DE2440023A1 - Stromspiegelschaltung - Google Patents

Stromspiegelschaltung

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DE2440023A1
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05FSYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F3/00Non-retroactive systems for regulating electric variables by using an uncontrolled element, or an uncontrolled combination of elements, such element or such combination having self-regulating properties
    • G05F3/02Regulating voltage or current
    • G05F3/08Regulating voltage or current wherein the variable is dc
    • G05F3/10Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics
    • G05F3/16Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices
    • G05F3/20Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations
    • G05F3/26Current mirrors
    • G05F3/265Current mirrors using bipolar transistors only

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Description

  • Stromspiegelschaltung Die Erfindung betrifft eine Schaitungsanordnung zur Erzeugung eines einem vorgegebenen Strom entsprechenden Stromes gleichen Betrages und gleichen Vorzeichens (Stromspiegelschaltung) mit zwei gleichen, mit ihren Emittern und Basen verbundenen Transistoren gleicher Stromverstärkung.
  • In der Techllik der linearen integrierten Schaltungen werden häufig solche Stromspiegelschaltungen, z.B. als Stromquelle oser als aktive Last für einen Differenzverstärker, benutzt.
  • Bei einem aus zwei Transistoren aufgebauten Stromspiegel ergibt sich unter der Voraussetzung, daß sich die Transistoren exakt gleichen (diese Bedingung ist in integrierten Schaltungen weitgehend erfüllt), insbesondere dann, wenn die Transistoren kleine Stromverstärkungen haben, ein Ubersetzungsfehler, d.h. der erzeugte Strom, der Ausgangsstrom, weicht von dem vorgegebenen Strom, dem Referenzstrom, ab.
  • Es sind daher verschiedene Stromspiegelschaltungen entwickelt worden (siehe z.B. Philips Technische Rundschau 32 (1971/72) 1, 1 - 12), die diesen Ubersetzungsfehler teilweise kompensieren. Diese Schaltungen sind jedoch entweder verhältnismäßig aufwendig oder die erreichte Kompensation des Ubersetzungsfehlers ist nicht sehr groß.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Stromspiegelschaltung zu schaffen, mit der es möglich ist, bei geringem zusätzlichen Schaltungsaufwand den Übersetzungsfehler praktisch vollständig zu kompensieren.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art, die dadurch gekennzeichnet ist, daß zwischen den verbundenen Basen der beiden Transistoren und ihren Kollektoren ein dritter, den tfbersetzungsfehler kompensiedender Transistor mit der Stromverstärkung Eins so geschaltet ist, daß sein Emitter mit den verbundenen Basen, seine Basis mit dem Kollektor des ersten Transistors und sein Kollektor mit dem Kollektor des zweiten Transistors verbunden ist.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann der kompensierende Transistor mit der Stromverstärkung Eins durch eine Stromspiegelschaltung ersetzt werden, die ja ihrerseits selbst wie ein Transistor mit der Stromverstärkung Eins wirkt. Da eine normale unkompensierte Stromspiegelschaltung einen Übersetzungsfehler aufweist, d.h. die Stromverstärkung des durch sie gebildeten Transistors von Eins abweicht, kann der kompensierende Transistor mit der Stromverstärkung Eins durch eine Kaskade von Stromspiegelschaltungen ersetzt werden, bei der in jeder Stromspiegelschaltung der kompensierende Transistor wieder durch eine Stromspiegelschaltung ersetzt ist.
  • Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß es mit verhältpismäßig geringem Aufwand möglich ist, den Ubersetzungsfehler der Stromspiegelschaltung praktisch gleichen Null zu machen.
  • Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.
  • Es zeigen Fig. 1 die Grundschaltung eines Stromspiegels, Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Stromspiegels, Fig. 3 ein zweites AusfUhrungsbeispiel eines Stromspiegels und Fig. 4 ein drittes Ausführungsbeispiel eines Stromspiegels nach der Erfindung.
  • Fig. 1 zeigt die Grundschaltung eines Stromspiegels zur Erzeugung eines einem vorgegebenen Strom 1ref entsprechenden Ausgangsstromes I gleichen Betrages und gleichen Vorzëichens mit zwei gleichen, mit ihren Emittern und Basen verbundenen Transistoren T1 und T2 gleicher Stromverstärkung B.
  • Unter der Voraussetzung, daß sich die Transistoren exakt gleichen, diese Bedingung ist in integrierten Schaltungen weitgehend erfüllt, gilt für die Schaltung nach Fig. 1 1ref = IC + 2 13 oder I 3 B+2 Iref Bei dieser Grundschaltung ergibt sich jedoch insbesondere bei kleinen Stromverstärkungen B ein beachtlicher Ubersetzungsfehler, d.h. der Ausgangsstrom I weicht vom Referenzstrom 1ref ab und der Quotient I ist kleiner als 1.
  • I ref Mit der in Fig. 2 dargestellten Schaltungsanordnung nach der Erfindung kann der Übersetzungsfehler, d.h. der Betrag um den der Wert des Verhältnisses von I zu 1ref von 1 abweicht, zumindest theoretisch, exakt kompensiert werden.
  • Für die Schaltungsanordnung nach Fig. 2 gilt (wieder für gleiche Transistoren T1 und T2) ref - IC + IB3 I = in + IC3 Wenn die Stromverstärkung des Transistors T3 genau gleich Eins ist, gilt 133 = IC3 Somit wird oder I oder Für die Realisierung eines fehlerfreien Stromspiegels nach Fig. 2 ist also ein Transistor mit einer Stromverstärkung Eins erforderlich. Eine einfache Möglichkeit, einen Transistor mit der Stromverstärkung Eins zu realisieren, ist nun seinerseits wieder ein Stromspiegel. Betrachtet man nämlich den gemeinsamen Emitteranschluß des Stromspiegels als Emitter, den Referenzanschluß als Basis und den Ausgang als Kollektor, so kann man einen Stromspiegel als einen "Transistor" ansehen, dessen Stromverstärkung # = I # 1 Iref beträgt.
  • Es ergibt sich so die Schaltungsanordnung Fig. 3, in der die Transistoren T3 und T4 einen Stromspiegel entsprechend Fig. 1 bilden. Dieser Stromspiegel ersetzt den Transistor T3 in Fig. 2; er hat die Stromverstärkung r.
  • Für diese Schaltungsanordnung nach Fig. 3 ergibt sich eine Stromübersetzung von Die Stromverstärkung t ergibt sich aus Fig. 1 zu # = B 0 B+2 Sind die vier Transistoren T1 bis T4 gleich und haben z.B.
  • die Stromverstärkung B = 5, so ergibt sich eine Stromübersetzung von I = 0,945 Iref und damit ein Übersetzungsfehler von 0,055.
  • Dies bedeutet eine beträchtliche Verbesserung gegenüber dem normalen Stromspiegel nach Fig. 1.
  • Dadurch, da3 der kompensierende Transistor des Stromspiegels durch eine Kaskade von Stromspiegelschaltungen ersetzt wird, bei der in jeder Stromspiegelschaltung der kompensierende Transistor wieder durch eine Stromspiegelschaltung ersetzt ist, läßt sich der Übersetzungsfehler beliebig dicht an 1 annähern.
  • So läßt sich z.B. der Transistor T3 in der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 durch den Stromspiegel nach Fig. 3 oder durch einen beliebigen anderen Stromspiegel ersetzen, z.B. durch einen Stromspiegel mit vertikalem PNP-Transistor T5, so da3 sich eine Schaltungsanordnung nach Fig. 4 ergibt. Der Wert Yzbeträgt für diesen Fall Haben z.B. die Transistoren T1 bis T4 die Stromverstärkung B = 5 und der Transistor T5 die Stromverstärkung B = 30, so ergibt sich ein davon 0,987 und eine Stromübersetzung I = 0,998 Iref d.h. ein Übersetzungsfehler von nur 0,002.
  • Dies bedeutet eine beträchtliche Verbesserung gegenüber den bisher üblichen, verbesserten Stromspiegeln.
  • Patentansprüche:

Claims (3)

  1. Patentansprüche: 1. Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines einem vorgegebenen Strom entsprechenden Stromes gleichen Betrages und gleichen Vorzeichens (Stromspiegelschaltung) mit zwei gleichen, mit ihren Emittern und Basen verbundenen Transistoren gleicher Stromverstärkung, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den verbundenen Basen der beiden Transistoren (T1, T2) und ihren Kollektoren ein dritter, den ftbersetzungsfehler kompensierender Transistor (T3) mit der Stromverstärkung Eins so geschaltet ist, daß sein Emitter mit den verbundenen Basen, seine Basis mit dem Kollektor des ersten Transistors (T1) und sein Kollektor mit dem Kollektor des zweiten Transistors (T2) verbunden ist (Fig. 2).
  2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der kompensierende Transistor (T3) mit der Stromverstärkung Eins durch eine Stromspiegelschaltung ersetzt ist (Fig. 3, Fig. 4).
  3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der kompensierende Transistor (T3) durch eine Kaskade von Stromspiegelschaltungen ersetzt ist, bei der in jeder Stromspiegelschaltung der kompensierende Transistor wieder durch eine Stromspiegelschaltung ersetzt ist.
    L e e r s e i t e
DE19742440023 1974-08-21 1974-08-21 Stromspiegelschaltung Expired DE2440023C2 (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2493633A1 (fr) * 1980-10-31 1982-05-07 Rca Corp Amplificateur de courant

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Philips Technische Rundschau", 32. Jahrgang 1971/72, Nr. 1, S.1-12 *

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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FR2493633A1 (fr) * 1980-10-31 1982-05-07 Rca Corp Amplificateur de courant

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