DE2333674A1

DE2333674A1 - Schaltungsanordnung zur umsetzung einer eingangsspannung in einen ausgangsstrom

Info

Publication number: DE2333674A1
Application number: DE19732333674
Authority: DE
Inventors: Karlheinz Ohr
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1973-07-03
Filing date: 1973-07-03
Publication date: 1975-01-16

Description

R. 1537

20.6.1973 Mü/Mn

Anlage zur
Patentanmeldung

ROBERT BOSCH GMBH, Stuttgart

Schaltungsanordnung zur Umsetzung einer Eingangsspannung in einen Ausgangsstrom

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Umsetzung einer Eingangsspannung in einen zn dieser Eingctngsspannung proportionalen Ausgangsstrom. Derartige Sparmungo-Strom-Umsetzer sind vielfältig verwendbar. Sie werden als veränderbare Konstantetromquelien benützt und dienen mit dieser Eigenschaft zur Umwandlung von Meßsignalen. Als weiteres Anwendungsgebiet kann die Steuerung von Elektromotoren genannt werden.

Spannungs-Strom-Umsetzer sollen, von Ausnahmen abgesehen, einen zu einer Eingangsspannung proportionalen Ausgangsstrom liefern.

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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zur Umsetzung einer Eingangsspannung in einen zu dieser Eingangsspannung proportionalen Ausgangsstrom zu schaffen,
die in ihrem Aufbau einfach ist und sich ohne große Kosten herstellen läßt.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß einem nicht invertierenden Eingang der beiden zueinander
komplementären Eingänge eines Differenzverstärkers die Eingangsspannung zuführbar ist, der Ausgang des Differenzverstärkers an der Basis eines in Kollektorschaltung arbeitenden Transistors angeschlossen ist, dessen Emitter mit dem
invertierenden Eingang des Differenzverstärkers in Verbindung steht und dessen Kollektorstrom der zur Eingangsspannung proportionale Ausgangsstrom der Schaltungsanordnung ist,

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung bildet den Ausgang des Differenzverstärkers ein Verbindungspunkt einer Reihenschaltung eines Widerstandes und zweier in Reihe liegender komplementärer Transistoren zwischen einer Plus- und einer Minusleitung und jede Basiselektrode der beiden komplementären Transistoren ist an einem Kollektor von zwei mit ihrer Basis an die Eingänge des Differenzverstärkers geschalteten Transistoren angeschlossen.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich in Verbindung
mit den übrigen Unteransprüchen aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles und aus der dazugehörigen Zeichnung.

In der in der Zeichnung dargestellten Schaltungsanordnung
sind mit den Bezugszahlen 10 und 11 die Plus- bzw. Minusleitung für die Stromversorgung aus einer nicht dargestellten

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Gleichstromquelle gekennzeichnet. Ein nicht invertierender Eingang 12 eines Differenzverstärkers 20 ist an der Basis eines Transistors 21 angeschlossen, während der invertierende Eingang 13 an der Basis eines Transistors 22 liegt. Der nicht invertierende Eingang 12 ist zur Verdeutlichung mit einem Pluszeichen gekennzeichnet, während der invertierende Eingang 13 mit einem Minuszeichen versehen ist. Entsprechend diesen Vorzeichen erfährt das Ausgangssignal an einem Ausgang 14 des'Differenzverstärkers 2Q eine Potentialänderung bei einer Spannungsänderung an den'Eingangsklemmen 12 und 13. Die Emitter der beiden Transistoren 21 und 22 sind zum Verbindungspunkt 23 geführt, von dem aus ein Widerstand 24 und parallel dazu eine Konstantstromquelle 25 an der Minusleitung 11 liegen. Während der Kollektor des Transistors 22 über einen Widerstand 26 an der Plusleitung 10 angeschlossen ist, liegen in der Leitung 27 vom Kollektor des Transistors 21 zur Plusleitung 10 außer einem Widerstand 28 die beiden Dioden 29 und 30. Außerdem liegt zwischen der Plusleitung 10 und der Minusleitung 11 eine. Reihenschaltung von zwei komplementären Transistoren 31 und 32 und einem Widerstand 33· Die Basis des NPN-Transistors 31 ist an dem Kollektor des Transistors 22 angekoppelt und die Basis des PNP-Transistors 32 ist mit dem Kollektor des Transistors 21 verbunden. Den Ausgang 14 des Differenzverstärkers 20 bildet die Verbindungsstelle des Widerstandes 33 mit dem Kollektor des PNP-Transistors 32. Dieser Ausgang 14 ist mit der Basis eines NPN-Transistors 15 verbunden, an dessen Emitter sowohl der invertierende Eingang 13 des Differenzverstärkers 20 angeschlossen ist, als auch ein zur Minusleitung 11 führender Widerstand 17· Eine Klemme 18 bildet schließlich den Ausgang der Schaltungsanordnung und sie ist mit dem Kollektor des NPN-Transistors 15 verbunden.

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Die als Beispiel angegebene Schaltungsanordnung zur Umsetzung einer Eingangsspannung in einen zu dieser Eingangsspannung proportionalen Ausgangsstrom arbeitet in der folgenden Weise.

Die Spannung am Verbindungspunkt 23 gegen die Minusleitung 11 wird aus den Emitterströmen durch die Transistoren 21 und 22 und durch die Konstantstromquelle 25 bestimmt. Ein Spannungsanstieg am Eingang 12 des Differenzverstärkers 20 erhöht den Stromfluß durch den Transistor 21 und damit den Stromfluß durch den Widerstand 28 und die beiden in Durchlaßrichtung geschalteten Dioden 29 und 30. Die Spannung am Kollektor des Transistors 21 sinkt dadurch ab und steuert den Transistor 32 durch. Infolge des konstanten Stroms durch die Konstantstromquelle 25 wird bei einem Stromanstieg durch den Transistor 21 der durch den Transistor 22 fließende Strom abgesenkt. Der Spannungsabfall über dem Widerstand 26 verringert sich und dies bedeutet ebenfalls ein Durchschalten des Transistors 31· Sowohl der Transistor 31 als auch der Transistor 32 sind dadurch leitend und heben die Spannung über dem Widerstand 33 und damit am Ausgang Ik des Differenzverstärkers 20 an. Dies bewirkt wiederum ein stärkeres Leitendvierden des Transistors 15, dessen Stromfluß dadurch erhöht wird und damit ebenfalls die Spannung über den Widerstand 17. Die Rückkopplung der Spannung am Emitter des Transistors 15 auf den invertierenden Eingang 13 bewirkt eine Gegenkopplung des Differenzverstärkers 20 und damit nur einen beschränkten Anstieg der Spannung am Ausgang Ik des Differenzverstärkers 20.

Eine Absenkung der Spannung am Eingang 12 bewirkt demgegenüber einen Rückgang der Spannung am Ausgang Ik des Differenzverstärkers und damit einen verringerten Stromfluß durch den Kollektor des Transistors 15 und damit auch eine Verringerung des Ausgangsstromes an der Klemme 18.

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Der vorstehenden Beschreibung läßt sich nun nicht ohne weiteres entnehmen, daß diese Schaltungsanordnung die gewünschte Proportionalität zwischen dem Ausgangsstrom und der Eingangsspannung liefert. Aus diesem Grund sollen nun im folgenden einige Formeln zur Verdeutlichung dieses gewünschten Zusammenhanges angegeben werden. Vorangestellt sei eine Zusammenstellung der in den Formeln vorkommenden Größen. Dabei bedeuten:

Ul4 die Ausgangsspannung gemessen vom Ausgang 14 des Differenzverstärkers 20 gegen die Minus leitung 11,

U12 die Spannung von Eingang'12 gegen die Minusleitung 11 und

U13 die Spannung vom invertierenden Eingang 13 ebenfalls gegen die Minusleitung 11,

ν sei die Verstärkung des Differenzverstärkers und wesentlich größer als 1,

UBE sei die Spannung der Basis-Emitterstrecke des Transistors 15,

R17 der Widerstand 17 und

118 der Kollektorstrom des Transistors 15.

Die Basisströme der einzelnen Transistoren seien hier vernachlässigt.

Damit ergeben sich die folgenden Beziehungen:

1) UlM = v.(U12 - Ü13)

2) U13 = 118 . R17

3) U14 = U13 + UBE

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(1) und (3) gleichgesetzt

U13 + UBE = ν.(U12 - U13)
U13.(1 + ν) = ν . U12 - UBE

Ü12 - UBE

mit ν » 1 folgt

5) U13 = Ü12 und damit 118 =

R17

Die mathematischen Beziehungen zeigen also eine Proportionalität zwischen dem Ausgangsstrom und der Eingangsspannung. Die
dabei gemachte Vernachlässigung der Basisströme kann beim heutigen Stand der Technologie für die Transistoren und vor allem bei der Verwendung von Feldeffekttransistoren anstelle von bipolaren Transistoren in Kauf genommen werden.

Als großer Vorteil dieser Schaltungsanordnung kann die Tatsache angenommen werden, daß sie besonders gut in einer integrierten Schaltungsanordnung hergestellt werden kann.

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Claims

Ansprüche

1.) Schaltungsanordnung zur Umsetzung einer Eingangsspannung in einen zu dieser Eingangsspannung proportionalen Ausgangsstrom, dadurch gekennzeichnet, daß einem nicht invertierenden Eingang (12) der beiden zueinander komplementären Eingänge (12 und 13) eines Differenzverstärkers (20) die Eingangsspannung zuführbar ist, der Ausgang (14) des Differenzverstärkers (20) an der Basis eines in Kollektorschaltung arbeitenden Transistors (15) angeschlossen ist, dessen Emitter mit dem invertierenden Eingang (13) des Differenzverstärkers (20) in Verbindung steht, und dessen Kollektorstrom der zur Eingangsspannung proportionale Ausgangsstrom der Schaltungsanordnung ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Ausgang (l'O des Differenzverstärkers (20) ein Verbindungspunkt einer Reihenschaltung eines Widerstandes (33) und zweier hintereinander liegender komplementärer Transistoren (31 und 33) zwischen einer Plus- und einer Hinusleitung (10 und 11) bildet und jede Basiselektrode der beiden komplementären Transistoren (31 und 32) an einen Kollektor von zwei mit ihrer Basis an die Eingänge (12 und 13) des Differenzverstärkers (20) geschalteten Transistoren (21 und 22) angeschlossen ist.

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3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß zwischen den Kollektor des Transistors (21) und einen an'der Plusleitung (10) angeschlossenen Widerstand (28) zwei Dioden (29 und 30) in Durchlaßrichtung schaltbar sind.

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