DE2349462B2

DE2349462B2 - Stabilisationsschaltung fuer einen konstanten strom

Info

Publication number: DE2349462B2
Application number: DE19732349462
Authority: DE
Inventors: James Barton Mesa; Davis Walter Richard Tempe; Ariz. Cecil (V.St.A.)
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1972-10-03
Filing date: 1973-10-02
Publication date: 1977-03-03
Also published as: DE2349462A1; JPS4972646A; DE2349462C3; FR2201578A1; GB1396669A; US3777251A; JPS5414750B2; FR2201578B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Stabilisationsschaltung für einen von einer KonstantstromqueUe abgeleiteten Strom, die die Versorgung einer Last mit einem im wesentlichen konstanten Strom bewirkt, mit einem vom Ausgangsstrom der KonstantstromqueUe angesteuerten und an der gleichen Versorgungsspannung liegenden so ersten Transistor, der auf einen emitterseitig über einen Widerstand an Bezugspotential liegenden Lasttransistor einwirkt

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 KonstantstromqueUe 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 sich ändernden Stromansteuerung wesentlich beeinflußt wird.

Es sind eine Vielzahl von Schaltungen bekannt, um einen konstanten Strom ::u schaffen, wobei Zenerdioden Verwendung finden, deren Durchbruchsspannung als Bezugsgröße für die Stromstabilisierung dient (DT-AS 12 93 306). Es ist auch bereits bei einer Schaltung der eingangs zitierten Art bekannt, einen Steuertransistor mit dem Ausgangsstrom einer KonstantstromqueUe zu beaufschlagen und damit die Aussteuerung eines Lasttransistors zu beeinflussen (DT-OS 22 04 016).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stabilisationsschaltung der eingangs genannten Art zu schaffen, die die Einspeisung eines Konstantstromes in einen Verbraucher gewährleistet, wobei die Schaltung so aufgebaut sein soll daß sie auch im Rahmen einer integrierten Bauweise einfach und mit sehr wenigen zusätzlichen Elementen ohne wesentliche zusätzliche Herstellungsschritte zusammen mit der übrigen Schaltung ausführbar ist

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß die KonstentstromqueUe zu einem PN-Übergang und der Kollektor-Emitter-Strecke eines zweiten Transistors in Serie geschaltet ist, wobei der PN-Übergang in Richtung auf den zweiten Transistor polarisiert ist, daß der Verbindungspunkt des PN-Übergangs mit dem zweiten Transistor an der Basis des Lasttransistors liegt, daß der zweite Transistor mit seiner Basis an den Emitter des ersten Transistors und mit seiner zweiten Hauptelektrode an Bezugspotential angeschlossen ist und daß die dynamische Charakteristik des zweiten Transistors gleich der dynamischen Charakteristik des PN-Überganges ist

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der PN-Übergang aus einer Diode besteht, deren dynamischer Scheinleitwert im wesentlichen gleich dem Gegenwirkwert des zweiten Transistors ist. Das für die Ansteuerung des zweiten Transistors benötigte Steuerpotential wird von einem Widerstand geliefert der zwischen dem ersten Transistor und das Bezugspotential geschaltet ist

Durch die Maßnahmen der Erfindung wird in vorteilhafter Weise über den ersten Transistor eine Rückkopplung in der Weise geschaffen, daß der zweite Transistor und der angepaßte PN-Übergang bzw. die Dode die Verstärkung 1 erhalten und damit am Verbindungspunkt dieser beiden Elemente sich unabhängig von der Änderung der Ausgangsspannung der KonstantstromqueUe eine konstante Spannung einstellt. Diese Spannung dient der Ansteuerung des Lasttransistors, so daß der über diesen Lasttransistor fließende Strom ebenfalls konstant gehalten wird.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den Ansprüchen und der aus einer Figur bestehenden Zeichnung, die eine bevorzugte Ausführungsform einer Stabilisationsschaltung für einen Konstantstrom zeigt

Die Strom-Stabilisationsschaltung ist in der Zeichnung mit dem Bezugszeichen 10 versehen und umfaßt die innerhalb der gestrichelten Linie dargestellten Elemente. Die Stabilisationsschaltung 10 ist mit ihrem Eingang 12 an den Ausgang 13 einer KonstantstromqueUe 14 angeschlossen, die im vorliegenden Fall aus einem Feldeffekttransistor gebildet wird. Der Feldeffekttransistor wird von einer ersten Spannungsquelle aus bzw. von einer nicht dargestellten Versorgungsquelle angesteuert und ist mit der Klemme 16 an diese angeschlossen. Obwohl die KonstantstromqueUe in Form eines Feldeffekttransistors dargestellt ist, kann die Erfindung auch für beliebige andere Stromquellen, z. B. in Form eines Widerstandes, verwendet werden, der den Feldeffekttransistor ersetzt

Die Ausgangsklemme 18 der Stabilisationsschaltung 1Ό 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 über die Leitung 28 mit der Konsvantstromquelle 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 im Punkt 66 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 eine Leitung 44 mit der Basis 46 des Transistors 34 verbunden und liegt ferner über einen Widerstand 48 an Masse. Der Emitter 50 des Transistors 34 ist ebenfalls an Masse angeschlossen.

Die ausgangsseitige Stufe 52 der Stabilisationsschaltung umfaßt einen Transistor 54, dessen Basis 56 mit dem Kollektor 32 des Transistors 34 verbunden ist Der Kollektor 58 des Transistors 54 ist mit der Last 20 über die Klemme 18 verbunden, wogegen der Emitter 60 des Transistors 54 über einen Widerstand 62 an Masse Hegt.

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 64 kann jedoch in Abhängigkeit von der Temperatur und/oder Änderungen des Widerstandes veränderlich sein. Diese Spannungsänderung in 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 angenommen, daß die Last 20 einen Operationsverstärker darstellt der eine Vorspannung mit im wesentlichen konstantem Bezugsstrom erfordert Dies wird mit Hilfe der Stabilisationsschaltung 10 gemäß der Erfindung sichergestellt Jegliche Änderung des von der Konstantstromquelle 14 abgeleiteten Stromes wird durch die Stabilisationsschaltung in der beschriebenen Weise kompensiert, um den Strom über die Leitung 22 im wesentlichen konstant zu halten.

Wenn man z. B. annimmt daß der von der Konstantstromqueile 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Stabilisationsschaltung für einen von einer KonstantstromqueUe abgeleiteten Strom, die die Versorgung einer Last mit einem im wesentlichen s konstanten Strom bewirkt, mit einem vom Ausgangsstrom der KonstantstromqueUe angesteuerten und an der gleichen Versorgungsspannung liegenden ersten Transistor, der auf einen emitterseitig aber einen Widerstand an Bezugspotential Hegenden Lasttransistor einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die KonstantstromqueUe (14) zu einem PN-Übergang (26) und der KoUektor-. Emitter-Strecke eines zweiten Transistors (34) in Serie geschaltet ist, wobei der PN-Übergang in Richtung auf den zweiten Transistor (34) polarisiert ist, daß der Verbindungspunkt (64) dt.s PN-Übergangs (26) mit dem zweiten Transistor (34) an der Basis des Lasttransistors (54) liegt, daß der zweite Transistor (34) mit seiner Basis an den Emitter des ersten Transistors (36) und mit seiner zweiten Hauptelektrode an Bezugspotential angeschlossen ist und daß die dynamische Charakteristik des zweiten Transistors gleich der dynamischen Charakteristik des PN-Übergangs ist

2. Stabilisationsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der erste Transistor (36) mit der an die Basis des zweiten Transistors (34) angeschlossenen Elektrode über einen das Steuerpotential für den zweiten Transistor (34) liefernden Widerstand (48) mit Bezugspotential verbunden ist.

3. Stabilisationsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der PN-Übergang aus einer Diode (26) besteht deren dynamischer Scheinleitwert im wesentlichen gleich dem Gegenwirkleitwert des zweiten Transistors (34) ist

4. Stabilisationsschalturg nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß die KonstantstromqueUe von einem Feldeffekttransistor gebildet wird.