DE2218308A1

DE2218308A1 - Monolithisch integrierbare serienregelschaltung

Info

Publication number: DE2218308A1
Application number: DE19722218308
Authority: DE
Inventors: Franz Dipl Ing Bartos
Original assignee: Deutsche ITT Industries GmbH
Current assignee: TDK Micronas GmbH
Priority date: 1972-04-15
Filing date: 1972-04-15
Publication date: 1973-10-25
Also published as: GB1423054A; IT983795B; AU474233B2; CH571250A5; FR2180738B1; DE2218308C3; DE2218308B2; AU5436173A; JPS4916842A; FR2180738A1

Description

Deutsche ITT Industries GmbH. F.Bartos 1

78 Freiburg,Hans-Bunte-Str.19 14. April 1972 Mo/Wi

DEUTSCHE ITT INDUSTRIES GESELLSCHAFT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG,

FREIBURG I.B.

Monolithisch integrierbare Serienregelschaltung

Aus den deutschen Offenlegungsschriften 1 513 319 und 1 96 3 sind Serienregelschaltungen zum Erzeugen geregelter Spannungen in der Größenordnung von 1 V bekannt. Hierbei wird die Basis-Emitter-Schwellspannung des Vergleichs- bzw. Referenztransistors als Referenzspannung benutzt, da es für Spannungen in der Größenordnung von 1 V keine Bauelemente mit Zener-Charakteristik gibt.

Bei der Schaltung nach der Offenlegungsschrift Γ 513 319 sind Haupt- bzw. Längstransistor und Referenztransistor komplementär zueinander, während diese beiden Transistoren nach der Offenlegungsschrift 1 963 650 vom gleichen Leitungstyp sind. Jede der beiden bekannten Schaltungen enthält* noch einen HiIfstransistor, der im Falle der erstgenannten Offenlegungsschrift vom Leitungstyp des Referenztransistors ist, während er im Fall der zweitgenannten Offenlegungsschrift zu Haupt- und Referenztransistor komplementär ist.

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Dieser Hilfstransistor erfüllt in der Schaltung nach der erstgenannten Offenlegungsschrift lediglich den Zweck der Phasenumkehr, um zum beabsichtigten Regelverhalten zu gelangen. Der Hilfstransistor nach der zweitgenannten Offenlegungsschrift soll dagegen zu einer Vergrößerung der Regelsteilheit beitragen.

Ausgehend von diesem bekannten Stand der Technik betrifft die Erfindung eine monolithisch integrierbare Serienregelschaltung zum Erzeugen einer in ihrer Amplitude konstanten, in der Größenordnung von 1 V liegenden geregelten Ausgangsspannung aus einer in ihrer Amplitude schwankenden Eingangsspannung mit einem Haupttransistor, dessen Emitter an der Eingangsspannung und dessen Kollektor an der Ausgangsspannung liegt, ferner mit einem Referenztransistor gleichen Leitungstyps, dessen Basis-Emitter-Spannung als Referenzspannung dient, dessen Basis am Abgriff eines zwischen dem Schaltungsnullpunkt und der Ausgangsspannung angeordneten Spannungsteilers liegt und dessen Kollektor mit der Basis des Haupttransistors über einen Hilfstransistor gleichen Leitungstyps*in Verbindung steht, dessen Basis am Kollektor des Referenztransistors und dessen Emitter am Kollektor des Haupttransistors liegt.

Die eingangs erwähnten bekannten Schaltungen si!nd ebenso wie die Schaltung nach der Erfindung dafür vorgesehen, ?die während ihrer Entladung in batteriebetriebenen Geräten langsam absinkende Versorgungsspannung von Monozellen oder Akkumulatoren konstant zu halten und auch eine Auswechselbarkeit der verschiedenen handelsüblichen Monozellen oder Akkumulatoren gegeneinander zu gewährleisten, da deren Nennspannungen unterschiedlich sind.

Da es sich bei diesen Batterien jedoch meist um solche kleinen Energieinhalts handelt, deren gesamter Strom wegen der Länge der zur Verfügung stehenden Betriebsdauer möglichst ausschließlich

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dem zu betreibenden Gerät und dessen Schaltung zugute kommen
soll, darf die Serienregelschaltung nur einen äußerst geringen Querstrom ziehen, d.h. dieser Querstrom sollte zwischen
1 und 10 .uA liegen. Die Schaltungen nach dem bekannten Stand der Technik genügen dieser Anforderung nicht.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, die bekannten Serienregelschaltungen so weiterzubilden, daß sie nur einen Querstrom zwischen 1 und 10 ,uA verbrauchen. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Emitter des Referenztransistors an der geregelten Ausgangsspannung angeschlossen ist, daß der Kollektor des Hilfstransistors am Schaltungsnullpunkt liegt und daß die Basis des Hilfstransistors und der Kollektor des Referenztransistors vom Kollektor eines weiteren zu Haupt-, Referenz- und Hilfstransistor komplementären Transistors mit einem konstanten Strom gespeist sind, dessen Emitter am Schaltungsnullpunkt und dessen Basis an einer konstanten Spannung liegt, die von einem ebenfalls komplementären, durch Verbindung von Kollektor und Basis als Diode geschalteten Transistor erzeugt ist, dessen Emitter am Schaltungsnullpunkt und dessen Kollektor und Basis über einen Vorwiderstand an der Eingangsspannung liegen.

Die erfindungsgemäße Serienregelschaltung wird nun anhand des in der Figur der Zeichnung dargestellten Schaltbildes näher erläutert. Die gezeigte Serienregelschaltung besteht aus dem Haupt- bzw. Längstransistor Tl, dessen Emitter an der Eingangsspannung Ul angeschlossen ist und dessen Kollektor an der geregelten Ausgangsspannung U2 liegt.

Zwischen der geregelten Ausgangsspannung U2 und dem Schaltungsnullpunkt liegt der aus den Widerständen Rl und R2 bestehende Spannungsteiler, an dessen Abgriff, der vom Verbindungspunkt
der beiden Widerstände gebildet wird, die Basis des Referenz-

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transistors T3 liegt. Der Emitter des Referenztransistors T3 ist ebenfalls an der geregelten Ausgangsspannung U2 angeschlossen. Die Basis-Emitter-Schwellspannung des Referenztransistors dient bei der erfindungsgemäßen Schaltung in bekannter Weise als Referenzspannung für die Regelschaltung.

Der Kollektor des Referenztransistors T3 ist mit der Basis des Hilfstransistors T2 verbunden, dessen Kollektor am Schaltungsnullpunkt und dessen Emitter mit der Basis des Haupttransistors Tl verbunden ist.

Die Erfindung geht nun von der Erkenntnis aus, daß ein niedriger Querstrom zwischen 1 und 10 .uA dann erreicht wird, wenn der gemeinsame Verbindungspunkt von Basis des Hilfstransistors T2 und Kollektor des Referenztransistors T3 mit einem konstanten Strom gespeist wird. Die Regelwirkung der erfindungsgemäßen Schaltung ergibt sich somit dadurch, daß bei steigender Ausgangsspannung U2 der Referenztransistor T3 vom konstanten Strom mehr beansprucht, so daß im Hilfstransistor T2 weniger Strom fließt, der zu einer Erhöhung des Ausgangswiderstandes des Haupttransistors führt, wodurch die Vergrößerung der Ausgangsspannung ü2 wieder ausgeglichen wird.

Der gemeinsame Verbindungspunkt von Basis des Hilfstransistors T2 und Kollektor des Referenztransistors T3 wird demzufolge in erfindungsgemäßer Weise vom Kollektor des weiteren Transistors T5 gespeist, der als Konstantstromquelle betrieben ist und der zu Haupt-, Hilfs- und Referenztransistor komplementär ist. Der Emitter des Transistors T5 ist mit dem Schaltungsnullpunkt verbunden, während seine Basis an einer konstanten Spannung liegt. Hierzu ist der als Diode geschaltete Transistor T4 vorgesehen, der ebenfalls zu Haupt-, Hilfs- und Referenztransistor komplementär ist, d.h. die beiden Transistoren T4 und T5 sind von gleichem Leitungstyp.

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Der Emitter des als Diode geschalteten Transistors T4 ist mit dem Schaltungsnullpunkt verbunden, während Basis und Kollektor miteinander verbunden sind und über den Vorwiderstand R3 an der ungeregelten Eingangsspannung Ul liegen.

Bei einer in Bipolartechnik monolithisch integrierten Schaltung zur Regelung der Ausgangsspannung auf 1,1 V bei einer anfänglichen Eingangsspannung von 1,5 V (Braunstein-Monozelle) für eine maximale Stromentnahme von 0,5 mA sind die drei in der Schaltung vorhandenen Widerstände durch diffundierte Halbleiterzonen realisiert worden und hatten folgende Widerstandswerte:

Rl und R2 je 820 kOhm, R3 1 MOhm.

In dieser Schaltung fließt über den Vorwiderstand R3 und den Transistor T4 ein Querstrom von etwa 1 vUA. Ein Strom gleicher Größe, also von 1 ,uA, fließt über die Kollektor-Emitter-Strecke des Konstants,tromtransistors T5, welcher Strom sich dann erfindungsgemäß über die Basis-Emitter-Strecke des Hilfstransistors T2 und die Kollektor-Emitter-Strecke des Vergleichstransistors T3 aufteilt. Im Spannungsteiler aus den Wider~ ständen Rl und R2 fließt ein Querstrom von etwas weniger als 1 ,uA, während über die Kollektor-Emitter-Strecke des Hilfstransistors T2 der von der Strombelastung der Serienregelschaltung abhängende Basisstrom des Haupttransistors Tl fließt.

Im genannten Ausführungsbeispiel fließt somit bei Leerlauf ein Querstrom von nicht ganz 3 #uA, der bei Belastung um einen Anteil zunimmt, der gleich dem Be1astungsstrom geteilt durch den Stromverstärkungsfaktor in Emitterschaltung des Haupttran sistors Tl ist.

1 Patentanspruch '"' _3om3/O6ßg

1 Blatt Zeichnung
mit 1 Figur

Claims

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PATENTANSPRUCH

Monolithisch integrierbare Serienregelschaltung zum Erzeugen einer in ihrer Amplitude konstanten, in der Größenordnung von 1 V liegenden geregelten Ausgangsspannung aus einer in ihrer Amplitude schwankenden Eingangsspannung mit einem Haupttransistor, dessen Emitter an der Eingangsspannung und dessen Kollektor an der Ausgangsspannung liegt, ferner mit einem Referenztransistor gleichen Leitungstyps, dessen Basis-Emitter-Spannung als Referenzspannung dient, dessen Basis am Abgriff eines zwischen dem Schaltungsnullpunkt und der Ausgangsspannung angeordneten Spannungsteilers liegt und dessen Kollektor mit der Basis des Haupttransistors über einen Hilfstransistor gleichen Leitungstyps in Verbindung steht, dessen Basis am Kollektor des Referenztransistors und dessen Emitter am Kollektor des Haupttransistors liegt, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter des Referenztransistors (T3) an der geregelten Ausgangsspannung (U2) angeschlossen ist, daß der Kollektor des Hilfstransistors (T2) am Schaltungsnullpunkt liegt und daß die Basis des Hilfstransistors und der Kollektor des Referenztransistors vom Kollektor eines weiteren, zu Haupt-, Referenz- und Hilfstransistor komplementären Transistors (T5) mit einem konstanten Strom gespeist sind, dessen Emitter am Schaltungsnullpunkt und dessen Basis an einer konstanten Spannung liegt, die von einem ebenfalls komplementären, durch Verbindung von Kollektor und Basis als Diode geschalteten Transistor (T4) erzeugt ist, dessen Emitter -am Schaltungsnullpunkt und dessen Kollektor und Basis über einen Vorwiderstand (R3) an der Eingangsspannung (Ul) liegt.

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