DE2325552B2

DE2325552B2 - Zweipolige monolithisch integrierte Schaltung mit Z-Diodenkennlinie

Info

Publication number: DE2325552B2
Application number: DE19732325552
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Ing. 7803 Gundelfingen Keller
Original assignee: Deutsche ITT Industries GmbH
Current assignee: TDK Micronas GmbH
Priority date: 1973-05-19
Filing date: 1973-05-19
Publication date: 1978-12-14
Also published as: DE2325552A1; FR2230011B1; FR2230011A1; DE2325552C3; IT1012436B

Description

Aus der schweizerischen Patentschrift 4 66 409 ist bereits eine auf den Erfinder zurückgehende Schaltung bekannt, die das Verhalten einer Zener-Diode, im folgenden kurz als »Z«-Diode bezeichnet, aufweist und insbesondere für Arbeitsspannungen oberhalb von 10 V geeignet ist. Sie besteht aus einem ohmschen Spannungsteiler, einer Z-Diode und mehreren Transistoren gleicher Leitungsart, wobei die Z-Diode und die Basis-Emitter-Strecken der Transistoren in beliebiger Reihenfolge in Serie geschaltet sind.

Bekanntlich sind Z-Dioden mit einer Arbeitsspannung unterhalb von etwa 4 bis 5 V aus technologischen Gründen schwer realisierbar bzw. weisen ungünstige elektrische Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich ihres differentiellen Widerstandes auf. Zur Lösung dieses Problems bietet sich daher die Technik der monolithisch integrierten Schaltungen an, d. h. anstatt einer einzelnen Z-Diode dienen aus mehreren Einzelbaueiementen bestehende Schaltungen, deren Verhalten dem einer einzelnen Z-Diode entspricht.

Aus der DE-OS 16 38 144 ist eine Schaltungsanordnung zur Nachbildung der Strom-Spannungs-Charakteristik einer Zener-Diode bekannt, in der die Emitter-Kollektorstrecke eines Transistors über einen Widerstand an eine Spannungsquelle angeschlossen ist und in

■»■> der die stabilisierte Spannung an der Emitter-Kollektorstrecke abgenommen wird.

Die DE-AS 16 39 173 wiederum hat eine temperaturkompensierte Z-Diodenanordnung in Form einer Halbleiterschaltung zum Inhalt, die aus mehreren nichtlinearen und ggf. linearen, in einem gemeinsamen Halbleiterkörper des einen Leitungstyps angeordneten, durch aufgebrachte Metallisierungen untereinander verbundenen einzelnen Elementen besteht und die mit zwei äußeren Anschlüssen versehen ist

Bei diesen beiden bekannten Schaltungen mit einer Z-Diodenkennlinie ist einer der verwendeten Transistoren mit seiner Basis am Abgriff eines ohmschen Spannungsteilers und mit seinem Kollektor zusammen mit dem einen Ende des Spannungsteilers am ersten äußeren Pol der Schaltung angeschlossen.

Aus der DE-OS 19 55 272 ist ein monolithischer Spannungsregler mit zwei Anschlüssen bekannt, der das elektrische Äquivalent einer Durchbruchdiode darstellt.

Die DE-OS 19 19 203 gibt ebenfalls eine Schaltung mit Zener-Dioden-Charakteristik an, die zwei komplementäre Siiicium-Transistoren enthält, deren Basen in an sich bekannter Weise mit dem Kollektor des jeweils anderen Transistors unmittelbar verbunden und durch einen ohmschen Widerstand miteinander in Verbindung gebracht sind. Diese Schaltung ist jedoch aufgrund ihrer Kennlinien zur Integration wenig geeignet.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine zweipolige monolithisch integrierte Schaltung mit Z-Dioden Kennlinie niedriger Arbeitsspannung von insbesondere einigen Volt anzugeben. Diese Aufgabe wird von der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung gelöst

Der Vorteil der Schaltung nach der vorliegenden Erfindung gegenüber den Schaltungen nach dem Stand der Technik liegt in einem sehr niedrigen differentiellen Widerstand und geringen Temperaturkoeffizienten.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Schaltung nach der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet uud werden nun in Zusammenhang mit den in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert:

Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen integrierten Schaltung und

Fig.2 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen integrierten Schaltung.

Das der Erfindung zugrundeliegende Schaltungsprinzip ist in den Fig. 1 und 2 jeweils rechts von der gestrichelten Linie gezeigt. Die beiden zueinander komplementären Transistoren Π und T2 bilden mit der Differenz ihrer Basis-Emitter-Schwellspannungen die interne Referenzspannung der integrierten Schaltung In den Ausführungsbeispielen nach den F i g. 1 und 2 handelt es sich beim Transistor TX um einen pnp-Flächentransistor, dessen Kollektor mit dem ersten äußeren Pol, nämlich dem Minuspol, verbunden ist, an dem auch das eine Ende des aus den Widerständen R 1 und R 2 bestehenden ohmschen Spannungsteilers angeschlossen ist. Am Abgriff dieses Spannungsteilers liegt die Basis des Transistors TX, während an dessen Emitter die Basis des npn-Flächentransistors T2 angeschlossen ist, dessen Emitter am ersten äußeren Pol liegt.

Das andere Ende des ohmschen Spannungsteilers, also das eine Ende des Widerstandes R 2, ist über die Basis-Emitter-Strecke des mehrere Kollektoren aufweisenden pnp-Flächentransistors T3 mit dem zweiten äußeren Anschluß, also mit dem PIusdoI. verbunden.

Von den an sich in beliebiger Anzahl möglichen Kollektoren des Transistors T3 sind in den Ausführungsbeispielen nach den F i g. I und 2 lediglich drei gezeigt, die für die erfindungsgemäße Schaltung benötigt werden. Die weiteren nicht gezeigten Kollektoren können in einer größeren integrierten Schaltung auch noch zu anderen Schaltungsteilen führen.

Einer der in den Fig. ] und 2 gezeigten Kollektoren des Transistors Γ3 ist mit dessen Basis verbunden. Die beiden anderen führen jeweils zum Emitter des Transistors Tl bzw. zum Kollektor des Transistors TZ Diese werden vom Transistor Γ3 mit konstantem Strom gespeist, wobei das Verhältnis dieser beiden Ströme zueinander von den Flächen dieser Kollektoren bestimmt wird.

Die Basis-Emitter-Schweilspannungen der beiden Transistoren Ti und T2, die die interne Referenzspannung bestimmen, werden zweckmäßigerweise durch entsprechende Fjächenbemessung des zugehörigen Basis-Emitter-pn-Übergangs so gewählt, daß der Betrag der Basis-Emitter-Schwellspannung des ersten Transistors 7*1 kleiner ist als der Betrag der Basis-Tmitter-Schwellspannung des zweiten Transistors T2.

In den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 und 2 ist jeweils links von der gestrichelten Linie ein Verstärker gezeigt, dessen letzter Transistor mit seiner Kollektor-Emitter-Strecke zu den beiden äußeren Polen parallelgeschaltet ist. In Fig. I handelt es sich hierbei • um den pnp-Flächentransistor 7" 4 und in F i g. 2 um den npn-Flächentransistor 7*4'.

In den F i g. 1 und 2 ist ferner gezeigt, daß dieser Verstärker auch aus mehr als einem Transistor bestehen kann, d. h. in den Fig. 1 und 2 ist den Transistoren 7*4

lu bzw. TA' der pnp-Flächentransistor TS vorgeschaltet, wobei dessen Eingang, also in den Ausführungsbeispielen die Basis des Transistors Γ5, mit dem Kollektor des Transistors T2 verbunden ist. Nach F i g. 1 liegt der Kollektor des Transistors T5 am ersten äußeren Pol

'> und dessen Emitter an der Basis des Transistors Γ4. Nach Fig. 2 liegt der Emitter des Transistors 7*5 am zweiten äußeren Pol und dessen Kollektor an der Basis des Transistors 7*4.

In einer entsprechend dem Ausführungsbeispiel von

-" F i g. 1 ausgeführten Schaltung, wobei ;Ier Widerstand R 1 einen Wert von ! kOhm und dsv Widerstand R 2 einen Wert von 15kOhm aufwies, konnte eine Z-Spannung von 2 V mit einem differentiellen Innenwiderstand von etwa 1 Ohm erreicht werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Zweipolige monolithisch integrierte Schaltung mit Z-Diodenkennlinie niedriger Arbeitsspannung von einigen Volt, die aus einem ohmschen j Spannungsteiler und mehreren Transistoren besteht, von denen der erste mit seiner Basis am Abgriff des ohmschen Spannungsteilers und mit seinem Kollektor zusammen mit dem einen Ende des Spannungsteilers am ersten äußeren Pol liegt, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter, zum ersten (TX) komplementärer Transistor (T2) vorgesehen ist, dessen Basis mit dem Emitter des ersten Transistors verbunden ist und dessen Emitter am ersten äußeren Pol (—) liegt, derart daß die Differenz der Basis-Emitter-Schwellspannungen der beiden Transistoren (Ti, T2) als interne Referenzspannung dient, und daß das andere Ende des Spannungsteilers (R 1, R2) am zweiten äußeren Pol ( + ) über die Basis-Emitterstrecke eines mehrere Kollektoren gleicher oder unterschiedlicher Fläche aufweisenden dritten Transistors (T3) des zürn ersten Transistor (TX) gleichen Leitungstyps angeschlossen ist, von denen einer mit der Basis des dritten Transistors und je ein weiterer mit dem Emitter des ersten bzw. dem Kollektor des zweiten Transistors verbunden ist

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Betrag der Basis-Emitter-Schwellspannung des ersten Transistors (TX) kleiner ist als der Betrag der Basis-Emitter-Schwellspannung des zweiten Transistors (T2).

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Koirektor des zweiten Transistors (T2) ein mindestens einstufiger Verstär- J5 ker (T4, T5; TA', 7"5) angeschossen ist, dessen letzter Transistor (T4; Γ4') mit seiner Kollektor-Emitter-Strecke zu den beiden äußeren Polen ( + , —) parallelgeschaltet ist.