DE2440023C2 - Stromspiegelschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines einem vorgegebenen Strom entsprechenden Stromes gleichen Betrates und gleichen Vorzeichens (Stromspiegelschaltung) mit zwei gleichen, mit ihren Emittern und Basen verbundenen Transistoren gleicher Stromverstärkung.

In der Technik der linearen integrierten Schaltungen werden häufig solche Stromspiegelschaltungen, z. B. als Stromquelle oder 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 Übersetzungsfehler, 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] I₁ I-12), die diesen Obersetzungsfehler teilweise kompensieren. Diese Schaltungen sind jedoch entweder verhältnismäßig aufwendig oder die erreichte Kompensation des Übersetzungsfehlers ist nicht sehr groß.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Stromspiegelschaltung zu schaffen, mit der es möglich ist, bei geringem zusätzlichem 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 Übersetzungsfehler kompensierender Transistor mit der Stromverstärkung Eins so geschaltet

>o

ao 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 -«inkompensierte Stromspiegelschaltung einen Obersetzungsfehler 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 verhältnismäßig geringem Aufwand möglich ist, den Übersetzungsfehler der Stromspiegelschaltung praktisch gleich Null zu machen.

Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 die Grundschaltung eines Stromspiegels,

Fig.2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Stromspiegels,

F i g. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel eir\es 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 Ι_ηί entsprechenden Ausgangsstromes / gleichen Betrages und gleichen Vorzeichens mit zwei gleichen, mit ihren Emittern und Basen verbundenen Transistoren Γι und Ti gleicher Stromverstärkung B.

Unter der Voraussetzung, daß sich die Transistoren exakt gleichen, diese Bedingung c.» in integrierten Schaltungen weitgehend erfüllt, gilt für die Schaltung nach F i g. 1

I_n, = Ic + 2 I_n

■»"> oder 5+2

Bei dieser Grundschaltung ergibt sich jedoch insbesondere bei kleinen Stromverstärkungen B ein beachtlicher Übersetzungsfehler, d.h. der Ausgangsstrom / weicht vom Referenzstrom I_n, ab und der

Quotient — ist kleiner als 1.

'rrf

Mit der in F i g. 2 dargestellten Schaltungsanordnung nach der Erfindung kann der Übersetzungsfehler, d. h. der Betrag um den der Wert des Verhältnisses von /zu Int von 1 abweicht, zumindest theoretisch, exakt kompensiert werden.

Für die Schaltungsanordnung nach F i g. 2 gilt (wieder für gleiche Transistoren 71 und T₂)

I_n, = Ic + Ui

1 = I, ■ + la

Wenn die Stromverstärkung des Transistors Tj genau gleich Eins ist, gilt

Somit wird

Sind die vier Transistoren 71 bis T* gleich und haben z. B, die Stromverstärkung ß=5, so ergibt sich eine Stromübersetzung von

-J- - 0,945

/
Atf

= 1

Für die Realisierung eines fehlerfreien Stromspiegels nach Fig.2 ist also ein Transistor mit einer Stromverstärkung Eins erforderlich. Eine einfache Möglichkeit, ii 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 >o man einen Stromspiegel als einen »Transistor« ansehen, dessen Stromverstärkung

y =

'nt

beträgt

Es ergibt sich so die Schaltungsanordnung F i g. 3, in der die Transistoren T₃ und T₄ einen Stromspiegel entsprechend F i g. 1 bilden. Dieser Stromspiegel ersetzt den Transistor Tj in F i g. 2; er hat die Stromverstärkung V-

Für diese Schaltungsanordnung nach Fig.3 ergibt sich eine Stromübersetzung von

B +

1+y

Ι+γ

Die Strom verstärkung γ ergibt sich aus F i g. 1 zu

Y =

10 und damit ein Übersetzungsfehler von 0,055.

Dies bedeutet eine beträchtliche Verbesserung gegenüber dem normalen Stromspiegei nach Fi g. 1.

Dadurch, daß 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 F i g. 2 durch den Stromspiegel nach F i g. 3 oder durch einen beliebigen anderen Stromspiegel ersetzen, z. B. durch einen Stromspiegei mit vertikalem PNP-Transistor Ts, so daß sich eine Schaltungsanoi dnung nach F i g. 4 ergibt. Der Wert γ beträgt für dieser. Fall

y -=

B +

S₅-H

Haben z. B. die Transistoren T\ bis Ti die Stromverstärkung B= 5 und der Transistor Γ5 die Stromverstärkung ß=30, so ergibt sich ein >■ von 0,987 und eine Stromübersetzung

= 0,998

d. h. ein Übersetzungsfehler von nur 0,002.

Dies bedeutet eine beträchtliche Verbesserung gegenüber den bisher üblichen, verbesserten Stromspiegeln.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

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 ι ο der beiden Transistoren (T_h T₂) und ihren Kollektoren ein dritter, den Obersetzungsfehler kompensierender Transistor (T₃) mit der Stromverstärkung Eins so geschaltet ist, daß sein Emitter mit den verbundenen Basen, seine Basis mit dem Kollektor n des ersten Transistors (T_f) und sein Kollektor mit dem Kollektor des zweiten Transistors (Ts) verbunden ist (F i g. 2).

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeicti ,et, daß der kompensierende Transistor (Tj) mit der Stromverstärkung Eins durch eine Stromspiegelschaltung ersetzt ist (F i g. 3, F i g. 4).

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der kompensierende Transistor (T₃) durch eine Kaskade vor» Stromspiegelschaltun- > > gen ersetzt ist, bei der in jeder Stromspiegelschaltung der kompensierende Transistor wieder durch eine Stromspiegelschaltung ersetzt ist