DE2328402C2

DE2328402C2 - Konstantstromkreis

Info

Publication number: DE2328402C2
Application number: DE2328402A
Authority: DE
Inventors: Mitsuo Fujisawa Kanagawa Ohsawa
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1972-06-06
Filing date: 1973-06-04
Publication date: 1984-10-31
Also published as: DE2328402A1; GB1408985A; CA1014614A; JPS5436287B2; JPS5436286B2; JPS4915944A; JPS4917949A; US3900790A; NL7307920A

Description

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Die Erfindung betrifft einen Konstantstromkreis nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Ein derartiger Konstantstromkreis, allerdings ohne die sechste Halbleitervorrichtung, ist aus der US-PS 35 29 256 bekannt. Dort wird das Potential der Basis eines Eingangstransistors durch Verwendung einer Konstantstromquelle, welche zwei Transistoren und vier Dioden enthält, auf einem im wesentlichen konstanten Spannungspegel, unabhängig vom Pegel der Versorgungsspannung, gehalten.

Aus der FR-PS 14 62 594 (US-PS 35 22 521) ist eine erdfreie Konstantspannungsquelle bekannt, mit einer ersten und einer zweiten Halbleitervorrichtung, die jeweils eine Basis-, eine Emitter- und eine Kollektorelektrode aufweisen, wobei die Basiselektrode der ersten Halbleitervorrichtung mit der Kollektorelektrode der zweiten Halbleitervorrichtung und die Kollektorelektrode der ersten Halbleitervorrichtung mit der Basiselektrode der zweiten Halbleitervorrichtung verbunden sind und die Emitterelektroden der ersten und der zweiten Halbleitervorrichtung an die Spannungsquelie angeschlossen sind, und einer Konstantspannungsemrichtung, die an ihrem einen Ende mit der Spannungsquelle und an ihrem anderen Ende mit der Basiselektrode der ersten Halbleitervorrichtung verbunden ist.

In IEEE Spektrum. April 1970. S. 24 bis 32. ist eine geerdete Konstantspannungsquelle beschrieben, bei weicher eine Zenerdiode, mit einer Reihe von in Durchlaßrichtung vorgespannten Halbleiterübergängen und einem diffundierten Transistor kombiniert, verwendet wird. Die Temperaturkoeffizienten von drei in Durchlaßrichtung vorgespannten Halbleiterübergängen gleichen die Temperaturkoeffizienten der Zenerdiode und des diffundierten Transistors aus, und demzufolge ist die Ausgangsspannung nahezu völlig temperaturunabhäng'g-

Des weiteren sind Kreise, wie sie die Fig. 1 und 2 zeigen, als geerdete Konstantstromkreise bekannt. In dem in Fig. 1 gezeigten Konstantstromkreis wird ein Kollektorstrom Ic, der von einem Transistor 1 ausgeht, konstant gehalten, während bei dem in F i g. 2 gezeigten Konstantstromkreis ein Kollektorstrom, der in den Transistor 1 fließt, konstant gehalten wird. Bei den oben beschriebenen Kreisen erhält der Transistor 1 an seiner Basis eine konstante Spannung, die von einer Diode 2 bestimmt wird, so daß de Kollektorstrom des Transistors 1 konstant gehalten wird.

Der oben beschriebene Konstantstromkreis aus F i g. 1 oder F i g. 2 hat jedoch den Nachteil, daß. wenn eine Versorgungsspannung V_cc geändert wird, der Durchlaßstrom der Diode 2 geändert wird, so daß sich seine Durchlaßspannung und damit auc'i der Kollektorstrom /rändert.

Außerdem wird bei diesem Konstantstromkreis aus F i g. 1 oder F i g. 2. wenn die Versorgungsspannung V_Cc Welligkeitsanteile enthält, der Ausgangsstrom des beschriebenen Kreises entsprechend den Welligkeitskomponenten geändert. Daher hat eine Schaltungsanordnung, die den oben erwähnten Konstantstromkreis verwendet, den Nachteil, daß ihre Arbeitsweise unstabil ist und daß ihr Störabstand verschlechtert wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ausgehend von dem eingangs genannten Stand der Technik nach der US-PS 35 29 256, eine erdfreie Konstantspannungsquelle zu schaffen.

Die Aufgabe ist für einen Konstantstromkreis der eingangs genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Konstantspannungsquelle wird von nur wenigen Bauteilen gebildet und kann leicht auf einem IC-Chip hergestellt werden. Es ist ferner möglich, mehrere Sätze der gleichen Transistoren und Konstantspannungsstromkreise, wie die fünfte und sechste Halbleitereinrichtung und den Konstantstromkreis bezüglich der ersten und der zweiten Halbleitereinrichtung vorzusehen, so daß mehrere voneinander unabhängige Konstantspannungsausgänge erhalten werden können.

Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen in Verbindung mit der Zeichnung hervor. In letzterer zeigen

Fig. I und 2 Schaltbilder bekannter Konstantstrom-

kreise,

Fig.3 ein Schaltbild eines Konstantstromkreises in Anwendung auf einen integrierten Verstärker,

Fig.4 ein Schaltbild eines abgewandelten Konstantstromkreises gemäß der Erfindung,

F i g. 5 ein Schaltbild eines Konstantstromkreises gemäß der Erfindung zur Bildung einer ungeerdeten Konstantspannungcquelle,

Fig.6 und 7 Darstellungen zur Erläuterung der Arbeitsweise der Konstantspannungsquelle der Fig.5, und

Fig.8 ein Schaltbild einer weiteren ungeerdeten Konstantspannungsquelle.

Im folgenden wird anhand der Fig.3 ein Konstantstromkreis beschrieben, der auf einen Verstärker angewendet ist und für den kein Schutz begehrt wird.

Die Basis und der Kollektor eines Transistors 3 sind mit dem Kollektor und der Basis eines Transistors 4 verbunden, während die Emitter der Transistoren 3 und 4 jeweils mit dem Anschluß 1! bzw. !2 einer nichtgezeigten Spannungsquelle verbunden sind. Ein als Diode geschalteter Transistor 5 ist an seiner Basis und an seinem Emitter mit dem Emitter und der Basis des Tansistors 3 in der gleichen Art der Polarität verbunden. In ähnlicher Weise ist ein als Diode geschalteter Transistor 6 an seiner Basis und seinem Emitter mit der Basis und dem Emitter des Transistors 4 in der gleichen Art der Polarität verbunden. Ein Transistor 7 ist an seinem Emitter und an seiner Basis mit der Basis und dem Emitter des als Diode geschalteten Transistors 5 in der gleichen Art der Polarität verbunden. Ein Transistor 8 ist in ähnlicher Weise an seiner Basis und seinem Emitter mit der Basis und dem Emitter des als Diode geschalteten Transistors 6 in der gleichen Art der Polarität verbunden. Bei einer solchen Anordnung wird die zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors 5 erhaltene Spannung den Transistoren 3 bzw. 7 als deren Basisvorspannungen zugeführt. In ähnlicher Weise wird die zwischen der Basis uni.'. dem Emitter des Transistors 6 erhaltene Spannung den Transistoren 4 und 8 als Basisvorspannungen zugeführt.

Es sei angenommen, daß eine Versorgungsspannung V_£r an den oben beschriebenen Kreis angelegt wird, damit ein Kollektorstrom Ic ι zunächst durch den Transistor 3 fließt. Von dem Strom Ia wv:'d eine Durchlaßspannung zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors 6 erzeugt und damit fließt ein Kollektorstrom Ic, durch den Transistor 4 entsprechend dieser Durchlaßspannung als Basisvorspaunung des als Diode geschalteten Transistors 6. Durch den Kollektorstrom Ica durch den Transistor 4 wird eine Durchlaßspannung zwischen der Basis und dem Emitter der Transistoren 5 erzeugt und damit fließt der Kollektorstrom Ia weiter durch den Transistor 3 entsprechend dieser Durchlaßspannung als dessen Basisvorspannung.

Die oben beschriebenen Durchlaßspannungen, die jeweils zwischen der Basis und dem Emitter der als Dioden geschalteten Transistoren 5 und 6 erzeugt werden, betragen im wesentlichen konstant 0,6 Volt, wenn es sich um Siliziumtransistoren handelt. Daher werden die Basisspannungen zwischen der Basis und dem Emitter der Transistoren 3 und 4 einander im wesentlichen gleich. Daher ist es möglich, die Transistoren 3 und 4 auf der gleichen integrierten Schaltkreisplatte einander nahe anzuordnen, um dadurch den Kollektorstrom Us des Transistors 3 und den Kj'lektorstrom Ic* des Transistors 4 im wesentlichen gleich zu machen. Außerdem bilden bei der obigen Anordnung die Basis und der Kollektor des Transistors 3 und die Basis und der Kollektor des Transistors 4 eine Mitkopplungsschleife, so daß die Kollektorströme Ia und Ica so kompensiert werden, daß sie konstant sind. Dies bedeutet, daß, wenn z. B. der Kollektorstrom Ia konstant ist, die Spannung zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors 6 konstant wird, um dadurch den Kollektorstrom Ica ebenfalls konstant zu machen. In ähnlicher Weise wird, wenn der Kollektorstrom Ica konstant ist, die Spannung zwischen

ίο der Basis und dem Emitter des Transistors 5 konstant, um dadurch den Kollektorstrom Ia ebenfalls konstant zu machen. Daher können die Kollektorströme /_(J und Ica einander im wesentlichen gleich gemacht werden. Da die Kollektorströme Ia und Ica gleich und konstant sind, werden auch die Basisvorspannungen der Transistoren 7 und 8 im wesentlichen gleich sind konstant.

Im allgemeinen kann ein Kollektorstrom eines Transistors bei einer vorbestimmten Basisvorspannung durch Wahl des Basisdiffusionsberek¹.; des Transistors selbst bei konstanter Basisvorspannung des Transistors eine bestimmte Größe erhalten. Daher werden die Basisdiffusionsbereiche der Transistoren 7 und 8 in geeigneter Weise gewählt, damit die Ströme ki und Ice. die durch die Kollektoren fließen, jeweils bestimmte Größen annehmen und als Quelle eines bestimmten konstanten Stroms verwendbar sind.

In dem oben beschriebenen Kreis wird, wenn die Versorgungsspannung Vcc geändert wird, die Spannung zwischen dem Kollektor und dem Emitter des Transi-

JO stors 3 entsprechend der Änderung der Versorgungsspannung Vf-r erhöht oder vermindert, da die Spannung zwischen der Basis und dem Emitter des als Diode geschalteten Transistors 6 im wesentlichen konstant 0,6 Volt beträgt. Der Kollektorstrom la des Transistors 3 wird gegenüber der Änderung der Spannung zwischen dessen Kollektor und Emitter im wesentlichen konstant, wie aus der Ausgangskennlinie, d. h. der ld '-'ce-Kennlinie (nicht gezeigt) eines Siliziumtransistors hervorgeht. Daher wird der Kollektorstrom /rs des Transistors 8 selb-: bei einer Änderung der Versorgungsspannung Vcc konstant gehalten, so daß sie als gute Konstantstromquelle verwendbar ist, die keinem Einfkiß der Änderung der Versorgungsspannung unterliegt. Ähnlich wie im Falle des Kollektorstroms Ia wird der Koüektorstrom Ica gegenüber der Änderung der Versorgungsspannung Vff entsprechend der Ausgangskennlinie, d. h. der Id Vr^Kennlinie des Transistors 4 konstant gemacht, so daß der Kollektorstrom /₍-₇ des Transistors 7 gegenüber der Änderung der Versorgungsspannung ebenfalls konstant gemacht werden kann.

Wie sich aus dem Vorherigen ergibt, kann ein bestimmter konstanter Strom unabhängig von der Versorgungsspannung Vff- erhalten werden. Da außerdem die Spannung Vrroime FiiiiiiuS ist, selbst wenn sie Wellig keitsanteile aufweist, besteht keine Gefahr, daß der Störabstand einer Schaltungsanordnung, die diesen Konstantstromkreis verwendet, verschlechtert wird oder ihre Arbeitsweise entsprechend der Änderung der Versorgungsipannung V_Cc instabil wird.

Der in F i g. 3 durch eine gestrichelte Linie umgebene Teil wird auf einer integrierten Schaltkreisplatte gebildet. Mit 21 bis 24 sind Verstärkungstransistoren bezeichnet, die direkt gekoppelt sind. Ein Eingangssignal von einem Anschluß IiS wird über einen Anschluß 13 zu der Basis des Transistors 21 übertragen und aufeinanderfolgend von den Transistoren 21 bis 24 verstärkt. Das verstärkte Ausgangssignai wird von dem Emitter des Transistors 24 abgegeben und über einen Anschluß

14 zu einem Ausgungsanschluß 19 übertragen.

Der Konstantstromkreis wird als die Kollcktorlast des Transistors 23 und die Emitterlast des Transistors 24 verwendet. Dies bedeutet, daß der Kollektor des Transistors 23 an den Kollektor des Transistors 7 angeschlos- ^r, sen ist. während der Emitter des Transistors 24 an den Kollektor des Transistors 8 angeschlossen ist. An den Emitter des Transistors 21 ist durch Widerstände 27 und 28 und einen Kondensator 29 von dem Anschluß 14 über den Anschluß 15 eine Rückkopplungsschleife gebildet. tu

Da die Kollektorlast des Transistors 23 der Transistor 7 ist. d. h. die Konstantsiromquelle, kann der Verstärker eine hohe Verstärkung erreichen. Wenn Widerstände als die Kollektorlast des Transistors 23 und die Emittcrlast des Transistors 24 verwendet werden, und diese Widerstände auf einer integrierten Schaltkreisplatte gebildet werden, können ihre Widerstandswerte nicht groß gemacht u/prrlon imrl Hahrr Wann keine hohe Verstärkung erreicht werden. Zugleich werden die Ströme, die durch diese Widerstände fließen, erhöht, so daß die zulässigen Kollekiorverluste der Transistoren 23 und 24 erhöht werden müssen. Bei dem Kreis der Fi g. 3 jedoch kann der Kollektorstrom des Transistors 23 und der Emitterstrom des Transistors 24 eine minimale Größe erhalten und daher können die zulässigen Kollektorverluste der Transistoren 23 und 24 klein gemacht werden. Zugleich können der unwirtschaftliche Stromverbrauch und die unwirtschaftliche Erhitzung beseitigt und. wie oben beschrieben wirde, eine hohe Verstärkung erreicht werden.

Da außerdem die Kollektorströme der Transistoren 7 und 8, wie oben erwähnt wurde, bei einer Änderung der Versorgungsspannung V_(C konstant sind, kann dieser Verstärker selbst bei der Änderung der Versorgungsspannung Vex beständig eine hohe Verstärkung errei- chen und sein Störabstand wird durch Welligkeitsantei-Ie nicht verschlechtert. Außerdem ist der Kreis nur mit Transistoren aufgebaut und die Anzahl der externen Anschlüsse ist gering, so daß er leicht und mit geringen Kosten als integrierte Schaltkreisplatte ausgebildet werden kann.

Bei der zuvor erwähnten Ausführungsforrn sind die Basisdiffusionsbereiche der Transistoren 7 und 8 geeignet ausgewählt, um dadurch die bestimmten konstanten Ströme zu erhalten, die durch die Transistoren 7 und 8 fließen.

Fig.4 zeigt einen weiteren Konstantstromkreis, bei dem die konstanten Ströme der Größe nach durch Widerstände gewählt werden.

Emitterwiderstände 31, 41, 71 und 81 sind auf der Emitterseite der Transistoren 3,4,7 und 8 eingeschaltet. Zugleich ist anstelle der Transistoren 5 und 6 in Fig.3 eine Reihenschaltung, bestehend aus zwei Dioden (oder zwei als Dioden geschalteten Transistoren) 51 und 52 bzw. 61 und 62 eingeschaltet.

Daher werden bei dem obigen Konstantstromkreis die Transistoren 7 und 8 als Konstantstromquellen verwendet und die Widerstandswerte der Widerstände 71 und 81 werden so geändert, daß jeder Konstantstrom eine bestimmte Größe hat

In den F i g. 3 und 4 sind die beiden Transistoren 7 und 8 vorgesehen, jedoch kann nur einer von ihnen verwendet werden oder es können nötigenfalls mehrere Transistoren (und Emitterwiderstände) in ähnlicher Weise parallel geschaltet werden, um mehrere Konstantstromquellen zu schaffen.

F i g. 5 zeigt einen Konstantstromkreis gemäß der Erfindung, bei dem eine ungeerdete Konstantspannungsquellc gebildet wird.

Wie F i g. 5 zeigt, sind die Kollektoren der Transistoren 7 und 8 mit den Ausgangsanschlüsscn 15 und 16 verbunden. Eine Konstantspanniiiigscliodc 9 ist /wischen die Anschlüsse 15 und 16 geschaltet und auch die BasisdilTusionsbereiche der Transistoren 7 und 8 sind in geeigneter Weise gewählt, um die jeweiligen Kollektorströnie /< 7 und /< « einander gleich zu machen. Mit 10 ist eine Last bezeichnet, die zwischen die Anschlüsse 15 und 16 geschaltet ist.

Da bei einer solchen Anordnung der Strom I_{1 7} gleich dem Strom /< «ist. fließt der Kollektorstrom des Transistors 7 durch die Diode 9 und die Last 10 zu dem Kollektor des Transistors 8. Die Transistoren 7 und 8 arbeilen hierbei als die Konstantstronu|uelle und ihre Impedanzen können als unendlich angenommen werden, so daß dieser Spannungsquellenkreis dem in Fig. 6 gezeigten änti'i\j'.i\f*ni ict lli*»rh*-»i u/irH iihpr Afr DinHp Q fin*» Lrm-

stante Spannung erhalten, so daß die Diode 9 einer Batterie 9Eäquivalent wird, wie Fig. 7 zeigt. Daher wird die Last 10 über die Batterie 9F mit einer Spannung versorgt, sie kann jedoch nicht als geerdet angesehen werden, d. h. dieser Spannungsquellenkreis arbeitet als ungeerdeter Konstantspannungskreis.

Der Konstantstromkreis gemäß der Erfindung wird so verwendet, daß er die ungeerdete Konstantspannungsquelle bildet, die nur von den Transistoren 3 bis 8 und der Diode 9 gebildet wird, wie Fig.5 zeigt, und kann daher leicht auf einer integrierten Schaltkreisplatte hergestellt werden. Da er ungeerdet ist. kann, wenn man annimmt, daß die Last 10 z. B. ein Widerstandswandler zur Erzielung einer negativen Impedanz ist. eine unabhängige Wicklung äquivalent erhalten werden, d. h. ein bestimmter Kreis mit einer Wicklung kann auf einer integrierten Schaltkreisplatte gebildet werden.

Fig.8 zeigt ein weiteres Beispiel des ungeerdeten Konstantspannungskreises gemäß der Erfindung. In der Figur ist eine Reihenschaltung, bestehend aus zwei Dioden (oder zwei als Dioden geschalteten Transistoren) 51 und 52 bzw. 61 und 62 anstelle eines jeden Transistors 5 und 6 in F i g. 5 vorgesehen. Außerdem sind die Emitterwiderstände 31,41, 71 und 81 jeweils auf der Emitterseite der Transistoren 3, 4, 7 und 8 eingeschaltet. Die Widerstände 31 bis 81 sind in geeigneter Weise ausgewählt, um die Ströme lci und lcs einander gleich zu machen. Außerdem ist ein Transistor 20. der durch Widerstände 21 und 22 vorgespannt ist. zwischen die Anschlüsse 15 und 16 als Konstantspannungskreis geschaltet.

Bei den vorherigen Schaltungsanordnungen ist es außerdem möglich, mehrere Sätze der gleichen Transistoren und Konstantspannungskreise wie die Transistoren 7 und 8 und der Konstantspannungskreis bezüglich der Transistoren 3 und 4 vorzusehen, so daß mehrere Konstantspannungsausgänge erhalten werden können, die voneinander unabhängig sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Konstantstromkreis, mit einer geerdeten Spannungsquelle, mit einer ersten und einer zweiten Halbleitervorrichtung, die jeweils eine Basis-, eine Emitter- und eine Kollektorelektrode aufweisen, wobei die Basiselektrode der ersten Halbleitervorrichtung mit der Kollektorelektrode der zweiten Halbleitervorrichtung und die Kollektorelektrode der ersten Halbleitervorrichtung mit der Basiselektrode der zweiten Halbleitervorrichtung verbunden sind und die Emitterelektroden der ersten und der zweiten Halbleitervorrichtung an die Spannungsquelle angeschlossen sind,

mit einer dritten und einer vierten Halbleitervorrichtung, die jeweils zwischen den entsprechenden Easis-Emitterelf-Hroden der ersten und der zweiten Halbleitervorrichtung angeschlossen sind, um die Basis- und die Emitterelektroden der ersten und der zweiten Halbleitervorrichtung vorzuspannen, und
mit einer fünften und einer sechsten Halbleitervorrichtung, die jeweils Basis-, Emitter- und Kollektorelektroden aufweisen und deren Basis- und Emitterelektrode jeweils mit den entsprechenden Basis- und Emitterelektroden der ersten und der zweiten Halbleitervorrichtung verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine Konstantspannungseinrichtung (9) ?n ihrem einen Ende mit der Kollektorelektrode der fünften Halbleitervorrichtung (7) und an ihrem anderen Ei.de mit Jer Kollektorelektrode der sechsten Haibleitv-rvorrichtung (8) verbunden ist, was bewirkt, daß Verände. jngen der Spannungsquelle keinen Einfluß auf die Spannung über die Konstantspannungseinrichtung haben, weil die Kollektorströme der fünften und der sechsten Halbleitervorrichtung im wesentlichen gleich gemacht sind.

2. Konstantstromkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstantspannungseinrichtung (9) eine Zenerdiode enthält.

3. Konstantstromkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstantspannungseinrichtung (9) einen weiteren Transistor (20) mit einer Basis-, einer Emitter' und einer Kollektorelektrode und zwei Widerstände (21, 22) enthält, von denen einer zwischen der Basis- und der Emitterelektrode des weiteren Transistors und der andere zwischen der Basis- und der Kollektorelektrode des weiteren Transistors angeschlossen ist.