DE2328402C2 - Konstantstromkreis - Google Patents
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Description
55
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 Vcc 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 VCc
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 VCc 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 I1 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 (3)
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.
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.
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