfluß von und zu der Konstantstromquelle 98 an den Anschlüssen 74, 76, 78, 80,82,84 bzw 86 jeweils 321,161,81.41,21,1 und I, wobei der Gesamtstro nfluß von der Konstantstromquelle 98 gleich 641 ist. Die Leiterabschlußschaitung 60 unterscheidet sich von Leiterabschlußschaltungen 48 bis 58 darin, daß sie kt.:"*n Digitaleingang besitzt und daß der <>5 Ausgang der Schaltung 60 nicht mit dem analogen Ausgangsanschluß 34 verbunden ist, wobei der maxima Ie Stromfluß im analogen Ausgangsanschluß 34 gleich 631 ist, wenn die digitale Zahl gleich 000000 ist, und gleich Null ist, wenn die digitale Zahl gleich 111111 ist, und einen mittleren Wert annimmt, wenn die digitale Zahl einen mittleren Wert besitzt, wobei eine Logik positiver Art verwendet wird. Der Ausgangsanschluß 100 der Konstantstromquelle 98 ist mit der Verbindung der Widerstände 22 und 86 verbunden. Da die Genauigkeit des Digital-Analog-Konverters von der Konstanz des Stromes der Konstantstromquelle abhängt, muß die Konstantstromquelle 98 eine hohe Güte besitzen. Der Analog-Digital-Konverter kann auf einem Plättchen aufgebaut werden. Hierbei sind die absoluten Werte der Widerstände 22 bis 33 und 86 bis % schwer zu steuern, jedoch können ihre Verhältnisse leicht so eingestellt werden, wie weiter oben geschildert wurde. Eine Konstantspannungsquelle ist daher anstelle der KonstantstromqueUe 98 nicht verwendbar, da bei einer Konstantspannungsquelle die Größe des Stromes am analogen Ausgangsanschluß J4 nicht nur von der digitalen Zahl abhängt, die dem onverter zugeführt wird, sondern auch von den absoluien Werten der Leiterwiderstände 22 bis 33 und 86 bis 96. Bei Verwendung einer Konstantstromquelle hängt die Größe des Stromes am analogen Ausgangsanschluß 34 dagegen nicht von den absoluten Werten der Wider stände 22 bis 33 und 86 bis % ab, sondern nur von ihren relativen Werten. Ebenso isi es vorteilhaft, die Konstantstromquelle auf einem Plättchen anzuordnen, wobei die Grenze des Plättchens von dem Bezugszeichen 98 angezeigt wird. Wenn gewünscht, kann der gesamte Digital-Analog-Konverter auf einem Plättchen untergebracht werden.

Die Konstantstromquelle 98 besteht aus einem N PN-Transistor 102, dessen Kollektor mit dem Anschluß 100 des Plättchens 98 verbunden ist. Da alle Transistoren des vorliegenden Ajsführungsbeispids von NPN-Bauart wird in der weiteren Beschreibung die jeweilige Bauart nicht mehr erwähnt. Statt der NPN-Transistoren können auch PNP-Transistoren in geeigneter Zusammenschaltung und mit passenden Spannungsversorgungen verwendet werden. Der Emitter des Transistors 102 ist an einer negativen Potentialschiene 104 der Spannungsversorgungsquelle über einen Widerstand 106 angeschlossen.

Die Basis des Transistors 102 ist mit dem Kollektor eines Transistors 108, mit der Basis eines Transistors 110 und über einen Widerstand 114 mit dem Emitter eines Transistors 116 verbunden. Der Emitter des Transistors 108 ist an der Schiene 1G4 über einen Widerstand 118 angeschlossen. Die Basis des Transistors 108 liegt an der Daiis und dem Kollektor eines Transistors 120. Der Emitter dcj Transistors 120 ist über einen Widerstand 122 an die Schiene iö4 angeschlossen. D>« mit dem Kollektor verbundene Basis des Transistors 120 ist über einen Widerstand 126 mit einem Masseanschluß 124 des Plättchens 98 verbunden Der Transistor 120 wirkt daher als eine Diode, deren Anode die mit dem Kollektor kurzgeschlossene Basis darstellt, und deren Kathode durch den Emitter dargestellt wird.

Der Kollektor des Transistors 1 .6 ist an eine positive Schiene 1Γ8 angeschlo:. en. Die Basis des Transistors 116 liegt über eine Konstantstromquelle 130 an der Schiene 128 und direkt an dem Kollektor eines Transistors 132. Die Basis des Transistors 132 ist mit einem Steueranschluß 134 auf dem Plättchen 98 und sein Envtter mit dem Masseanschluß 124 über eine Konstantstromquelle 136 verbunden. Der Emitter des Transistors 132 ist direkt mit dem Emitter eines

Transistors 138, sein Kollektor direkt mit der Schiene 128 gekoppelt. Die Basis des Transistors 138 ist mit dem Kollektor des Transistors 110 und mit einem Steueranschluß 140 des Plättchens 98 verbunden. Der Emitter des Transistors 110 ist über einen Widerstand 141 an die negative Schiene 104 angeschlossen.

Wie in Fig. 1 gezeigt, kann der Masseanschluß 124 mit einem Bezugspotential verbunden werden, wie z. B. mit Masse 142, und der Steueranschluß 134 liegt ebenfalls an Masse 142. Der Steueranschluß 140 ist über einen Beziigswiderstand 144 und über den positiven und dann negativen Anschluß einer Bezugsspannungsquelle 146 mit Masse 142 verbunden. In F i g. 2 sind die Einzelheiten des Plättchens 98 nicht gezeigt, wohl aber die Anschlüsse des Plättchens, die die gleichen Bezugszeichen haben wie entsprechende Teile der Fig. 1. Der Steueranschluß 140 ist über den Bezugswiderstand 144 mit Masse verbunden, aber die Spannungsquelle 146 ist in F i g. 2 weggelassen und stattdessen eine Bezugsspannungsquelle 148. die bezüglich Masse negativ ist. zwischen dem Steueranschluß 134 und Masse 142 angeschlossen. Die Schaltung von F i g. 1 ist also verschiedenartig in der Weise anwendbar, daß sie entweder gemäß F i g. 1 mit der Bezugsspannungsquelle 146 verwendet werden kann, die bezüglich Masse positiv ist. oder gemäß Fig. 2 mit einer Bezugsspannungsquelle 148. die bezüglich Masse negativ ist, wobei der Bezugswiderstand 144 sowohl mit der Quelle 146 als auch mit der Quelle 148 verwendet wird.

Obwohl die zwischen der positiven Schiene 128 und der negativen Schiene 104 angelegte Versorgungsspannung sich verändern kann, wird die Konstantstromquelle 98 einen konstanten Strom am Anschluß 100 abgeben, welcher nur von dem Bezugswiderstand 144 und der jeweiligen Bezugsspannungsquelle 146 oder 148 abhängig ist.

Die Konstantstromquelle 98 arbeitet folgendermaßen:

Da die Konstantstromquelle 130 die Hälfte des von der konstanten Stromquelle 136 gelieferten Stromes liefert, ist der Stromfluß durch die Transistoren 138 und 132 der gleiche. Daher ist auch die Spannung an den Basen der Transistoren 132 und 138 die gleiche. Dies ergibt sich aus der negativen Rückkopplung von dem Emitter des Transistors 138 zum Emitter des Transistors 132. zur Basis des Transistors 116, durch den Widerstand 144 und zurück zur Basis des Transistors 110. Da die Basis des Transistors 132 auf Massepotential liegt, ist der durch den Bezugswiederstand 144 fließende Strom aufgrund der Bezugsspannungsquelle 146 derartig, daß der Steueranschluß 140 ebenfalls an Masse liegt Daher ist der Strom, der durch den Transistors 110 und den Emitterwiderstand 141 fließt, gleich dem, der durch das Erfordernis fixiert ist, daß der Steueranschluß 140 auf Nullpotential liegen muß. Daher ist dieser Strom konstant und nicht von der an den Schienen 104 und 128 angelegten Spannung abhängig. Da die Basis des Transistors 110 direkt mit der Basis den Transistors 102 verbunden ist, ist der durch den Widerstand 106 fließende Strom gleich dem durch den Widerstand 141 fließenden Strom. Die Transistoren' 110 und 102 und die Widerstände 141 und 106 sind dabei jeweils so gleichartig wie möglich. Der Strom durch den Widerstand 141 ist aber, wie schon gesagt, konstant, so daß das Plättchen 98 am Anschluß 100 einen konstanten Strom liefert, der vom Wert der Bezugsspannungsquelle, wie z. B. 146, und des Bezugswiderstandes, wie z. B. 144, abhängt und nicht von der Versorgungsspannung an den Schienen 104 und 128.

In Fig.2 liegt der Anschluß 134 an der Spannungsquelle 148, wobei der in den Widerstand 144 fließende Strom derartig ist, daß der Anschluß 140 auf der gleichen Spannung liegt, wie der Anschluß 134. Dieser Strom, der konstant ist, da die Spannungsquelle 148 und der Widerstand 144 normiert sind, fließt, wiederum durch den Widerstand 141 (in Fig.2 nicht, gezeigt), wobei das Plättchen 98 gleichartig arbeitet, unabhängig

■o davon, ob der Widerstand 144 oder die Quelle 146 oder 148 wie in F i g. 1 oder wie in F i g. 2 angeschlossen sind.

Da die positive Spannung an der Schiene 128 und die

negative Spannung an der Schiene 104 an den verschiedenen Installationsorten unterschiedlich sein

¹S kann, und da weiterhin diese Spannungen von Zeit zu Zeit sich bei jeder Einrichtung ändern können, ist auf dem Plättchen 98 eine Spannungsverschiebeschaltung vorgesehen. Die Spannungsverschiebeschaltung soll hauptsächlich sicherstellen, daß die zahlreichen Transite stören auf dem Plättchen 98 immer die richtigen Spannungen erhalten, so daß sie fortwährend in ihrem aktiven Zustand arbeiten. Für NPN-Transistoren, die in einem aktiven Zustand arbeiten, muß die Basis in bezug auf den Kollektor immer negativ und die Basis in bezug auf den Emjtter immer positiv sein. Die Spannungsverschiebeschaltung besteht aus dem Widerstand 122, der Diode 120, dem Widerstand 126, über dem der bezüglich Masse negative Spannungsversorgungsstrom angelegt wird, und aus dem Transistor 108 und den Widerständen 114 und 118. Der Spannungsabfall am Widerstand 122 hängt von der negativen Spannungsversorgung der Schiene 104 ab. Die Verbindung der Basis des als Diode geschalteten Transistors 120 mit der Basis des Transistors 108 zwingt die Spannung am Widerstand

118. gleich der Spannung am Widerstand 122 zu sein. Die Transistoren 108 und 120 sind dabei so gleichartig wie möglich, ebenso die Widerstände 118 und 122. Dadurch wird der Strom, der durch den Widerstand 114 fließt und damit auch der Spannungsabfall an ihm

festgelegt Dieser Widerstand 114 bewirkt eine Abwärtsverschiebung des Spannungspegels an den Basen der Transistoren 110 und 102 vom Spannungspegel am Emitter des Transistors 116 aus, da der Widerstand 114 zwischen dem Emitter des Transistors 116 und den Basen der Transistoren 102 und 110 angeordnet ist Wenn daher die Spannung an der Schiene 104 sich verändert, sind die Spannungen an den verschiedenen Elementen der Transistoren 102 und 110 ebenfalls derartig, daß die Transistoren 102, 110 und 132

weiterhin im aktiven Zustand arbeiten.

Etwas von dem Strom von der KonstantstromqueUe 130 fließt in die Basis des Transistors 116, wodurch der Strom in dem Transistor 132 nicht genau die Hälfte des Strome? in der KonstantstromqueUe 136 beträgt Dieser

Fehler kann sehr klein gemacht werden, indem der Basisstrom des Transistors durch YeEHfssdusg eines Transistors 116 mit sehr hoher Stromverstärkung klein gemacht wird oder indem mit dem Transistor 116 ein weiterer Transistor verwendet wird, wobei die Kollek-

toren der beiden Transistoren miteinander verbunden sind und der Emitter des weiteren Transistors an der Basis des Transistors 116 und die Basis des weiteren Transistors an dem Kollektor des Transistors 132 angeschlossen wird, oder kurz gesagt, indem der Transistor 116 und der andere Transistor (nicht gezeigt) in bekannter Weise als ein Darlington-Paar miteinander verbunden werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1 2 Die Erfindung betrifft eine Konstantstromquelle, Patentansprüche· insbesondere für einen Digital-Analog-Konverter, mit einer Bezugsspannungsquelle, einem Bezugswiderstand

1. Konstantstromquelle, insbesondere für einen und einem ersten Transistor dessen Basis mit der Basis * Digital-Analog-Konverter, mit einer Bezugsspan- 5 eines zweiten Transistors und aessen Emitter mit einem

nungsquelle, einem Bezugswiderstand und einem SpannungsversorgungsanschluB verbunden ist. mit ersten Transistor, dessen Basis mit der Basis eines einer am Kollektor des zweiten Transistors anliegenden zweiten Transistors und dessen Emitter mit einem Last und mit einem mit dem Emitter v»es zweiten SpannungsversorgungsanschluB verbunden ist, mit Transistors verbundenen Spannungsversorgungsaneiner am Kollektor des zweiten Transistors anlie- io schluß, wobei die Bezugsspannung und die Versorgenden Last und mit einem mit dem Emitter des gungsspannung von zwei verschiedenen Spannungszweiten Transistors verbundenen Spannungsversor- quellen geliefert wird.

gungsanschluß, wobei die Bezugsspannung und die Es ist bekannt, einen digitalen Wert, der mittels einer

Versorgungsspannung von zwei verschiedenen Gruppe von Ziffern dargestellt ist, in einen analogen Spannungsquellen geliefert wird, dadurch ge- 15 Stromwert umzuwandeln. Dies kann mittels einer kennzeichnet ,"daß die von den Spannungsver- R-2R-Widerstandsleiter geschehen. Der Strom, der von sorgungsanschlüssen (104,128) getrennt angeordne- jedem der Widerstände, die eine Sprosse der Leiter te Bezug .Spannungsquelle (146, 148) und der bilden, zum Anaiog- Ausgang fließt, ist binär auf den Bezugswiderstand (144) an den miteinander gekop- Stromfluß von den anderen Sprossen der Leiter pehen Eingängen (134, 140) eines Operationsver- 20 bezogen, und eine oder mehrere der Sprossen liefern stärkers (132, 138; 130, 136) anliegen, dessen Strom (oder keinen Strom) zu dem Analog-Ausgang, je Ausgang mit den gekoppelten Basen der beiden nachdem, wie es von den verschiedenen Digitalstellen Transistor (110, 102) verbunden ist, und das der festgelegt isu Für einen genauen Betrieb einer Kollektor des ersten Transistors (110) mit einem derartiger. _j^:' ;ί muß der von einer Versorgungsquelle Eingang (140) des Operationsverstärkers verbunden 25 gelieferte Stron.. der den Strom der Leiter und aller ist. ihrer Sprossen liefert, sehr konstant sein, und diese

2. Konstantstromquelle nach Anspruch 1, dadurch Konstanz sollte von der Spannung der Stromversorgekennzeichnet, daß eine Spannungsverschiebe- gung unabhängig sein.

schaltung (108, 114-126) an den Basen der beiden Aus der CH-PS 4 84 521 ist eine Konstantstromquelle

Transistoren (102, HO) zur Verschiebung der 30 der eingangs genannten Art bekannt, bei welcher der Basisspannung um einen k Jten Wert anliegt. erste Transistor durch einen Kurzschluß zwischen Basis

3. Konstantstromquelle nach Anspruch 2, dadurch und Kollektor als Diode ausgebildet ist. Da der konstant gekennzeichnet, daß die Spannungsverschiebeschal- zu haltende Kollektorstrom des zweiten Transistors tung (108, 114-126) mindestens zwei Transistoren abhängig von der Konstanz der Spannung an der Basis (120, 108) umfaßt, wobei der mit der Basis 35 dieses Transistors ist, welche mit der Basis des ersten kurzgeschlossene Kollektor des ersten dieser Tran- Transistors verbunden ist, wi~ken sich Schwankungen sistoren (120) mit einem Bezugspotential (142) und der Basis-Emittsrspannung Jes ersten, als Diode der Emitter mit dem Spannungsversorgungsan- geschalteten Transistors, insbesondere aufgrund von schluß (104) verbunden ist, daß die Basis dieses Temperaturschwankungen, nachteilig auf die Stromersten Transistors (120) mit der Basis des zweiten 40 konstanz ius. Darüber hinaus sind die Bezugsspan-T.aiisistors (108) verbunden ist, daß sich eine nungsquelle und die Versorgungsspannungsquelle nicht Verbindung von einem zweiten Versorgungsan- vollständig voneinander getrennt, so daß der konstant Schluß (128) über die Kollektor-Emitterverbindung zu haltende Strom eine gewisse Abhängigkeit von eines dritten Transistors (116) über einen Pegelschie- Schwankungen der Versorgungsspannungsquelle aufbewiderstand (114) und über die Kollektor-Emitter- 45 weist.

Verbindung des zweiten Transistors (108) der Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht

Spannungsverschiebeschaltung zum ersten Versor- darin, die Unzulänglichkeiten der bekannten KonstantgungsanschluS (104) erstreckt, und daß der Kolleh- stromquelle zu vermeiden und eine Konstantstromqueltor dieses zweiten Transistors (108) mit den Ie der in Frage stehenden Art, insbesondere für einen gekoppelten Basen der beiden Transistoren (102, 50 Digital-Analog-Konverter zu schaffen, welche unabhän-ί IG) der Konstnntstroinquelle verbunden ist. gig von Temperaturschwankungen und von Schwan-

4. Konstantstromquelie nach einem der Ansprü- kungen der äpannungsvcisorgür.g einen äußerst konche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei stanten Strom liefert

Transistoren (102, HO) der Konstantstromquelle Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, gleich sind und daß die Emitter uieser Transistoren 55 daß die von den Spannungsversorgungsanschlüssen über Widerstände (lOS, 141) von gleichem Wert mit getrennt angeordnete Bezugsspannungsquelle und der dem ersten Versorgungsanschluß (104) verbunden Bezugswiderstand an den miteinander gekoppelten sind. Eingängen eines Operationsverstärkers anliegen, des-

5. Konstantstromquelle nach einem der Ansprü- sen Ausgang mit den gekoppelten Basen der beiden ehe 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der 60 Transistoren verbunden ist, und daß der Kollektor des Ausgang des Operationsverstärkers (132, 138; 130, ersten Transistors mit einem Eingang des Operations-136) Über die Basis-Emitter-Strecke eines Transi- Verstärkers verbunder, ist. Durch die erfindungsgemäße stors (116) und über einen Widerstand (114) mit den Anordnung eines Operationsverstärkers zwischen dem gekoppelten Basen der beiden Transistoren (HO, Kollektor des ersten Transistors und den gekoppelten 102) verbunden ist. 65 Basen der beiden Transistoren wird der mit dem