DE2400516C2 - Temperature compensated voltage stabilization circuit - Google Patents

Temperature compensated voltage stabilization circuit

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DE2400516C2 DE2400516A DE2400516A DE2400516C2 DE 2400516 C2 DE2400516 C2 DE 2400516C2 DE 2400516 A DE2400516 A DE 2400516A DE 2400516 A DE2400516 A DE 2400516A DE 2400516 C2 DE2400516 C2 DE 2400516C2
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    • Y10S323/00Electricity: power supply or regulation systems
    • Y10S323/907Temperature compensation of semiconductor

Description

+ R3AIb3-R3AIb2 (R3IR<)AIb2 + R 3 AI b3 -R 3 AI b2 (R 3 IR <) AI b2

genügt,
wobei
enough,
whereby

4545

5050

A3 = ohmscher Impedanzwert der drittenA3 = ohmic impedance value of the third

Impedanz;Impedance;

Ra = ohmscher Impedanzwert der vierten Ra = ohmic impedance value of the fourth

Impedanz;Impedance;

A Vbe 3 = Änderung der Basis-Emitter-Vorwärtsspannung des zweiten Transistors; A Vbe 3 = change in base-emitter forward voltage of the second transistor;

AIb 2 = Basisstrom-Änderung des ersten AIb 2 = base current change of the first

Transistors undTransistor and

Ah 3 = Basisstrom-Änderung des zweiten Ah 3 = base current change of the second

TransistorsTransistor

und zwischen die Basis des ersten Transistors (Q2) und die Verbindung (34) eingeschaltet ist.and is connected between the base of the first transistor (Q 2 ) and the connection (34).

Die Erfindung bezieht sich auf eine temperaturkompensierte Spannungsstabilisierungsschaltung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs.The invention relates to a temperature-compensated voltage stabilization circuit according to the preamble of the claim.

In elektronischen Schaltungsanordnungen, welche aus mehreren getrennten integrierten Schaltungen bestehen, ist es von Bedeutung, daß das Vorspannungsnetzwerk eine Bezugsspannung liefern kann, deren Wert unter allen ungünstigen Bedingungen vorherbestimmbar und konstant ist; das bedeutet, daß die Ausgangsspannung als Funktion der Speisespannung, der Umgebungstemperatur oder der Halbleiterparameter invariant sein soll. Obwohl temperaturkompensierte Spannungsstabilisatoren der bisher verwendeten Art schon seit längerer Zeit mit Einrichtungen ausgestattet worden sind, welche Temperatur- und Spannungsänderungen kompensieren sollen, stehen bis jetzt keine Einrichtungen zur Verfugung, um Vs£-Änderungen und Basisstrom f4)-Änderungen zu kompensieren, welche sich aufgrund von Prozeßvariablen ergeben, wobei als Prozeßvariable eine Abweichung der Kennwerte bezeichnet wird, weiche durch den Herstellungsprozeß bedingt ist.In electronic circuit arrangements which consist of several separate integrated circuits exist, it is important that the bias network can provide a reference voltage whose Value is predictable and constant under all unfavorable conditions; that means that the Output voltage as a function of the supply voltage, the ambient temperature or the semiconductor parameters should be invariant. Although temperature-compensated voltage stabilizers of the type previously used have been equipped with devices for a long time, which temperature and voltage changes to compensate, no facilities are available to date to Vs £ changes and To compensate for base current f4) changes that result from process variables, with as Process variable denotes a deviation in the characteristic values, which is caused by the manufacturing process is conditional.

Das Prinzip der Temperaturkompensation, welches in TVECL-Treibern (Temperature and Voltage Compensated Emitter Coupler Logic = Temperatur- und spannungskompensierte Emitterkopplerlogik) verwendet wird, beruht auf der Tatsache, daß zwei Transistoren, welche bei verschiedenen Stromdichten arbeiten, verschiedene Basis-Emitter-Spannungs-fVfl£)-Temperaturkoeffizienten haben, wobei also die Änderung der Basis-Emitter-Vorwärtsspannung über der Temperatur für die beiden Einrichtungen verschieden ist; wenn man diese beiden Einrichtungen in bestimmter Weise koppelt, können ihre Differenzen verwendet werden, um den Temperaturkoeffizienten einer dritten Einrichtung aufzuheben. Leider ist jedoch die frühere Annahme, durch die Fertigung bedingte Abweichungen des Wertes Vbe könnten durch die gleichen Schaltungsmechanismen kompensiert werden, welche Temperaturänderungtn kompensieren, nicht zutreffend. Beispielsweise kann in einer normalen TVECL-Schaltung der Bereich der Änderungen der Bezugsspannung Δ Vref, welche durch Prozeßänderungen in Vbe verursacht sind, durch die folgende Beziehung wiedergegeben werden:The principle of temperature compensation, which is used in TVECL drivers (Temperature and Voltage Compensated Emitter Coupler Logic), is based on the fact that two transistors, which operate at different current densities, have different base-emitter voltage fVfl £) temperature coefficients, so the change in base-emitter forward voltage versus temperature is different for the two devices; by coupling these two devices in a certain way, their differences can be used to cancel the temperature coefficient of a third device. Unfortunately, however, the earlier assumption that deviations in the value Vbe caused by manufacturing could be compensated for by the same circuit mechanisms which compensate for temperature changes tn is not correct. For example, in a normal TVECL circuit, the range of changes in reference voltage Δ Vref caused by process changes in Vbe can be represented by the following relationship:

= 1= 1

dVB dV B

BEBE

oderor

A VRFF = A V. AV RFF = A V.

BEBE

und kann Werte von ±20 mV bis ±40 mV annehmen. Dies ist eine sehr beachtliche Abweichung, wenn die Bezugsspannung verwendet wird, um ein ECL-Gatter o. dgl. (Emitter Coupled Logic = emittergekoppelte Logik) zu steuern, da die Rauschgrenze normaler integrierter ECL-Schaltungen in der Größenordnung von nur 100-150 mV liegt.and can assume values from ± 20 mV to ± 40 mV. This is a very significant deviation if the Reference voltage is used to generate an ECL gate or the like (Emitter Coupled Logic = emitter-coupled logic) Logic), since the noise limit of normal integrated ECL circuits is of the order of magnitude is only 100-150 mV.

Eine Schaltung zur Erzeugung einer temperaturstabilisierten, konstanten Bezugsspannung der oben beschriebenen Art ist aus der US-PS 36 17 859 bekannt. Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, mögliche Änderungen des Wertes Beta, also des Quotienten aus Je und Ib, die als Ergebnis von Prozeßvariablen auftreten können, zu kompensieren, also wenigstens teilweise oder u. U. auch praktisch vollständig zu eliminieren.A circuit for generating a temperature-stabilized, constant reference voltage of the type described above is known from US Pat. No. 3,617,859. In contrast, the invention is based on the object of compensating for possible changes in the value beta, that is to say the quotient of Je and Ib, which can occur as a result of process variables, that is to say at least partially or, under certain circumstances, practically completely eliminating them.

Gemäß der Erfindung ist bei einer temperaturkompensierten Spannungsstabilisierungsschaltung der eingangs beschriebenen Art vergesehen, zur Betakompensation (wobei Beta das Verhältnis des Emitterstroms zu dem Basisstrom eines Transistors ist) eine Anordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs in die Schaltung einzufügen.According to the invention, in a temperature-compensated voltage stabilization circuit, the input described type intended for beta compensation (where beta is the ratio of the emitter current to the base current of a transistor) is an arrangement with the characterizing features of claim in insert the circuit.

Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, daß die erfindungsgemäße Schaltung verwendet werden kann, um eine Bezugsspannung zu liefern, deren Wert hinreichend genau vorherbestimmbar ist, selbst wenn durch Variable des Herstellungsprozesses die verschiedenen Koinponentenelemente geringfügig abweichende elektrische Kennwerte haben.A particular advantage of the present invention is that it uses the circuit according to the invention can be in order to deliver a reference voltage, the value of which can be predicted with sufficient accuracy, even if the various component elements differ slightly due to variables in the manufacturing process have electrical characteristics.

Schaltungen, die der Spannungsstabilisierung dienen, sind auch in US-PS 31 14 872, US-PS 35 38 421 und US-PS 37 21 893 beschrieben. Bei keiner dieser Schaltungen ist jedoch eine fünfte ohmsche Impedanz entsprechend Anspruch 1 vorhanden oder nahegelegt, so daß mit Schalrungen dieser Art die angestrebte Beta-Kompensation des Gegenstandes der Erfindung gegenüber Prozeßvariablen nicht erreicht werden kann.Circuits that serve to stabilize the voltage are also described in US Pat. No. 3,114,872, US Pat. No. 3,538,421 and US Pat. No. 3,721,893. In none of these circuits, however, is a fifth ohmic impedance present or suggested, so that the desired beta compensation of the subject matter of the invention with respect to process variables cannot be achieved with circuits of this type.

Weitere zweckmäßige Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich für den Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnung.Further useful applications and advantages of the invention result for the Those skilled in the art from the following description of preferred embodiments of the invention with reference to FIG Drawing.

F i g. 1 der Zeichnung zeigt schematisch ein vereinfachtes Ausführungsbeispiel einer Schaltung zur Lieferung einer Bezugsspannung, welche eine erfindungsgemaß ausgebildete Beta(/?)-Kompensation besitzt.F i g. 1 of the drawing shows schematically a simplified embodiment of a circuit for delivery a reference voltage which has a beta (/?) compensation embodied according to the invention.

F i g. 2 zeigt schematisch ein anderes Ausführungsbeispiel einer Schaltung gemäß der Erfindung zur Erzeugung einer Bezugsspannung, welche geeignet ist, zwei Bezugsspannungen zu liefern.F i g. 2 schematically shows another embodiment of a circuit according to the invention for Generation of a reference voltage which is suitable for supplying two reference voltages.

F i g. 1 zeigt vereinfacht und schematisch eine als integrierte Schaltung (Integrated Circuit — IC) ausgebildete Spannungsstabilisierungsschaltung gemäß der Erfindung. Obwohl die einzelnen Elemente der Schaltung in üblicher Weise als getrennte elektrische Komponenten dargestellt sind, ist davon auszugehen, daß diese Elemente nur repräsentativ sind für die elektrischen Eigenschaften, welche die verschiedenen Komponenten der integrierten Schaltung aufweisen.F i g. 1 shows, in a simplified and schematic manner, an integrated circuit (IC) trained voltage stabilization circuit according to the invention. Although the individual elements of the Circuit are shown in the usual way as separate electrical components, it can be assumed that that these elements are only representative of the electrical properties which the various Have components of the integrated circuit.

Die Stabilisierurigsschaltung, welche auch als Vor-Spannungstreiber bezeichnet werden kann, enthält drei äußere Kontaktpunkte, und zwar eine erste Klemme 12, an welcher ein positives Speisespannungspotential anliegt, eine zweite Klemme 14, an welcher ein negatives Speisespannungspotential — Vee anliegt, und eine Ausgangsklemme 16, von der die Bezugsspannung Vref, bezogen auf die Klemme 14, abgegriffen werden kann. Die Schaltung ist im Grundsatz eine Spannungsteilerschaltung, welche zwischen den Klemmen t2 und 16 einen passiven Widerstand R\ enthält, der in Serie liegt mit einem aktiven Widerstand Ra zwischen den Klemmen 16 und 14.The stabilization circuit, which can also be referred to as a pre-voltage driver, contains three outer contact points, namely a first terminal 12, to which a positive supply voltage potential is applied, a second terminal 14, to which a negative supply voltage potential - Vee is applied, and an output terminal 16 , from which the reference voltage Vref, related to terminal 14, can be tapped. The circuit is basically a voltage divider circuit which contains a passive resistor R \ between terminals t2 and 16 and which is in series with an active resistor R a between terminals 16 and 14.

Der den aktiven Widerstand bildende Teil der Schaltung enthält eine Anordnung, welche allgemein als eine Parallelschaltung von drei Serienschaltungen 18,20 und 22 zwischen den Schaltungspunkten 24 und 26 angesehen werden kann. Die erste Serienschaltung 18 enthält ein zweites ohmsches Widerstandselement, welches durch den Widerstand R2 symbolisiert ist, und eine nur in einer Richtung stromführende Einrichtung, für die die Diode Q1 als Beispiel eingesetzt ist. Die zweite Serienschaltung 20 enthält eine dritte ohmsche Impedanz Rj, einen npn-Transis'.or Q2 und eine vierte ohmsche Impedanz R4. Der Kollektor 28 des Transistors Q2 ist mit dem Schaltungspunkt 24 durch Widerstand R3 verbunden, während sein Emitter 30 mil dem Schaltungspunkt 26 über Widerstand Ra verbunden ist Die Basis 32 des Transistors Q2 ist gekoppelt mit der als Schaltungspunkt 34 dargestellten Verbindung des Widerstandes R2 mit der Anode der Diode Qi über eine ohmsche Impedanz Rx, welche einen bestimmten Wert hat, der nachfolgend noch näher behandelt werden wird. Die dritte Schaltung 22 besteht aus einem npn-Transistor Qj, dessen Kollektor 34 mit dem Schaltungspunkt 24 gekoppelt ist und dessen Emitter 36 mit dem Schaltungspunkt 26 in Verbindung steht. Die Basis 38 des Transistors Q3 ist mit dem Kollektor 28 des Transistors Q2 verbunden.The part of the circuit which forms the active resistor contains an arrangement which can generally be viewed as a parallel connection of three series circuits 18, 20 and 22 between the circuit points 24 and 26. The first series circuit 18 contains a second ohmic resistance element, which is symbolized by the resistor R 2 , and a device which carries current only in one direction, for which the diode Q 1 is used as an example. The second series circuit 20 contains a third ohmic impedance Rj, an npn-Transis'.or Q 2 and a fourth ohmic impedance R 4 . The collector 28 of transistor Q 2 is connected to node 24 through resistor R 3 , while its emitter 30 is connected to node 26 through resistor Ra . Base 32 of transistor Q 2 is coupled to the junction of resistor R shown as node 34 2 with the anode of the diode Qi via an ohmic impedance Rx, which has a certain value, which will be dealt with in more detail below. The third circuit 22 consists of an npn transistor Qj, the collector 34 of which is coupled to the node 24 and the emitter 36 of which is connected to the node 26. The base 38 of the transistor Q 3 is connected to the collector 28 of the transistor Q 2 .

Nimmt man nun zum Zweck der Darstellung der Zusammenhänge an, daß der Basiswiderstand Rx sich nicht in der Schaltung befindet und demnach Basis 32 unmittelbar mit dem Schaltungspunkt 34 verbunden ist, kann der Wert der Bezugsspannung VREf durch folgende Gleichung wiedergegeben werden:If one now assumes for the purpose of illustrating the relationships that the base resistance Rx is not in the circuit and therefore base 32 is directly connected to the circuit point 34, the value of the reference voltage V RE f can be represented by the following equation:

Vref-Dabeiist Vref- included

It - It -

Vrf\Vrf \

(D(D

(2)(2)

a2 a 2

- Verhältnis des Kollektorstroms /r2 zu dem Emitterstrom /e2 des Transistors Q2 Ib3 = Beta-Strom des Transistors Q1 - Ratio of the collector current / r2 to the emitter current / e2 of the transistor Q 2 I b3 = beta current of the transistor Q 1

VBE3\V BE3 \

VBE2 L = Basis- zu Emitter-Spannungen der ent- V BE2 L = base to emitter voltages of the

VBE3 I sprechend indizierten Transistoren V BE3 I speaking indexed transistors

Setzt man nun Gleichung (2) in Gleichung (1) ein, so erhält manInserting equation (2) into equation (1) one obtains

Vref =Vref =

VBEJ V BEJ

(3)(3)

Differenziert man Gleichung (3) nach der ersten Variablen VBE3, so kann gezeigt werden, daßIf one differentiates equation (3) according to the first variable V BE3 , it can be shown that

= 1= 1

oderor

Λ VREF = Δ VBE3 Λ V REF = Δ V BE3

(4)(4)

(5)(5)

Diese Änderung, die etwa ±20 mV bis ±40 mV in einer Schaltung üblicher Bauart beträgt, hat nun eine erhebliche Bedeutung, wenn die Bezugsspannung verwendet wird, um ein ECL-Gatter zu steuern, da die Rauschgrenze integrierter ECL-Schaltungen üblicher Bauart in der Größenordnung von 100— 150 mV liegt.This change, which is approximately ± 20 mV to ± 40 mV in a circuit of conventional design, now has one of considerable importance when the reference voltage is used to control an ECL gate as the The noise limit of integrated ECL circuits of the usual type is of the order of 100-150 mV.

Die zweite Variable, welche Änderungen der Bezugsspannung bewirkt, ist der Basisstrom. Die Abhängigkeit kann in folgender Weise dargestellt werden:The second variable that causes changes in the reference voltage is the base current. the Dependency can be represented in the following way:

Vref = (h - Ib 2)R3 + Vbe 3 + h 3R3 Vref = (h-Ib 2 ) R 3 + Vbe 3 + h 3R3

(6)(6)

Wenn man die partielle Ableitung bildet ist die Änderung der BezugsspannungTaking the partial derivative is the change in reference voltage

Eine Schaltung üblicher Art wird im Regelfall etwa die folgenden Werte haben:A circuit of the usual type will usually have the following values:

I3 = AmA I2 = 2 mA I 3 = AmA I 2 = 2 mA

R3 = 600 Ω R 3 = 600 Ω

β NOM — 100, β min ■ β NOM - 100, β min ■

Δ Vref beträgt dann etwa 8 mV. Wenn man daher die beiden Komponenten der Änderung addiert, kann gezeigt werden, daß die Gesamtänderung von Vref in der Größenordnung von 28 mV bis 48 mV liegt. Δ Vref is then about 8 mV. Therefore, when the two components of change are added together, the total change in Vref can be shown to be on the order of 28 mV to 48 mV.

Da ECL-Gatter zwei Bezugsspannungen erfordern, muß der obige Fehler mit dem Faktor 2 multipliziert werden. Bei einem ECL-Gatter üblicher Bauart könnte also eine Herabsetzung der Rauschgrenze von ungefähr 56 mV bis 96 mV eintreten. Wenn die ursprüngliche Rauschgrenze 125 mV ist, erkennt man, daß eine solche Herabsetzung der Rauschgrenze sich folgenschwer auswirken würde.Since ECL gates require two reference voltages, the above error must be multiplied by a factor of two will. In the case of an ECL gate of the usual type, a reduction in the noise limit of approximately 56 mV to 96 mV occur. If the original noise limit is 125 mV, it can be seen that it is Lowering the noise limit would have serious consequences.

Da es bekannt ist, daß ein größerer Teil des Wertes Δ Vbe, welcher das Ergebnis von Prozeßabweichungen ist, eine Funktion von Beta (ß) ist, kann gesetzt werdenSince it is known that a larger part of the value Δ Vbe, which is the result of process deviations, is a function of beta (β) , one can set

Δ Vbe = KAβ (9) Δ Vbe = KAβ (9)

Und da der Teil von Δ Vbe, welcher einer Funktion von ist, sehr groß ist bei den niedrigen Strompegeln, welche üblicherweise an dem Transistor Qj auftreten,And since the part of Δ Vbe which is a function of is very large at the low current levels which typically appear on transistor Qj,

kann der größere Teil von — dadurch eliminiertthe greater part of - can thereby be eliminated

Λ VgE3 Λ VgE 3

werden, daß ein Widerstand Rx an der Basis des Transistors Q2 eingesetzt wird. Wenn dies der Fall ist, kann Gleichung (1) in folgender Weise geschrieben werden:be that a resistor Rx is used at the base of transistor Q 2 . If so, equation (1) can be written in the following way:

Vref =Vref =

(10)(10)

Die Änderung von VREr als Funktion von ^£und Ib ist dannThe change in V REr as a function of ^ £ and I b is then

K4 K 4

(H)(H)

Wenn VREF invariant als Funktion von Ib und VBE ist, dann kann d VREF gleich Nuii gesetzi werden, und die Gleichung (11) kann nach Auflösung nach Rx wie folgt geschrieben werden:If V REF b invariant as a function of I and V BE is then d V REF may be equal NUII gesetzi, and the equation (11) by solving for R x are written as follows:

R _ R _

3 + 3 + R3AIb3-R3AIb2 R 3 AI b3 -R 3 AI b2 (.R3ZR4)AI112 (.R 3 ZR 4 ) AI 112

(12)(12)

Wenn man nun einen Wert von Abwählt, welcher die obige Gleichung erfüllt, können die durch Δ Vߣund Ah verursachten Änderungen der Bezugsspannung eliminiert werden. In Beispielen der oben aufgeführten Art liegen die Werte für Rx im Regelfall in der Größenordnung von 250—1000 Ohm.If one now deselects a value of which satisfies the above equation, the changes in the reference voltage caused by Δ V ß £ and Ah can be eliminated. In examples of the type listed above, the values for R x are generally in the order of magnitude of 250-1000 ohms.

In F i g. 2 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, welches die Anwendung der Erfindung auf eine Schaltung zur Erzeugung zweier Bezugsspannungen darstellt Bei diesem Ausführungsbeispiel, bei dem die beiden Vorspannungen Vbb und Vcs zu erzeugen sind, sind zu der Schaltung gemäß F i g. 1 zusätzlich drei Transistoren Q4, Qs und Qt sowie ein zusätzlicher Widerstand Rs vorgesehen. In dieser Schaltung ist der Kollektor 140 des Transistors Qa mit Klemme 112 verbunden, während seine Basis 142 mit dem unteren Ende von Widerstand Ri bei Schaltungspunkt 144 verbunden ist; sein Emitter 146 ist mit dem Kollektor 150 des Transistors Qs verbunden.In Fig. 2 shows an exemplary embodiment which illustrates the application of the invention to a circuit for generating two reference voltages. In this exemplary embodiment, in which the two bias voltages Vbb and Vcs are to be generated, the circuit according to FIG. 1 three transistors Q 4 , Qs and Qt and an additional resistor Rs are also provided. In this circuit, the collector 140 of transistor Qa is connected to terminal 112 , while its base 142 is connected to the lower end of resistor Ri at node 144 ; its emitter 146 is connected to collector 150 of transistor Qs .

ίο Die Basis 152 des Transistors Qs ist gekoppelt mit dem Verbindungspunkt 154 des unteren Endes des Widerstandes Rs mit Kollektor 134 des Transistors Q3. Der Emitter 156 des Transistors Qs ist mit dem oberen Ende des Widerstandes R2 verbunden. Auch ist der Kollektor 160 des Transistors Q6 mit dem Schaltungspunkt 144 verbunden, während seine Basis 162 mit Schaltungspunkt 154 und sein Emitter 166 mit dem oberen Ende des Widerstandes R3 verbunden ist. Die Bezugsspannung Vbb wird bei Klemme 170 abgegriffen, und die Bezugsspannung Vcs erscheint an Klemme 180. ίο The base 152 of the transistor Qs is coupled to the connection point 154 of the lower end of the resistor Rs with the collector 134 of the transistor Q 3 . The emitter 156 of transistor Qs is connected to the top of resistor R 2 . Also, the collector 160 of transistor Q 6 is connected to node 144 , while its base 162 is connected to node 154 and its emitter 166 is connected to the top of resistor R 3 . The reference voltage Vbb is tapped at terminal 170 and the reference voltage Vcs appears at terminal 180.

Der übrige Teil der Schaltelemente entspricht demThe remaining part of the switching elements corresponds to this

vorangegangenen Ausführungsbeispiel. Lediglich aus Gründen der Fertigungstechnik ist gezeigt, daß ein als Diode geschalteter Transistor Q, anstelle der in F i g. 1 eingesetzten einfachen Diode vorhanden ist.previous embodiment. Merely for reasons of manufacturing technology it is shown that a as Diode-switched transistor Q, instead of the one shown in FIG. 1 used simple diode is available.

Wenn wie bei dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel zunächst einmal angenommen wird, daß der Widerstand Rx fehlt und die Prozeßabweichung nicht kompensiert wird, geht die Änderung A Vbei in die Bezugsspannung Vcs ein, und die Änderung Δ Vbe* geht in die Bezugsspannung Vbb ein. Da Prozeßabweichungen in Vbe auf dem gleichen Haltleiterplättchen das gleiche Vorzeichen haben, werden sich die Werte von Vcs und Vflfl ungefähr um den gleichen Betrag ändern wie die Prozeßabweichung Δ Vbe, und die Herabsetzung der Rauschgrenze über der Prozeßänderung Δ Vbe ist daher ungefähr gleich Δ Vbe3 + A Vbea- Bei den üblichen Strompegeln istIf, as in the previous embodiment, it is first assumed that the resistance Rx is absent and the process deviation is not compensated for, the change A Vbei is included in the reference voltage Vcs and the change Δ Vbe * is included in the reference voltage Vbb . Since process deviations in Vbe on the same semiconductor plate have the same sign, the values of Vcs and Vflfl will change by approximately the same amount as the process deviation Δ Vbe, and the reduction in the noise limit over the process change Δ Vbe is therefore approximately equal to Δ Vbe 3 + A Vbea- At the usual current levels is

A Vbei = A Vbea = 20-30 mV A V bei = A Vbea = 20-30 mV

(13)(13)

Wenn man den Widerstand Rx in der beschriebenen Weise an der Basis des Transistors Q2 in die Schaltung einsetzt, werden die Prozeßabweichungen Δ Vbe ebenso wie die Spannungsänderungen über den Widerständen Rj und R3, welche durch Änderungen der Basisströme der Transistoren Q3 und Qa verursacht sind, erheblich herabgesetzt. Die dadurch erreichte Verbesserung der Rauschgrenze wird dementsprechend zwischen 30 mV und 70 mV liegen, abhängig davon, ob der Spannungstreiber in einer integrierten SSI- oder einer MSI-Schaltung verwendet wird.If one uses the resistor R x in the described manner at the base of the transistor Q 2 in the circuit, the process deviations Δ Vbe as well as the voltage changes across the resistors Rj and R 3 , which are caused by changes in the base currents of the transistors Q 3 and Qa are considerably reduced. The resulting improvement in the noise limit will accordingly be between 30 mV and 70 mV, depending on whether the voltage driver is used in an integrated SSI or an MSI circuit.

Unter Zugrundelegung des obigen Verhältnisses kann gezeigt werden, daßGiven the above relationship, it can be shown that

AVbAVb

'BEi'At

(14)(14)

Die Änderung der Spannung über Rx, welche durch verursacht ist, ändert den Strom durch R4, und es istThe change in voltage across R x caused by changes the current through R 4 , and it is

"BEI"AT

-V8E2--V 8 E 2 -

undand

AIR4 =AI R4 =

1U 1 U

(15)(15)

(16)(16)

Die Änderung der Spannung über R3, welche durch die Änderung der Spannung über Rx verursacht ist, beträgtThe change in voltage across R 3 caused by the change in voltage across R x is

dann wirdThen it will be

AVR3 = AI1^aR3
oder
AV R3 = AI 1 ^ aR 3
or

A VR3 = - a A AV R3 = - a - A

(17)(17)

(18)(18)

R4 R 4

D = D =

b3b3

a a ALAL

(23)(23)

(24)(24)

Wennif

AV,.AV ,.

-A-A

Vbej,Vbej,

(19)(19)

Man kann demnach den Gesamtwert von Rx, welcher zur Kompensation der ProzeßvariablenOne can therefore use the total value of R x , which is used to compensate for the process variables

werden die Wirkungen der Prozcßäöweiehung VBE aufgehoben. Es kann daher die folgende Gleichung aufgestellt werden:the effects of the process of V BE are canceled. The following equation can therefore be established:

A Vx a ^AV x a ^

rBEi- r AT-

(20)(20)

Bei Wahl eines Wertes für Λ* aus Gleichung (14) kann Gleichung (20) erfüllt werden.When choosing a value for Λ * from equation (14), Equation (20) can be satisfied.

Da die nachteiligen Wirkungen von A VBez eliminiert werden können, kann Rx außerdem derart bemessen werden, daß die Basisstrom-Belastungswirkungen bei Rz oder R] aufgehoben werden. Wenn die Emitterströme von Q3 und Qa gleich und wesentlich größer als Ieι sind, und wenn R3 gleich R] ist, dann wird AIb3R3 vollständig eliminiert, und AIbAR] wird um 50% reduziert.In addition, since the adverse effects of AV B ez can be eliminated, Rx can be sized so that the base current loading effects at Rz or R] are canceled. If the emitter currents of Q 3 and Qa are equal to and significantly greater than Ieι , and if R 3 is equal to R] , then Alb 3 R 3 is completely eliminated and AlbAR] is reduced by 50%.

Wenn man nun setztIf you bet now

Al^aR3 = -AI113R3
und substituiert
Al ^ aR 3 = -AI 113 R 3
and substituted

AIa4 = -Al112(RxZR4) AIa 4 = -Al 112 (R x ZR 4 )

(21)(21)

(22)(22)

A VA V

BE3BE3

erforderlich ist, aus den Gleichungen (14) und (24) wie folgt angeben:is required, from equations (14) and (24) as follows:

(25)(25)

Der erste Term in der obigen Gleichung ist allgemein gültig, jedoch hängt der zweite Term von den Emitterströmen in den Transistoren Q3 und Q* und der bei Vbb und Vcs gewünschten relativen Kompensation ab. Wenn JE3 nicht gleich /£4 ist, so ist Alb3R3 nicht gleich AIbARi, und AlbAR\ wird nicht um 50% reduziert. Demgemäß kann entweder AIb3R3 oder AI04R1 total kompensiert werden, nicht aber beide Terms. Bei den meisten Anwendungen wird es erwünschter sein, daß der eine Term teilweise unterkompensiert oder der andere teilweise überkompensiert wird.The first term in the above equation is general, but the second term depends on the emitter currents in transistors Q 3 and Q * and the relative compensation desired at Vbb and Vcs. If J E3 is not equal to / £ 4 , then Al b3 R 3 is not equal to AIbARi, and AlbAR \ is not reduced by 50%. Accordingly, either AIb 3 R 3 or AI 04 R 1 can be totally compensated, but not both terms. In most applications it will be more desirable that one term be partially undercompensated or the other partially overcompensated.

Durch die Erfindung sind also die wesentlichen Merkmale und Vorteile erreicht, daß die Wirkungen von VW Prozeßabweichungen (A VflE3 und Δ VBeo) begrenzt oder sogar eliminiert werden und die A IbR-Wirkungen erheblich reduziert werden.The invention thus achieves the essential features and advantages that the effects of VW process deviations (A V f E3 and Δ V B eo) are limited or even eliminated and the A IbR effects are considerably reduced.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (1)

Patentanspruch:Claim: Temperaturkompensierte Spannungsstabilisierungsschaltung mitTemperature compensated voltage stabilization circuit with — einer ersten Klemme zur Aufnahme eines ersten Vorspannungspotentials,- a first terminal for receiving a first bias potential, — einer zweiten Klemme zur Aufnahme eines zweiten Vorspannungspotentials, welches gegenüber dem ersten Vorspannungspotential negativ ist,- A second terminal for receiving a second bias potential, which opposite the first bias potential is negative, — einer Ausgangsklemme, an der ein Bezugspotential gegenüber dem zweiten Vorspannungspotential zu erzeugen ist,- An output terminal at which a reference potential relative to the second bias potential is to be generated — einer ersten ohmschen Impedanz zur Kopplung der ersten Klemme mit der Ausgangsklemme,- a first ohmic impedance for coupling the first terminal to the output terminal, — einer zweiten ohmschen Impedanz und einem nur in Richtung auf die zweite Klemme hin leitenden Stromleiter, welche eine erste Serienschaltung bilden, die die Ausgangsklemme mit der zweiten Klemme verbindet,- a second ohmic impedance and one only in the direction of the second terminal conductive current conductors, which form a first series circuit, which the output terminal with the second terminal connects, — einer dritten ohmschen Impedanz, der Kollektor-Emitterstrecke eines ersten Transistors und einer vierten ohmschen Impedanz, welche eine zweite Serienschaltung bilden, die die Ausgangsklemme mit der zweiten Klemme verbindet, - a third ohmic impedance, the collector-emitter path a first transistor and a fourth ohmic impedance which form a second series circuit which is the output terminal connects to the second terminal, — wobei die Basis des ersten Transistors an die Verbindung der zweiten ohmschen Impedanz und des in einer Richtung leitenden Stromleiters angeschlossen ist,- wherein the base of the first transistor to the connection of the second ohmic impedance and the unidirectional conductor is connected, — und einem zweiten Transistor, dessen Basis mit dem Kollektor des ersten Transistors, dessen Kollektor mit der Ausgangsklemme und dessen Emitter mit der zweiten Klemme gekoppelt sind,- and a second transistor, whose base connects to the collector of the first transistor, whose Collector coupled to the output terminal and its emitter coupled to the second terminal are, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beta-Kompensation (Beta = Verhältnis des Emitterstroms zu dem Basisstrom einf.s Transistors) eine fünfte ohmsche Impedanz (Rx) vorhanden ist, -to welche etwa so bemessen ist, daß sie der Gleichungcharacterized in that for beta compensation (beta = ratio of the emitter current to the base current einf.s transistor) a fifth ohmic impedance (R x ) is present, -to which is approximately dimensioned so that it corresponds to the equation
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