DE2254618A1 - Schaltungsanordnung zur referenzspannungserzeugung - Google Patents

Schaltungsanordnung zur referenzspannungserzeugung

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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F3/00—Non-retroactive systems for regulating electric variables by using an uncontrolled element, or an uncontrolled combination of elements, such element or such combination having self-regulating properties
    • G05F3/02—Regulating voltage or current
    • 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
    • G05F3/16—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices
    • G05F3/18—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using Zener diodes
    • G05F3/185—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using Zener diodes and field-effect transistors

Description

Schaltungsanordnung zur Referenzspannungserzeugung.
In der heutigen Technologie findet die intergrierte Schaltung in zunehmendem Maße Anwendung. Bekanntlich gibt es verschiedene Typen von integrieiten Schaltungen. Sehr beliebt ist z.B. das sogenannte KomplementärrMetall-Oxid-Halbleiter-Integrationsverfahren (COS/MOS-Integrationsverfahren). Mit dieser Technologie lassen sich viele Schaltungsanordnungen unter Ausnutzung der Vorteile sowohl der üblichen MQS-Bauelementtypen als auch der COS/MOS-Technik herstellen. Zu diesen Vorteilen gehören bekanntlich u.a» niedriger Leistungsverbrauch, hohe Packungsdichte und niedriges Leistungs-Verzögerungs-Produkt.
Bei der Herstellung von Schaltungsanordnungen oder Systemen unter Anwendung der COS/MOS-Technik ist es häufig erforderlich, Maßnahmen zur Regelung einer oder mehrerer Spannungen vorzusehen, die von der Schaltung benötigt oder erzeugt werden. Für eine solche Regelung braucht man gewöhnlich eine Referenzspannung, auf die die Schaltungsanordnung bezogen werden kann. Eine solche Referenzspannung soll praktisch unabhängig von etwaigen Speisespannungsschwankungen, Temperaturänderungen und dgl«, sein. Außerdem ist es wichtig, daß der Leistungsverbrauch der Regelschaltung innerhalb des Systems klein ist. Wünschenswert ist außerdem, daß die Schaltungsanordnung zur Referenzspannungserzeugung und die Regelschaltung mittels der üblichen COS/MOS-
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Technik hergestellt werden kann, so daß diese Schaltungsteile zusammen mit der zugehörigen COS/MOS-Schaltung integriert werden kann. Die Verwendung einer COS/MOS-Regelschaltung auf demselben Halbleiterplättchen wie die zugehörige COS/MOS-Schaltungsanordnung ermöglicht nämlich erst den vollen Vorteil aus dem niedrigen Leistungsbedarf einer COS/MOS-Schaltung zu ziehen.
Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zum Erzeugen einer Referenzspannung anzugeben, die einen niedrigen Leistungsverbrauch hat und sich ohne Schwierigkeiten als integrierte Schaltung, insbesondere COS/MOS-Schaltung aufbauen läßt.
Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordnung zur Referenzspannungserzeugung mit zwei Halbleitereinrichtungen, die jeweils eine Stromstrecke und eine Steuerelektrode zum Steuern der Leitfähigkeit der Stromstrecke enthalten, und mit zwei Zenerdiodenanordnungen, und ist dadurch gekennzeichnet, daß die erste Zenerdiodenanordnung über einen ersten Verbindungspunkt in Reihe mit der Stromstrecke der ersten Halbleitereinrichtung und die zweite Zenerdiodenanordnung über einen zweiten Verbindungspunkt in Reihe mit der Stromstrecke der zweiten Halbleitereinrichtung geschaltet ist, und daß die Steuerelektrode der ersten Halbleitereinrichtung mit dem zweiten Verbindungspunkt verbunden ist während die Steuerelektrode der zweiten Halbleitereinrichtung mit dem ersten Verbindungspunkt verbunden ist.
Eine solche Schaltungsanordnung liefert eine Referenzspannung, die praktisch unabhängig von Speisespannungs- und Temperaturschwankungen ist. Der Leistungsbedarf ist klein und die Schaltung läßt sich ohne Schwierigkeiten integrieren. Die erzeugte Referenzspannung kann einer Regelschaltung zugeführt werden, die dementsprechend eine stabile Ausgangsspannung liefert, deren Konstanz der der sehr konstanten Referenzspannung entspricht.
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Der Erfindungsgedanke sowie seine Ausgestaltungen und Weiterbildungen werden im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert, deren einzige Figur das Schaltbild eines Spannungsreglers zeigt, der eine Schaltungsanordnung zur Referenzspannungserzeugung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält.
Der dargestellte Spannungsregler enthält eine Schaltungsanordnung 50 zur Referenzspannungserzeugung und einen Regelschaltung steil 51. Beide Schaltungsteile enthalten bekannte MOS-Halbleitereinrichtungen. Diese Haibleitereinrichtungen haben jeweils eine Emitter- und Kollektorelektrode, zwischen denen sich eine steuerbare Stromstrecke (Kanal) befindet, und eine Steuerelektrode (Gatt-Elektrode) zur Steuerung der Leitfähigkeit des Kanals. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel leiten die p-Kanal MOS-Einrichtungen, wenn die Gatt-Elektrode negativ bezüglich der Emitterelektrode ist. η-Kanal MOS-Einrichtungen leiten andererseits, wenn die Gatt-Elektrode positiv bezüglich der Emitterelektrode ist.
Der Schaltungsanordnung 50 zur Referenzspannungserzeugung wird eine Eingangsspannung über Klemmen 10 und 11 zugeführt. An der Klemme 11 kann Massepotential oder irgendeine andere . Bezugsspannung V53 liegen während an der Klemme 10 eine Spannung VjJ0-liegt. Die Spannung VDD ist positiv bezüglich V33. Mit der Klemme 10 ist die Emitterelektrode S und das Substrat einer p-Kanal Halbleitereinrichtung Pl verbunden. Die Kollektorelektrode D der Halbleitereinrichtung Pl ist an die Kathode einer Zenerdiode Z2 angeschlossen. Die Anode der Zenerdiode ist mit der Gatt-Elektrode G einer p-Kanal Halbleitereinrichtung P2 an die Klemme 11 angeschlossen. Die Kollektorelektrode D der Halbleitereinrichtung P2 ist mit der Kathode der Zenerdiode Z2 verbunden. Die Emitterelektrode S und das Substrat der Halbleitereinrichtung P2 liegen an der Klemme 10. Die Kathode der Zenerdiode Z2 ist mit der Gatt-Elektrode G einer n=Kanal (η-Typ) Halbleitereinrichtung Nl verbunden. Die Emitterelektrode S und das Substrat der Halbleitereinrichtung Nl sind an die
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Klemme 11 angeschlossen. Die Kathode der Zenerdlode Zl 1st mit der Klemme 10 verbunden. Die Anode der Zenerdlode Zl 1st mit der Kollektorelektrode D der Halbleitereinrichtung Nl, der Gatt-Elektrode der Halbleitereinrichtung Pl und einer Leitung 13 verbunden, die zum Regelschaltungsteil 51 führt. Die Kathode der Zenerdiode Z2 ist über eine Leitung 12 mit dem Regelschaltungsteil 51 gekoppelt.
Der Regelschaltungsteil 51 enthält eine Serien-Spannungsregler schaltung mit einem Halbleiterbauelement P3, dessen Emitterelektrode S und Substrat mit der Spannung VßD an der Klemme 10 verbunden sind. Die Gatt-Elektrode G der Halbleitereinrichtung P3 und die Gatt-Elektrode G einer Halbleitereinrichtung P4 sind mit der zur Schaltungsanordnung 50 führenden Leitung 13 verbunden. Die Kollektorelektrode D der Halbleitereinrichtung P3 ist an die Emitterelektroden von Halbleitereinrichtungen P4 und P5 angeschlossen. Die Kollektorelektrode D der Halbleitereinrichtung P5 ist mit der Klemme 11 gekoppelt, an der die Spannung Vgg liegt. Die Kollektorelektrode D der Halbleitereinrichtung P4 ist an die Kollektorelektrode D der Halbleitereinrichtung N2 angeschlossen. Die Emitterelektrode S und das Substrat der Halbleitereinrichtung N2 sind mit der Klemme 11 verbunden. Die Gatt-Elektrode G der Halbleitereinrichtung N2 ist an die Leitung 12 angeschlossen, die bei diesem Ausführungsbeispiel eine bezüglich der Spannung Vgg konstante Spannung von der Schaltungsanordnung 50 zur Referenzspannungserzeugung liefert. Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann die Leitung 12 mit der Spannung VDD an der Klemme 10 verbunden sein. Bei dieser abgewandelten Ausführungsform kann jedoch bei stark schwankender Spannung VDD unter Umständen die Kontrolle über die Impedanz der Halbleitereinrichtung N2 und damit über die Schaltungsanordnung etwas verlorengehen.
Die Kollektorelektrode der Halbleitereinrichtung P5 ist zusammen mit der Emitterelektrode S und dem Substrat der Halbleitereinrichtung N3 ebenfalls mit der Klemme 11 verbunden. Die Kollektorelektrode D der Halbleitereinrichtung N3 und die
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Gattelektrode G der Halbleitereinrichtung P5 sind an eine Ausgangsklemme 14 angeschlossen, an der eine geregelte Spannung Vcc zur Verfügung steht, die vom Regelschaltungsteil 51 erzeugt wird. Die Gatt-Elektrode G der Halbleitereinrichtung N3 ist mit der Verbindung der Kollektorelektroden der Halbleitereinrichtung P4 und N2 verbunden. Die Substrate der Halbleitereinrichtungen P4 und P5 sind ebenfalls an VDD angeschlossen.
Die Halbleitereinrichtung P3 hat typischerweise eine mittlere Impedanz (,dh. eine höhere Impedanz als P4, P5 und N3 jedoch eine niedrige Impedanz als N2), und ist normalerweise leitend, wenn sie von einem im wesentlichen konstanten Emitter-Kollektor-Strom durchflossen wird. Die Halbleitereinrichtung N3 ist das regelnde Bauelement der Schaltung und hat eine verhältnismäßig niedrige Impedanz (z.B. etwa die gleiche Impedanz wie die Bauelemente P4 und P5). Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Kollektor-Emitter-Spannung der Halbleitereinrichtung N2 die Gatt-Emitter-Spannung der Hälbleitereinrichtung N3.
Im Betrieb wird der Gatt-Elektrode der Halbleitereinrichtung Nl von der Zenerdiode Z2 eine im wesentlichen konstante Spannung zugeführt. Beim Erreichen der. Sättigung arbeitet die Halbleitereinrichtung Nl daher als {hophohmige) Stromquelle und sie versorgt die Zenerdiode Zl mit Strom. Die Zenerdiode Zl liefert eine im wesentlichen konstante Spannung an die Gatt-Elektrode der Halbleitereinrichtung Pl. Die Halbleitereinrichtung Pl arbeitet daher ebenfalls als (hochohmige) Stromquelle und liefert einen im wesentlichen konstanten Strom an die Zenerdiode Z2, nachdem die Halbleitereinrichtung Pl die Sättigung erreicht hat. Der Strom durch die Zenerdiode Z2 wird durch die Halbleitereinrichtungen Pl und P2 geliefert während der die Zenerdiode Zl durchfließende Strom von der Halbleitereinrichtung Nl stammt. Die die Halbleitereinrichtung Nl und Pl sowie die Zenerdiodeη Zl und Z2 enthaltende Schaltungsanordnung neigt dazu, als Flipflop zu arbeiten. D.h. also, daß die Schaltungsanordnung, nachdem sie einen Gleich-
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gewichtszustand erreicht hat, in diesem Zustand verriegelt wird und im wesentlichen konstante Spannungen bezüglich Vee und Vnri an den Leitungen 12 und 13 liefert. Diese Spannungen sind eine Funktion des Zenerspannungsabfalles an den Zenerdioden Zl und Z2. Diese Arbeitsweise ergibt sich, wenn die den Zenerdioden Zl und Z2 durch die Halbleitereinrichtungen Nl bzw. Pl zugeführten Ströme groß genug sind, um die Zenerdioden Zl und Z2 auf Arbeitspunkte im konstanten oder Zenerspannungsbereich ihrer Stromspannungskennlinie vorzuspannen. Die Schaltungsanordnung kann sich im falschen, unbrauchbaren Betriebszustand verriegeln, wenn den Zenerdioden nicht genügend Strom durch die Halbleitereinrichtungen Pl und Nl zugeführt wird. Bei diesem Betriebszustand tritt dann kein ausreichender Spannungsabfall an den Zenerdioden auf und die Halbleitereinrichtungen Pl und Nl bleiben gesperrt.
Die Halbleitereinrichtung P2, die'eine hohe Impedanz hat, ist daher vorgesehen. Solange zwischen den Klemmen 10 und 11 eine Speisespannung liegt, die größer ist als die Schwellwertspannung der Halbleitereinrichtung P2, leitet letztere und sie ist so ausgelegt, daß dann genügend Strom durch die Zenerdiode Z2 fließt, um eine Spannung zu erzeugen, die mindestens gleich dem n-Schwellwert an der Zenerdiode Z2 ist und daher die Halbleitereinrichtung Nl leitend macht. Wenn die Halbleitereinrichtung Nl leitet, wird selbstverständlich auch die Halbleitereinrichtung Pl leitend, da der die Halbleitereinrichtung Nl durchfließende Strom an der Zenerdiode Zl einen Spannungsabfall erzeugt, der größer ist als der p-Schwellwert der Halbleitereinrichtung Pl. Man kann sogar bei manchen Anwendungen, wo die Regelung nicht so kritisch ist, die Halbleitereinrichtung Pl weglassen, wobei dann die Halbleitereinrichtung P2 den Einschaltstrom für die Zenerdiode Z2 aufrechterhält, wie oben angedeutet worden ist. Bei einer solchen Abwandlung ist die Regelung der Spannung auf der Leitung 12 etwas schlechter. Beide Schaltungen arbeiten jedoch zufriedenstellend und im Prinzip sehr ähnlich.
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Die durch die Schaltungsanordnung 50 erzeugten Referenzspannungen werden dem Regelschaltungsteil 51 über die Leitungen 12 und 13 zugeführt. Genauer gesagt ist die Spannung auf der Leitung 12 eine Steuerspannung, die die Impedanz der Halbleitereinrichtung N2 steuert, die eine hohe Impedanz im Vergleich zu der der Halbleitereinrichtungen P3, P4, P5 und N5 hat. Die Spannung auf der Leitung 13 ist die eigentliche Referenzspannung, aufgrund derer der Regelschaltungsteil die geregelte Spannung Vcc erzeugt.
Unter typischen Betriebsbedingungen, wenn die Ausgangsspannung Vcc zwischen den Klemmen 10 und 14 größer (also weniger positiv oder stärker negativ) als die zwischen den Klemmen 10 und 13 liegende Referenzspannung ist, leitet die niederohmige Halbleitereinrichtung P5 relativ mehr als die niederohmige Halbleitereinrichtung P4, so daß praktisch der ganze Strom von der Halbleitereinrichtung P3 durch die Halbleitereinrichtung P5 fließt. Die Halbleitereinrichtung P4 leitet dagegen verhältnismäßig wenig und ihre Impedanz ist viel größer als die der Halbleitereinrichtung N2. Der Spannungsabfall an der Halbleitereinrichtung N2 fällt daher auf nahezu null ab, wodurch die Halbleitereinrichtung N3 gesperrt wird. Wenn die Halbleitereinrichtung N3 sperrt, wird die Ausgangsspannung an der Klemme 14 herabgesetzt (sie wird also weniger negativ oder stärker positiv) da der Klemme 14 von der durch die Leitung 13 gebildeten Stromquelle kein Strom zugeführt wird.
Wenn dagegen die Spannung ν\~-, an der Klemme Ί 4 kleiner (also weniger negativ) ist als die Referenzspannung auf der Leitung 13, wird die Halbleitereinrichtung P4 leitend während die Halbleitereinrichtung P4 gesperrt wird. Es fließt dementsprechend Strom durch die in Reihe liegenden Kanäle der Halbleitereinrichtungen P4 und N2 zur Klemme 11. Als Folge des durch die Halbleitereinrichtungen P'4 und N2 fließenden Stromes nimmt der Spannungsabfall an der Halbleitereinrichtung N2 zu, da die Halbleitereinrichtung N2 eine viel höhere Impedanz hat als die Halbleitereinrichtung P4, und die der Gatt-Elektrode
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der Halbleitereinrichtung N3 zugeführte Spannung wird bezüglich Vss positiver. Die Halbleitereinrichtung N3 wird entsprechend der an ihrer Gatt-Elektrode liegenden Spannung mehr oder weniger stark leitend. Die Ausgangsspannung an der Klemme 14 ist gleich der Spannung VDD abzüglich des Spannungsabfalls an einem zwischen die Klemmen 10 und 14 geschalteten Verbraucher, der gestrichelt als Widerstand dargestellt ist. Der Spannungsabfall am Verbraucher nimmt zu, wenn der durch die Halbleitereinrichtung N3 gelieferte Strom zunimmt und nimmt mit abnehmendem Strom durch die Halbleitereinrichtung N3 ab.
Wenn die Ausgangs spannung anjder Klemme 14 gleich der Referenzspannung auf der Leitung 13 ist, leiten die Halbleitereinrichtungen P4 und P5 beide und der Strom von der Halbleitereinrichtung P3 teilt sich auf die Halbleitereinrichtungen P4 und P5 auf. Die Stromaufteilung bewirkt eine Stabilisierung der Arbeitsweise der Schaltung. In diesem Zustand leitet die Halbleitereinrichtung N3 genügend, so daß die Spannung Vrp ungefähr gleich der Spannung auf der Leitung 13 ist.
Die Regelschleife enthält nur eine einzige Inversion, d.h. wenn die Ausgangsspannung an der Klemme 14 positiver wird, wird die Spannung an der Gatt-Elektrode der Halbleitereinrichtung N3 positiver und dies hat zur Folge, daß die Spannung an der Klemme 14 wieder negativer wird. Dies ist die einzige Inversion im Regelschaltungsteil 51. Wenn nur eine einzige Inversion vorhanden ist, können Regelschwingungen, also Schwingungen in der Ausgangsspannung Vcc nur im Falle von extrem hochohmigen Verbrauchern auftreten. Bei hochohmigen Verbrauchern ergeben nämlich auch schon kleine Änderungen des Verbraucherstromes große Änderungen der am Verbraucher abfallenden Spannung und damit an der Klemme 14. Solche großen Spannungsschwankungen können zu Schwingungen führen, da die Schaltungsanordnung nicht genau genug folgen und den Spannungshub begrenzen kann. Die für Schaltungsanordnungen der vorliegenden Art typischen Verbraucher haben jedoch keine so hohe Impedanzen, daß solche unzulässigen Betriebszustände auftreten können. Schon bei Ver-
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brauchern, die Ströme im Mikroamperebereich aufnehmen, arbeitet die Regelschaltung extrem stabil. Bei gewissen integrierten Schaltungen sind die Lastströme ziemlich klein. Vorzugsweise ist immer eine gewisse, wenn auch kleine Belastung vorgesehen, um zu gewährleisten, daß für die Spannung an der Klemme 14 eine Verbindung zur Spannung VDD besteht. Wenn die Lastimpedanz null oder unendlich ist, kann dagegen die Spannung an der Klemme 14 nicht geregelt werden. An die beschriebene Schaltungsanordnung können jedoch ohne weiteres Verbraucher mit Impedanzen zwischen einigen Ohm und einigen Megohm angeschlossen werden.
Die Schaltungsanordnung eignet sich besonders für die Herstellung als integrierte Schaltung, insbesondere COS/MOS-Schaltung. Wenn z.B. die Schaltungsanordnung 50 mittels der üblichen COS/MOS-Herstellungsverfahren gebildet wird, erfolgt bei der Herstellung von p- und η-Kanal MOS-Feldeffekttransistoren vom Anreicherungstyp auf einem monolithischen Substrat eine p+ sowie eine n+ Diffusion für die Kollektor- und Emitterelektroden der p- bzw. n-Halbleiterbauelemente. Bei einer n+ Diffusion in eine p+ diffundierte Zone entsteht ein p+n+ Obergang. Ein solcher übergang hat eine Zener-Charakteristik. Außerdem hat die von . einem solchen übergang erzeugte Zenerspannung einen positiven Temperaturkoeffizienten. Da die Halbleitereinrichtungen Nl, Pl und P2 der Schaltungsanordnung 50 zur Referenzspannungserzeugung negative TemperaturkoeffIzienten aufweisen» kann die Schaltungsanordnung so ausgelegt werden, daß sie eine praktisch temperaturunabhängige Spannung liefert. Die Schaltungsanordnung 50 kann zusammen mit dem Regelschaltungsteil 51 unter Anwendung der üblichen COS/MOS-Technik hergestellt werden und man kann auf diese Weise einen hochwertigen Leistungsregler für ein Schaltungs- oder Schaltwerkssystem als integrierte Schaltung auf dem gleichen monolithischen Plättchen bilden.
Die kombinierten Schaltungsanordnungen ergeben also eine Schaltung, die eine veränderliche Last am Ausgang ausregeln, so daß eine im wesentlichen konstante Spannung, die praktisch gleich der Referenzspannung ist, entsteht. Die vorliegende Schaltungsanordnung zeichnet sich ferner durch einen im Vergleich zur
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MaximaHast sehr kleinen Leistungsverbrauch aus.
Die in der Zeichnung dargestellte Ausführungsform der Erfindung war für große Schwankungen der Spannung zwischen den Klemmen 10 und 11 ausgelegt. Die Spannung VQDan der Klemme 10 kann z.B. 0 Volt (Massepotential) betragen, während die Spannung Vgs an der Klemme 10 zwischen 6 bis über 20 Volt schwanken kann. Andererseits kann das Potential an der Klemme 11 fest sein und das Potential an der Klemme 10 kann zwischen 6 und 20 Volt schwanken. Der untere Spannungsgrenzwert, bis zu dem die Schaltungsanordnung einwandfrei arbeitet, hängt von den Zenerdiodenspannungen und den Schwellwertspannungen der Halbleitereinrichtungen ab.
Es ist ersichtlich, daß die Schaltungsanordnung 50 des dargestellten Spannungsreglers zwei relativ stabile Referenzspannungen auf den Leitungen 12 und 13 liefert, auch wenn die zwischen den Klemmen 10 und 11 liegende Spannung stark schwankt, z.B. zwischen 6 und 21 Volt. Bei der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung steigt der Strom durch die Zenerdioden Zl und Z2 nicht wesentlich an, wenn die Speisespannung von beispielsweise 6 auf 21 Volt erhöht wird. Die Spannungsänderungen werden von der Emitter-Kollektor-Strecke der Transistoren Pl und Nl aufgenommen. Man nehme z.B. als erstes an, daß: 1) VDD = 10 Volt; 2) VgS - Massepotential und 3) die Zenerspannungen der Zenerdioden Zl und Z2 jeweils 5 Volt sind. Die Emitter-Kollektor-Spannung VDS der Halbleitereinrichtungen Pl und Nl ist dann jeweils 5 Volt und durch die Reihenschaltung aus Pl und Z2 und durch die Reihenschaltung von Nl und Zl fließen dann vorgegebene Ströme.
Angenommen, V-- steige nun auf 20 Volt an. Die Zenerspannungen V„ der Zenerdioden ändern sich dabei nicht wesentlich und der Strom durch die Halbleiterbauelemente (Transistoren) Pl und Nl ändert sich nicht sehr stark. An den Emitter-Kollektor-Strecken der Halbleiterbauelemente Pl und Nl tritt jedoch nun •in höherer Spannungsabfall auf (VDD - Vz * 15 Volt). Die Zenerdioden, deren Zenerspannung bis zu einem gewissen Grade von den
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durch sie fließenden Strom abhängt, bleiben praktisch unbe- * einflußt. Da die Änderungen des die Zenerdioden jeweils durchfließenden Stromes minimal gehalten werden, bleibt auch die Zenerspannung jeder Diode, die der Leitung 12 bzw. 13 zugeführt wird, auf einem im wesentlichen konstanten Wert.
Im Regelschaltungsteil 51 des Spannungsreglers ermöglicht die Verwendung des Halbleiterbauelements (Transistors) N2 eine sehr hohe Schleifenverstärkung. Das Halbleiterbauelement (Transistor) N2 arbeitet nämlich als Generator für einen relativ konstanten Strom, da das seiner Gatt^Elektrode zugeführte Potential relativ konstant gehalten wird. Die Kollektor-Emitter-Strecke des Halbleiterbauelements N2 stellt daher für Signalströme bzw. Stromschwankungen eine extrem hohe Impedanz dar. Praktisch der ganze Signalstrom, der vom Halbleiterbauelement (Transistor) P4 erzeugt wird, wird also der Gatt-Elektrode des Halbleiterbauelements (Transistors) N3 zugeführt.
Die dargestellte Schaltungsanordnung stellt also ein Beispiel der Anwendung der COS/MOS-Technologie auf die Herstellung einer Regelschaltung dar, die sehr wenig Leistung aufnimmt während sie gleichzeitig in der Lage ist, eine geregelte Spannung für einen großen Lastimpedanzbereich und große Eingangsspannungsschwankungen zu liefern.
Statt einer Zenerdiode kann selbstverständlich gegebenenfalls auch eine Reihenschaltung von mehreren Zenerdioden verwendet werden.
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Claims (3)

  1. Patentansprüche
    l.W Schaltungsanordnung zur Referenzspannungserzeugung, mit zwei Halbleitereinrichtungen, die jeweils eine Stromstrecke und eine Steuerelektrode zum Steuern der Leitfähigkeit der Stromstrecke enthalten, und mit zwei Zenerdiodenanordnungen, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Zenerdiodenanordnung (Z 2) über einen ersten Verbindungspunkt in Reihe mit der Stromstrecke der ersten Halbleitereinrichtung (Pl) und die zweite Zenerdiodenanordnung (Zl) über einen zweiten Verbindungspunkt in Reihe mit der Stromstrecke der zweiten Halbleitereinrichtung (Nl) geschaltet ist; daß die Steuerelektrode der ersten Halbleitereinrichtung (Pl) mit dem zweiten Verbindungspunkt und die Steuerelektrode der zweiten Halbleitereinrichtung (Nl) mit dem ersten Verbindungspunkt verbunden ist.
  2. 2.) Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die erste Halbleitereinrichtung (Pl) einem vorgegebenen Leitungstyp angehört und daß die zweite Halbleitereinrichtung (Nl) einem anderen Leitungstyp angehört.
  3. 3.) Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Reihenschaltung aus der ersten Halbleitereinrichtung (Pl) und der ersten Zenerdiodenanordnung (Z2) parallel mit der Reihenschaltung aus der zweiten Halbleitereinrichtung (Nl) und der zweiten Zenerdiodenanordnung (Zl) zwischen zwei Klemmen (10, 11) zur Zuführung einer Betriebsspannung geschaltet sind.
    4.) Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Stromstrecke einer der Halbleitereinrichtungen (Pl) eine zusätzliche Impedanzanordnung (P2) parallelgeschaltet ist, die einen zusätzlichen Stromweg für die der betreffenden Halbleitereinrichtung (Pl) in Reihe geschaltete Zenerdiodenanordnung (Z2) bildet.
    5.) Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Impedanzanordnung
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    eine dritte Halbleitereinrichtung (P2)des vorgegebenen Leitungstyps mit einer an beiden Enden mit je einem Anschluß versehenen Stromstrecke sowie einer Steuerelektrode zur Steuerung des Stromflusses durch die Stromstrecke enthält; daß die Stromstrecke der dritten Halbleitereinrichtung (P2) der Stromstrecke der ersten Halbleitereinrichtung (Pl) parallel-geschaltet ist und daß die Steuerelektrode (G) der dritten Halbleitereinrichtung (P2) mit derjenigen Klemme (11) gekoppelt ist, an der eine Betriebsspannung einer Polarität, die die dritte Halbleitereinrichtung leiten läßt, auftritt.
    6.) Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß jede Halbleitereinrichtung einen Isolierschicht-Feldeffekttransistor mit einer Emitter-JKollektor- und Gatt-Elektrode enthält, daß die erste Zenerdiodenanordnung (Z2) zwischen die Gatt-Elektrode und die Emitterelektrode der zweiten Halbleitereinrichtung (Nl) geschaltet ist und daß die zweite Zenerdiodenanordnung (Zl) zwischen die Gatt-Elektrode (G) und die Quellenelektrode (S) der ersten Halbleitereinrichtung (Pl) geschaltet ist.
    7.) Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem ersten und zweiten Verbindungspunkt jeweils ein Ausgangsanschluß (12, 13) für ein erstes und ein zweites Referenzpotential verbunden ist.
    8.) Schaltungsanordnung nach einenTder vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zenerdiodenanordnungen jeweils mindestens eine Zenerdiode enthalten, deren Temperaturkoeffizient dem der Halbleitereinrichtungen entgegengesetzt und so bemessen ist, daß die an den Verbindungspunkten auftretenden Spannungen im wesentlichen unabhängig von Temperaturschwankungen sind.
    9.) Schaltungsanordnung zum Erzeugen einer geregelten Spannung mit einer Differenzverstärkerstufe, die zwei Feldeffekttransistoren enthält, deren Emitterelektroden miteinander und mit1 einer Quelle zu einen relativ konstanten Strom verbunden sind,
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    während der Gatt-Elektrode des einen Transistors ein Referenzpotential zugeführt ist, das diesen Transistor auf einen vorgegebenen Leitungspegel vorspannt, ferner mit einer Anordnung zum Anschließen eines Verbrauchers, an dem der Spannungsabfall zu regeln ist, an die Gatt-Elektrode des anderen der beiden Transistoren, und mit einer Rückkopplungsanordnung, die einen dritten Transistor enthält, dessen Gatt-Elektrode mit der Kollektorelektrode des einen Transistors und dessen Kollektorelektrode mit der Gatt-Elektrode des anderen Transistors verbunden sind, während die Emitter-Kollektor-Strecke des dritten Transistors in Reihe mit dem Verbraucher liegt, um den diesen durchfließenden Strom zu steuern, dadurch gekennzeichnet , daß ein vierter Transistor (M2) mit seiner Emitter-Kollektor-Strecke (S-D) in Reihe mit dem Kollektor (D) des einen Transistors (P4) geschaltet und so vorgespannt ist, daß er einen relativ konstanten Strom liefert und seine Emitter-Kollektor-Strecke als extrem hohe Impedanz für den Signalstrom wirkt, der vom dritten Transistor (N3) erzeugt wird und praktisch der volle Signalstrom für die Erzeugung eines Signals an der Gatt-Emitter-Strecke (G-S) des dritten Transistors (N3) zur Verfügung steht.
    10.) Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß die dem vierten Transistor (N2) zugeführte Vorspannung eine relativ konstante Referenzspannung (auf der Leitung 12) umfaßt, die den die Emitter-Kollektor-Strecke des vierten Transistors (N2) durchfließenden Strom im wesentlichen konstant hält.
    IL.) Schaltungsanordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Impedanz der Stromstrecke des vierten Transistors( K/Πwesentlich größer ist als die Impedanz der Stromstredcken des ersten, zweiten und dritten Transistors (P4, P5, N3) unter denselben Vorspannungsbedingungen; daß die ersten beiden Transistoren (P4, P5) einem vorgegebenen Leitungstyp angehören während der dritte und vierte Transistor (N3, N2) einem zweiten Leitungstyp angehören.
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    12.) Schaltungsanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet ,- daß die Emitterelektroden (S) der ersten beiden Feldeffekttransistoren (P4, P5) über die Quelle (P3) relativ konstanten Stroms mit einer ersten Betriebsspannungsklemme (10) verbunden sind; daß die Emitterelektroden (S) des dritten und vierten Transistors (N3f N2) an eine zweite Betriebsspannungsklemme (11.) angeschlossen sind, und daß ein mit einer geregelten Spannung zu speisender Verbraucher zwischen die erste Klemme (10) und die Gatt-Elektrode (G) des zweiten Transistors (P5) anschließbar ist.
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    Leerseite
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