DE2357641A1 - VOLTAGE OR CURRENT STABILIZATION CIRCUIT - Google Patents
VOLTAGE OR CURRENT STABILIZATION CIRCUITInfo
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Description
PATENTANWÄLTEPATENT LAWYERS
DIPL.-ING. LEO FLEUCHAUS DR.-ING. HANS LEYHDIPL.-ING. LEO FLEUCHAUS DR.-ING. HANS LEYH
DIPL.-ING. ERNST EATHMANNDIPL.-ING. ERNST EATHMANN
München 71, 19. November 1973Munich 71, November 19, 1973
Melchioretr. 42Melchioretr. 42
Unser Zeichen: M0102P-1074Our reference: M0102P-1074
Motorola, Inc. 94-01 West G-rand Avenue Franklin Park, Illinois V.St.A.Motorola, Inc. 94-01 West G-rand Avenue Franklin Park , Illinois V.St.A.
Spannungs- bzw. StromstabilisationsschaltungVoltage or current stabilization circuit
Die Erfindung betrifft eine Spannungsstabilisationsschaltung, mit der eine stabilisierte Spannung zwischen einem ersten und einem zweiten'"Leiter in Abhängigkeit von einer unstabilisierten Sp'annung zwischen dem ersten und einem dritten Leiter herstellbar ist, mit einem ersten Bezugsspannungselement, das mit der einen Elektrode am ersten Leiter liegt, sowie einem ersten aktiven Halbleiterelement, dessen Steuerelektrode an der anderen Elektrode des ersten Bezugsspannungselementes liegt und mit einer weiteren Elektrode an den zweiten Leiter gekoppelt ist.The invention relates to a voltage stabilization circuit, with which a stabilized voltage between a first and a second '"conductor depending on an unstabilized one Voltage can be produced between the first and a third conductor is, with a first voltage reference element, with one electrode is on the first conductor, and a first active semiconductor element, the control electrode of which is on the other Electrode of the first reference voltage element is and coupled to a further electrode to the second conductor is.
Spannungs- bzw. Stromstabilisationsschaltungen sind in der elektronischen Schaltungstechnik weit verbreitet und in Form von unterschiedlichsten Schaltungen mit unterschiedlicher Komplexibilität allgemein bekannt. Für kommerzielle Anwendungen in grossem Umfang ist es zwingend, dass Spannungs-Voltage and current stabilization circuits are in the Electronic circuit technology widespread and in the form of a wide variety of circuits with different Complexity is well known. For commercial use to a large extent it is imperative that tension
Fs/wi "-■■"" stabilisationsschaltungen Fs / wi "- ■■"" stabilization circuits
409823/0782409823/0782
M0102P-1074M0102P-1074
stabilisationsschaltungen derart aufgebaut, sind, dass sie äusserst einfach und billig hergestellt werden können, so dass sie die eigentliche kommerzielle Schaltung durch ihren Preis nur unwesentlich beeinflussen. In bekannten Stabilisationsschaltungen sind Zenerdioden allgemein angewendet, um Bezugsspannungen, zu schaffen. Es ist jedoch bekannt, dass Zenerdioden über einen bestimmten Minimalstrom hinaus vorgespannt sein müssen, um gewisse Formen von StörSignalen zu unterdrücken. In der Regel ist dieser Strom ausreichend gross, um einen wesentlichen Spannungsabfall an parasitären Widerständen zu erzeugen, die in Sei'ie zu der Zenerdiode geschaltet sind. Venn, sich somit der Strom in Abhängigkeit von einer unstabilisierten Versorgungss-pannung wesentlich ändert, leidet darunter die beabsichtigte Spannungsstabilisation ganz wesentlich.Stabilization circuits are constructed in such a way that they can be produced extremely easily and cheaply, so that their price has only insignificant influence on the actual commercial circuit. In known stabilization circuits, Zener diodes are generally used to create reference voltages. It is known, however, that Zener diodes must be biased beyond a certain minimum current in order to suppress certain forms of interference signals. As a rule, this current is sufficiently large to produce a substantial voltage drop across parasitic resistances that are connected in series with the Zener diode. , Thus the current as a function of an unstabilized changes Versorgungss-oltage much Venn will suffer the intended voltage stabilization essential.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stabilisatipnsschaltung zu schaffen, die diese Na'chteile überwindet ,und auch bei' einer wechselnden unstabilisierten Versorgungsspannung die gewünschte Spannungs- bzw. Stromstabilisations zu bewirken, wobei die Schaltung in einfachster Weise herstellbar ist und -somit im .Rahmen elektronischer Schaltungen vielseitigst eingesetzt werden kann.The invention is based on the object of a stabilization circuit to create that overcomes these night parts, and even with a changing unstabilized supply voltage the desired voltage or current stabilization cause, the circuit can be produced in the simplest possible way and -somit most versatile in the frame of electronic circuits can be used.
Diese Aufgabe wird, ausgehend von der eingangs erwähnten Schaltung, erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass ein zweites aktives Halbleiterelement mit einem niedrigen Betawert vor-handen ist, dessen Steuerelektrode mit der einen Elektrode des ersten aktiven Halbleiterelementes verbunden ist und das mit einer ersten Elektrode an dem dritten sowie mit einer zweiten Elektrode an der anderen Elektrode des ersten Bezugsspannungselementes liegt. · ·.Based on the circuit mentioned at the beginning, this object is achieved according to the invention in that a second active semiconductor element with a low beta value is present, its control electrode with one electrode of the first active semiconductor element is connected and that with a first electrode on the third and with a second electrode is on the other electrode of the first reference voltage element. · ·.
Weitere Merkmale und Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von weiteren Ansprüchen.Further features and refinements of the invention are Subject of further claims.
_ 2 - Bj-e _ 2 - Bj-e
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■ «^ · " M0102P-1074■ «^ ·" M0102P-1074
Die Massnahmen der Erfindung "führen in vorteilhafter Weise zu einer Stabilisationsschaltung, "bei der. durch eine Rückkopplungsschleife der einer Zenerdiode zugeführte Strom dafür sorgt, dass die Bezugsspannung an der Zenerdiode festgehalten wird. Dieser Vorspannungsstrom für die Zenerdiode ist verhältnismässig gut kontrolliert und im wesentlichen unabhängig von der nicht stabilisierten Eingangsspannung bzw. dem Lasts.trom, so dass der Vorspannungsstrom auf einen Wert festgelegt werden kann, der über dem Niveau liegt, das für das Einhalten eines geringen Rauschens notwendig 1st, ohne dass dadurch die Stabilisation nachteilig beeinflusst wird. Dies ergibt sich insbesondere aufgrund des im wesentlichen konstanten Stroms in der Rückkopplungsschleife beim Normalbetrieb der Schaltung. - .The measures of the invention "lead to in an advantageous manner a stabilization circuit, "in which. through a feedback loop the current fed to a zener diode ensures that the reference voltage is maintained at the zener diode will. This bias current for the zener diode is proportionate well controlled and essentially independent of the non-stabilized input voltage or load current, so that the bias current can be set to a value above the level required for the It is necessary to maintain a low level of noise without adversely affecting the stabilization. this arises in particular due to the essentially constant current in the feedback loop during normal operation the circuit. -.
Die Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den Ansprüchen und der aus einer Figur bestehenden Zeichnung, in welcher eine Spannungs- bzw. Stromstabilisationsschaltung gemäss der Erfindung dargestellt ist.The features and advantages of the invention also emerge from the following description of an exemplary embodiment in conjunction with the claims and from one figure existing drawing in which a voltage or current stabilization circuit is shown according to the invention.
In der Zeichnung, sind die Eingangsklemmen der Stabilisationsschaltung mit 10 und 11 bezeichnet und werden mit einer nicht stabilisierten Spannung beaufschlagt, wobei die Spannung an der Klemme 10 bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel einem positiven "Wert entspricht. Parallel zu den' Eingangsklemmen liegt ein Widerstand 12 in Serie zu einer Zenerdiode 13, die eine Bezugsspannung liefert, wobei die Kathode dieser Zenerdiode mit dem Widerstand 12 \erbunden ist. An der Kathode der Zenerdiode 13 liegt ferner die Basis eines NPN Transistors, dessen Kollektor mit der Klemme 10 in Verbindung steht. Der Emitter dieses Transistors 15 ist zu einem Verbindungspunkt 16 geführt, der Teil einer Rückkopplungsschleife 17 ist. Diese 'Rückkopplungsschleife 17 umfasst eine Halbleiteranordnung mit niedrigem·Betawert, die im vorliegenden Ausführungs-In the drawing, the input terminals are the stabilization circuit denoted by 10 and 11 and are applied with a non-stabilized voltage, the voltage on of terminal 10 corresponds to a positive "value in the present exemplary embodiment. In parallel with the" input terminals a resistor 12 is in series with a Zener diode 13, which supplies a reference voltage, the cathode of this Zener diode is tied to the resistance 12 \. At the cathode of the Zener diode 13 is also the base of an NPN transistor, the collector of which is connected to terminal 10. Of the Emitter of this transistor 15 is to a connection point 16, which is part of a feedback loop 17. This feedback loop 17 comprises a semiconductor device with a low beta value, which in the present embodiment
- 3 - beispiel - 3 - example
4098237078240982370782
M0102P-1074M0102P-1074
beispiel aus einem PNP Lateraltransistor 18 mit geteiltem Kollektorring "bestehen kann und ferner einen NPN Transistorexample of a PNP lateral transistor 18 with a split collector ring "and also an NPN transistor
19 umfasst. Der eine Kollektor des Transistors 18 ist mit "' der Basis desselben Transistors verbunden, wobei diese Ver-19 includes. One collector of transistor 18 is marked with "' connected to the base of the same transistor, this ver
bindung intern bereits im Halbleiteraufbau vorgesehen sein --·■■"- '-<binding must already be provided internally in the semiconductor structure - · ■■ "- '- <
kann, wogegen der andere Kollektor am Verbindungspunkt 16 und über diesen an der Basis des Transistors 19 liegt. Der Kollektor des Transistors 19 ist mit der Basis des Transistors 18 verbunden, womit die Rückkopplungsschleife geschlossen ist. Ferner ist der Verbindungspunkt 16 auch an ein Bezugsspannungselement, vorzugsweise in Form einer Zenerdiodecan, whereas the other collector at connection point 16 and is connected via this to the base of transistor 19. The collector of transistor 19 is connected to the base of the transistor 18 connected, which closes the feedback loop is. Furthermore, the connection point 16 is also connected to a reference voltage element, preferably in the form of a zener diode
20 angeschlossen, deren Anode mit der Eingangsklemme 11 in Verbindung steht. . ·20, whose anode is connected to input terminal 11 in Connection. . ·
Der Emitter des Transistors .18 liegt an der Eingangsklemme 10, wogegen der Emitter des Transistors 19 mit der Basis, eines NPN Transistors 25 verbunden ist. Dieser Transistor 25 liegt mit seiner Kollektor-Emitterstrecke in Serie zu einer Last 26, wobei der Kollektor an die Eingangsklemme 10 und der Emitter an die Last 26 angeschlossen sind. Obwohl für die vorausstehend erläuterte Schaltung bestimmte Halbleiterelemente beschrieben wurden, ist es offensichtlich, dass die Funktionen der beschriebenen Halbleiterelemente auch durch andere entsprechende Komponenten ersetzt werden können.The emitter of the transistor .18 is connected to the input terminal 10, while the emitter of the transistor 19 is connected to the base, an NPN transistor 25 is connected. This transistor 25 is connected in series with its collector-emitter path a load 26, the collector being connected to the input terminal 10 and the emitter being connected to the load 26. Though for the circuit explained above certain semiconductor elements have been described, it is obvious that the functions of the semiconductor elements described also by other corresponding components can be replaced.
Für den Betrieb der Stabilisationsschaltung wird eine genügend gros.se Spannung an die.'Eingangsklemmen 10 und 11 angelegt, womit der Transistor 15 leitend wird und dem Transistor 19 einen Basisstrom zuführt, so dass auch dieser Transistor in den leitenden Zustand gesteuert wird. Der leitende Transistor 19 führt einen Basisstrom dem Transistor 18 zu, der, sobald er leitend wird,. Strom von der Eingangsklemme 10 zur Basis des Transistors 19 leitet. Dieser Strom über den Transistor 18. addiert sich zu dem Strom über den Transistor I5 unter der Voraussetzung, dass die Verstärkung der Rückkopp-A sufficiently high voltage is applied to the input terminals 10 and 11 for the operation of the stabilization circuit. whereby the transistor 15 becomes conductive and supplies the transistor 19 with a base current, so that this transistor too is controlled in the conductive state. The conductive transistor 19 supplies a base current to the transistor 18 which, as soon as he becomes a leader. Conducts current from input terminal 10 to the base of transistor 19. This current through the transistor 18. adds to the current through transistor I5 provided that the amplification of the feedback
- 4· - lungs schleife - 4 · - solution loop
A09823/0782A09823 / 0782
5* M0102P-10745 * M0102P-1074
lungsschleife 1-7 grosser als Eins ist, d.h. der Strom in der Rückkopplungsschleife 17 steigt regenerativ an. Der' Emitterstrom vom Transistor 19 fliesst über'den Widerstand 17 und die Last 26 zur Klemme 11. Der vom Transistor 19 gelieferte Strom hat die Tendenz anzusteigen, "bis die an der Last sich ausbildende Spannung zusammen mit der Spannung am Widerstand 27 und der Basis-Emittergrenzschichtspannung- des Transistors 19 ausreichend gross werden,, um die Zenerdiode 20 in den leitenden. 'Zustand zubringen, wodurch die Schleifenverstärkung unter den Wert Eins verringert und damit eine weitere regenerative Vergrösserung des Stromes in der Rückkopplungsschleife verhindert wird. Es ist jedoch beabsichtigt, dass, bevor der Strom vom Transistor 19 dieses Niveau erreicht, die Spannung am Widerstand 27 bereits einen Wert angenommen hat, der den Transistor 25 in den leitenden Zustand steuert. Sobald dies der Fall ist, ergibt sich ein weiterer Anstieg des vom Transistor 25 gelieferten Laststromes, so dass der Transistor 19 einen im wesentlichen konstanten Strom.überträgt, dessen Grosse von der Basis-Emitterspannüng des Transistors 25 und dem Widerstand 27 bestimmt wird. Da dieser Strom der Basis des Transistors 18 zugeführt wird, bewirkt dieser, dass ein im wesentlichen konstanter Strom vom Transistor 18 dem Verbindungspunkt 16 der Zenerdiode mit der Basis" des Transistors 19 zugeführt wird. Der Basisstrom,, der vom Transistor 19 benötigt wird, ist praktisch unbedeutend., so dass der Strom vom Transistor 18 in seinem wesentlichen Anteil über die Zenerdiode 20 fliesst. Dieser Strom über die Zenerdiode 20 bestimmt somit die Basis-Emitterspannung des Transistors 25,, den Wert des Widerstandes 27 und- die Stromverstärkung des Transistors 18. Damit dieser Strom einen ausreichend definierten Wert hat, muss die Stromverstärkung des Transistors 18 kontrolliert . werden." Diese Kontrolle wird am einfachsten dadurch erreicht, dass'die Verstärkung auf einen niedrigen Wert gesetzt wird, indem z.B. für den. Transistor ein lateraler Aufbau mit zwei Kollektoren verwendet wird, der, wie voräusstenend beschriebenloop 1-7 is greater than one, i.e. the current in the Feedback loop 17 rises regeneratively. The 'emitter current from the transistor 19 flows through the resistor 17 and the load 26 to the terminal 11. The one supplied by the transistor 19 Electricity has a tendency to increase "until the load is on developing voltage together with the voltage across the resistor 27 and the base-emitter boundary layer voltage of the transistor 19 are sufficiently large, around the Zener diode 20 in the conductive. 'Bring condition, thereby reinforcing the loop is reduced below the value one and thus a further regenerative increase in the current in the feedback loop is prevented. It is intended, however, that before the current from transistor 19 reaches this level, the voltage will decrease at resistor 27 has already assumed a value that the transistor 25 controls in the conductive state. As soon If this is the case, there is a further increase in the load current supplied by the transistor 25, so that the transistor 19 transmits an essentially constant current, whose Large of the base-emitter voltage of the transistor 25 and the resistor 27 is determined. Because this stream is the base of transistor 18 is supplied, this causes a substantially constant current from transistor 18 to junction 16 of the Zener diode with the base ″ of the transistor 19 is fed. The base current, which is required by transistor 19 is practically insignificant., so that the current from transistor 18 in its essential part via the Zener diode 20 flows. This current is determined via the Zener diode 20 thus the base-emitter voltage of transistor 25 ,, the value of resistor 27 and the current gain of the transistor 18. So that this current has a sufficiently defined value, the current gain of transistor 18 must be controlled. The easiest way to achieve this control is to that the gain is set to a low value, by e.g. for the. Transistor a lateral structure with two Collectors is used, as described above
" ' ■ - 5 - : · und "'■ - 5 - : · and
40982 3/0782 ν40982 3/0782 ν
.' MO1O2P-1O74-. ' MO1O2P-1O74-
und in der Zeichnung dargestellt, entsprechend verschaltet ist. Es ist auch vorzuziehen, dass der Transistor 18 eine niedrige Stromverstärkung hat, wodurch sich die Möglichkeit der Verwendung eines Widerstandes 27 mit geringerem Widerstandswert für einen Zener-Diodenvorspannungsstrom ergibt. Dadurch wird sichergestellt, dass der relativ konstante Strom, wie er durch die Basis-Emitterspannung des Transistors 15, die an diesem Widerstand 27 wirksam wird, definiert ist, ganzwesentlich über dem in hohem Umfang lastabhängigen Basisstrom dieses Transistors liegt.and shown in the drawing, wired accordingly is. It is also preferable that transistor 18 have a low current gain, which allows for the possibility the use of a resistor 27 with a lower resistance value for a zener diode bias current. This ensures that the relatively constant current, as determined by the base-emitter voltage of transistor 15, which is effective at this resistor 27 is defined, very substantially above the load-dependent base current to a large extent this transistor is located.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Zenerdiode 13, der Widerstand 12 und der Transistor 15 nur als Startschaltung dienen, um einen anfänglichen Basisstrom dem .Transistor 19 zuzuführen. Die Zenerdiode 13 ist derart ausgewählt, dass ihre Durchbruchspannung etwa gleich oder etwas niedriger als die Durchbruchspannung der Zenerdiode 20 ist. Somit wird erreicht, dass zu einem bestimmten Spannungswert, bevor die volle Spannung an der Zenerdiode 20 aufgebaut ist, der Transistor 15 zu leiten aufhört, was durch eine nicht ausreichende Basis-Emitterspannung. ausgelöst wird. Nach diesem Zeitpunkt hat dieser Teil der Schaltung keinen weiteren funktionellen Einfluss auf die Wirkung der Stabilisationsschaltung.It should be noted that the zener diode 13, the resistor 12 and the transistor 15 only serve as a starting circuit, to supply an initial base current to the transistor 19. The Zener diode 13 is selected so that its Breakdown voltage is approximately equal to or slightly lower than the breakdown voltage of the Zener diode 20. Thus it is achieved that at a certain voltage value, before the full voltage is built up at the Zener diode 20, the transistor 15 stops conducting, which is caused by an insufficient base emitter voltage. is triggered. After this point in time, this part of the circuit has no further functional influence on the effect of the stabilization circuit.
Durch die Erfindung wird somit eine verhältnismässig einfache Stabilisationsschaltung ermöglicht, die eine Ausgangsspannung liefert, welche in hohem Masse unabhängig von Schwankungen der Eingangsspannung ist, und welche einen im wesentlichen konstanten Steuerstrom verwendet, um eine Bezugsspannung aufrechtzuerhalten. Der Strom und damit die Bezugsspannung sind praktisch unabhängig von der Versorgungsspannung. Es ist offensichtlich, dass das Prinzip der beschriebenen Schaltung auch mit anderen als den dargestellten Schaltkreiskomponenten verwirklicht werden kann, so dass der Grundgedanke der Erfindung unabhängig von der bauteilmässigen Verwirklichung ist.The invention thus makes a relatively simple one Stabilization circuit enables an output voltage provides which is to a large extent independent of fluctuations in the input voltage, and which is essentially one constant control current is used to maintain a reference voltage. The current and therefore the reference voltage are practically independent of the supply voltage. It is obvious, that the principle of the circuit described is also implemented with circuit components other than those shown can be, so that the basic idea of the invention is independent of the component implementation.
- 6 - Patentansprüche - 6 - Claims
409823/0782409823/0782
Claims (1)
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BHN | Withdrawal |