DE2349462A1

DE2349462A1 - Stabilisationsschaltung fuer einen konstanten strom

Info

Publication number: DE2349462A1
Application number: DE19732349462
Authority: DE
Inventors: James Barton Cecil; Walter Richard Davis
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1972-10-03
Filing date: 1973-10-02
Publication date: 1974-04-11
Also published as: JPS5414750B2; FR2201578A1; US3777251A; FR2201578B1; GB1396669A; DE2349462C3; DE2349462B2; JPS4972646A

Description

PATENTANWÄLTE ZdA 94 D 2

DiPL.-ING. LEO FLEUCHAUS DR.-ING. HANS LEYH

DIPL.-IUG. ERfJST RATHMANN

Mönchen τι, 1. Oktober 1973

Metchioratr. 42

Unser Zeichen: MO95P-1O5O

Motorola, Inc.

9^01 West Grand Avenue

Franklin Park, Illinois

V.St.A.

Stabilisationsschaltung fur einen konstanten Strom

Die Erfindung betrifft eine Stabilisationssehaltung für einen von einer Konstantstromquelle abgeleiteten Strom, die die Versorgung einer Last mit einem im wesentlichen konstanten Strom bewirkt, wobei die Eonstantstromquelle an ein Bezugspotential angeschlossen ist.

Es ist häufig erforderlich, dass bestimmte Verbraucher mit einem konstanten Strom gespeist werden. Bei derartigen Verbrauchern kann es sich z.B. um Operationsverstärker, handeln. Der von einer Konstantstromquelle gelieferte Strom kann gewisse Änderungen erfahren, die abhängig sein können von dem Speisestrom bzw. der Speisespannung für die Konstantstromquelle. Wenn diese Änderungen auftreten, wirkt sich dies auch auf die Arbeitsweise des Verbrauchers, im vorliegenden Fall des Operationsverstärkers, aus, dessen Arbeitsweise von einer

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. Z MO95P-1O5O '

sich ändernden Stromansteuerung wesentlich beeinflusst wird.

Es sind eine Vielzahl von Schaltungen bekannt, um einen konstanten Strom zu schaffen, jedoch sind diese Schaltungen mit Nachteilen behaftet, die z.B. darin bestehen können, dass die Schaltungen empfindlich gegen Änderungen der Ausgangsspannung bzw. des Ausgangsströmes der Konstantstromquelle sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stabilisierungsschaltung für eine Konstantstromquelle zu schaffen, die die Einspeisung eines wesentlichen Konstantstromes in einen Verbraucher gewährleistet. Die Schaltung soll so aufgebaut sein, · dass sie im Hahmen einer integrierten Bauweise einfach und ohne wesentliche zusätzliche Herstellungsschritte zusammen mit der übrigen Schaltung hergestellt werden kann.

Diese Aufgäbe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Konstantstromquelle in Serie zu einem PN-Übergang liegt, der in Richtung auf einen dazu in Serie geschalteten Halbleiter zur ,Stromableitung polarisiert ist, wobei die eine Hauptelektrode des Halbleiters mit der Diode in einem Verbindungspunkt verbunden ist;, dass die zweite Hauptelektrode des Halbleiters zur Stromableitung am Bezugspotential liegt, dass die dynamische Charakteristik des Halbleiters zur Stromableitung gleich der dynamischen Charakteristik des PN-Überganges ist und aufgrund einer Rückkopplung die Verstärkung 1 hat, dass die Rückkopplung einen Halbleiter umfasst,, dessen Steuerelektrode an den Verbindongspunkt der Konstantstromquelle mit der Diode angeschlossen ist, und der mit einer Hauptelektrode an der Steuerelektrode des Halbleiters zur Stromableitung liegt, um diesem Halbleiter ein Signal zuzuführen, das den Änderungen des Stromes entspricht und die Spannung im Verbindungspunkt konstant hält, und dass der Verbindungspunkt mit dem Eingang einer Ausgangsschaltung verbunden ist und in Abhängigkeit von der konstanten Spannung am Verbindungspunkt einen konstanten Strom an die Last liefert.

- 2 - ' Weitere 4 0 9 8 15/0887

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Weitere Merkmale und Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von weiteren Ansprüchen.

Die Erfindung wird "besonders vorteilhaft bei einer Stabilisierungsschaltung verwirklicht, die einen ersten Transistor umfasst, der mit seinem Kollektor an die Kathode' einer Diode angeschlossen ist, deren Anode einerseits mit der Konstantstromquelle und andererseits mit der Basis eines zweiten Transistors S verbunden ist, der in einer Rückkopplungsschleife liegt. Der Emitter des zweiten Transistors ist mit der Basis des ersten Transistors gekoppelt. Der dynamische Scheinleitwert der Diode ist im wesentlichen gleich dem Gegenwirkleitwert des ersten Transistors, so dass.die BpenriungDverstärkung dieses Transistors 1 ist. Die AuGgan^noJ.ekbrode des ersten Transistors, d.h. der Verbindungspunkt den Kollektors mit der Diode ist an die Basis eines dritten Transistors angeschlossen, der in einer ausgangsseitigen Schaltung liegt und den der Last bzw. dem Verbraucher zugeführten Strom stabilisiert bzw. konstant hält. ■. ·

Als Konstantstromquelle· kann ein Feldeffekttransistor Verwendung finden, der in Serie zu der Diode und dem ersten Transistor liegt. Jegliche Änderungen des Stromes über den Feldeffekttransistor, die sich aufgrund von Spannungsänderungen in der Versorgungsspannung ergeben .bzw. auch von Fabrikationseinflüssen abhängig sein können, werden durch die Stabilisationsschaltung gemäss der Erfindung in vorteilhafter Weise kompensiert, so dass der Verbraucher im wesentlichen mit einer ko'nstanten Spannung angesteuert werden kann, unabhängig von den zufällig während des Verfahrens sich ergebenden unterschiedlichen charakteristischen Werten des für die Konstantstromquelle verwendeten Feldeffekttransistors.

- 3 - ■ Die

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Die Vorteile und Merkmale) t\uv I ir ft η du ng ergeben sich auch aus der nachfolgenden Bonchru l.bmiß· einen Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den Ansprüchen und der aus einer Figur bestehenden Zeichnung, die eine bevorzugte Ausführungsform einer Stabilisatiqnsschaltung für einen Konstantstrom zeigt.

.Die Strom-Stabilisatipnsschaltung ist in der Zeichnung mit dem Bezugszeichen 10 vexsehen und umfasst die innerhalb der gestrichelten Linie dargestellten Elemente. Die Stabilisationsschaltung 10 ist mit ihrem Eingang 12 an den Ausgang 15 einer KonstantStromquelle 14 angeschlossen, die im vorliegenden Fall aus einem Feldeffekttransistor gebildet wird. Der Feldeffekttransistor wird von einer ersten Spannungsquelle aus bzw. von einer nicht dargestellten Versprgungsquelle angesteuert und ist mit der Klemme 16 an diese angeschlossen. Obwohl die Konstantstromquelle in Form eines Feldeffekttransistors dargestellt ist, kann die Erfindung auch für beliebig andere Stromquellen, z.B. in Form eines Widerstandes, verwendet werden, der. den Feldeffekttransistor ersetzt.

Die Ausgangsklemme 18 der Stabilisationsschaltung 10 ist über eine Leitung 22 mit einer Last 20 verbunden, die ebenfalls an die Versorgungsspannung im Punkt 24 angeschlossen ist, wobei diese Versorgungsspannung in der Regel von der Spannungsversorgung für den Feldeffekttransistor verschieden ist.

Die Stabilisationsschaltung 10 umfasst eine Diode 26, deren Anode mit der Konstantstromquelle 14 verbunden ist. Die Kathode 30 dieser Diode liegt am Kollektor 32 eines Transistors 34. Ein zweiter Transistor 36 liegt in einem Rückkopplungszweig und ist mit seiner Basis 38 an den Ausgang der Konstantstromquelle und die Anode der Diode 26 angeschlossen. Der Kollektor 40 des Transistors 36 liegt über eine Leitung 39 an der Klemme 16 für die Spannungsversorgung, an welcher die Konstantstromquelle 14 liegt. Der Emitter 42 des Transistors 36 ist über

- 4 - eine

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eine Leitung 44 mit der Basis 46 des Transistors 34 verbunden und liegt ferner über einen Widerstand 48 an Masse. Der Emitter 50 des Transistor 34 ist ebenfalls an Masse- angeschlossen.

Die ausgangsseitige SbuJ'e \.ul dor Stabilisationsschaltung umfasst einen Transistor 54, donse-n Basis 56 nj.it dem Kollektor ^; 32 des Transistor 34- verbünden ist. Der Kollektor 58 dieses I Transistors 54 ist mit der Last 22 über die Klemme 18 .verbun- ! den, wogegen der Emitter des Transistors 54- über einen Wider- ' stand 62 an Masse liegt. ■ !

Der dynamische Scheinleitwert der Diode 26 ist im wesentlichen gleich dem Gegenwirkleitwert des Transistors 34-. Die Verstärkung eines Transistors ist gleich dem Gegenwirkleitwert, multipliziert mit dem Lastwiderstand bzw. gleich dem Gegenwirkleitwert, dividiert durch den Scheinleitwert der Last. Der Transistor zeigt somit eine Spannungsverstärkung von 1, wenn der Scheinleitwert der Diode gleich dem Gegenwirkleitwert des Transistors ist. Im Betrieb wird unabhängig vom 'Strom, der von der Konstantstromquelle 14 wegfliesst, die der Basis des Transistors 54- zugeführte Spannung im wesentlichen konstant gehalten.

Der Transistor 36 in der Rückkopplungsschleife stellt den vom Transistor 34 nach Masse abgeleiteten Strom ein, um dadurch die Spannung am Verbindungspunkt 64 im wesentlichen konstant zu halten, unabhängig von Änderungen in der Versorgungsspannung oder von Änderungen des Feldeffekttransistors der Konstantstromquelle. Die Spannung am Verbindungspunkt kann Jedoch in Abhängigkeit von der Temperatur und/oder Änderungen des Widerstandes veränderlich sein. Diese Spannungsänderung sin Abhängigkeit von der Temperatur am Verbindungspunkt 64 kompensiert jedoch Änderungen der Basis-Emitterspannung des Transistors 54, so dass ein konstanter Strom am Kollektor 58 desselben erzeugt wird. Zur Erklärung wird

! - 5 - angenommen

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angenommen, dass die Last 20 einen Operationsverstärker darstellt, der eine Vorspannung mit im wesentlichen konstantem Bezugsstrom erfordert. Dies wird mit Hilfe der Stabilisationsschältung 10 gemäss der Erfindung sichergestellt. Jegliche Änderung des von der Κοιιπ Lnnl;nbromquelle 14 abgeleiteten Stromes wird durch die ßlnb i Li. πα b ions schaltung in der beschriebenen Weise kompensiert, urn den Strom über die Leitung 22 im wesentlichen konstant zu halten. '

Wenn man z.B. annimmt, dass der von der Konstantstromquelle 14 abgeleitete Strom ansteigt, fliesst dieser grössere Strom über die Diode 26 und die Basis 38 des Transistors 36. Der erhöhte Basisstrom bewirkt einen grösseren Stromfluss über den Emitter 42 des Transistors 36. Dieser höhere Strom fliesst über den Widerstand 48 und die Basis 46 des Transistors 34. Durch den erhöhten Basisstrom des Transistors 34 wird dessen Kollektorstrom vergrössert, wodurch der überschüssige Strom über die Diode 26 nach Masse abgeleitet wird und damit die Spannung an der Basis des' Transistors 54 im wesentlichen konstant bleibt.

Betrachtet man diesen Zusammenhang unter Berücksichtigung der Spannungsverhältnisse, so bewirkt ein sich vergrössernder ausgangsseitiger Strom von der Konstantstromquelle 14 eine entsprechende Vergrösserung der Spannung im Verbindungspunkt 66, die jedoch wegen des Rückkopplungstransistors 36 auch bewirkt, dass die Spannung an der Basis des Transistors 34 um den gleichen Betrag ansteigt. Da der Transistor 34 die Verstärkung 1 hat, wird die Spannung am Kollektor durch die ansteigende Spannung an der Basis verkleinert, womit die Spannung im Verbindungspunkt 64 konstant gehalten wird und damit den Strom zur Last 20 nicht beeinflussen kann. Die Stabilisationsschaltung, die lediglich drei Transistoren und eine Diode umfasst, kann sehr einfach als integrierte Schaltung ausgeführt werden. ·

- 6 - Patentansprüche

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Claims

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Patentansprüche

Stabilisationsschaltung für einen von einer Konstantstromquelle abgeleiteten Strom, die' die Versorgung einer Last mit einem im wesentlichen konstanten Strom bewirkt, wobei die Konstantstromquelle an ein Bezugspotential angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Konstantstromquelle (Feldeffekttransistor 14) in Serie zu einem PN-Übergang .(Diode 26) liegt, der in Richtung auf einen dazu in Serie geschalteten-Halbleiter (Transistor 34) zur Stromableitung polarisiert ist, wobei die eine Hauptelektrode (32) des Halbleiters mit der Diode (26) in einem Verbindungspunkt (64) verbunden ist, dass die zweite Hauptelektrode (50) des Halbleiters zur Stromableitung am Bezugspotential liegt, dass die -¹ dynamische Charakteristik des Halbleiters zur Stromableitung gleich der dynamischen Charakteristik des PN-Überganges, ist und aufgrund einer Rückkopplung die Verstärkung 1 hat, dass die Rückkopplung einen Halbleiter (36) umfasst, dessen Steuerelektrode an den Verbindungspunkt der Konstantstromquelle mit der Diode angeschlossen ist, und der mit einer Hauptelektrode an der Steuerelektrode (46) des Halbleiters zur Stromableitung liegt, um diesem Halbleiter ein Signal zuzuführen, das den Änderungen des Stromes entspricht und die Spannung im Verbindungspunkt · (64) konstant hält, und dass der Verbindungspunkt (64) mit dem Eingang einer Ausgangsschaltung (Transistor 54) verbunden ist und in Abhängigkeit von

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ORiQSNAL NSPECTED

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der konstanten Spannung am Verbindungspunkt einen konstanten Strom an die Last (20) liefert.
2. Stabilisationsschaltung nach Anspruch 1, dadurch g e kennzeichnet, dass der Ruckkopplungshalbleiter (36) mit der zweiten Hauptelektrode an der Versorgungsspannung für die Konstants'tromquelle liegt, und dass, in Serie zu der ersten Hauptelektrode ein Widerstand geschaltet-ist, an dem das Steuerpotential für den Halbleiter zur Stromableitung entsteht.
3. Stabilisationsschaltung nach .Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn· ze ichnet, dass die Ausgangsschaltung einen Transistor (5^) umfasst, dessen erste Haupt-

. elektrode (58) mit der Last (20) und dessen zweite · Hauptelektrode (60) mit cer Bezugsspannung verbunden sind, wobei die Steuerelektrode (56) am '■Verbindungspunkt (64) liegtL
4-. Stabilisationsschaltung nach Anspruch 1, dadurch g e kenn z'e ichnet, dass der Halbleiter zur Stromableitung aus einem Transistor und der EN-Übergang aus einer Diode bestehen, deren dynamischer Scheinleitwert im wesentlichen gleich dem Gegenwirkleitwert des Transistors ist.
5. Stabilisationsschaltung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet, dass die Konstantstromquelle von einem Feldeffekttransistor gebildet wird.

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