DE2447516B2 - Schaltungsanordnung zur lieferung eines zu einem eingangsstrom proportionalen ausgangsstromes - Google Patents

Description

605) angeschlossen ist (F ig. 5,6).

8 Verwendung der Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 in der Weise nach Anspruch 7. dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangskreis des ersten ItromSpiegelverstärkers (610) mit der zweiten Klemme (106) über π weitere Transistoren (631,632) verbunden ist, deren Bnsis-Emitter-Übergänge in Reihe zueinanderliegen, wobei die Basis des ersten (St) der weiteren Transistoren mit der dritten Klemme (105) verbunden ist und der Kollektor des SSSn (632) der weiteren Transistoren mit dem Fi'naaneskre s des ersten Stromspiegelverstärkers (ÄeSn ist und der Emitter des letzten (632) der weiteren Transistoren mit der zweiten Klemme (106) verbunden ist(Fig. 6).

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1

Eine solche Schaltungsanordnung mit Ausnahme des Merkmals daß beide Stromwege die gleiche Anzahl von HaTbIe terübergängen enthalten, die in Reihe zueinander in Durchlaßrichtung für den Einganges rom ge ehaltet sind, ist bekannt (»Der Elektroniker« 972, Nr 5 Setten 226 bis 228, insbesondere Abb 12). Be, der bekannten Schaltungsanordnung sind die be.den Gleichstromwege der den zweiten Transistor mit der dritten Klemme verbindenden Schaltung direkte Le,-fungsverbindungen zwischen der Basis und dem Kollektor des zweiten Trans.stors und der dntten Klemme, so daß der zweite Transistor als Diode geschaltet ist. Bei dieser Schaltungsanordnung ist das Verhältnis des Ausgangsgleichstromes zum Eingangsgleichstrom im wesentlichen unabhängig von der Durchlaßstromverstärkung der Transistoren.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nun in der Weiterentwicklung der eingangs genannten bekannten Schaltungsanordnung derart, daß ein Ausgangsgleichstrom geliefert wird, dessen Verhältnis zu dem Eingangsgleichstrom sich proportional mit der Änderung des Faktors h_fe~" ändert, wobei h_te die Vorwärtsverstärkung eines Transistors in Emittergrundschaltung und π eine positive ganze Zahl ist ...

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen Oberbegriff gelöst. .

Ein Ausgangsstrom mit der vorgenannten Abhängigkeit von der Vorwärtsstromverstärkning eines Transistors hat z. B. Bedeutung als Ruhe-Eingangsstrom für einen Transistorverstärker, um den Ruhe-Ausgangsstrom unabhängig von temperaturbedingten Anderun-

gen der Vorwärtsstromverstärkung des oder der Transistoren des Verstärkers zu machen.

Es sind bereits Schaltungsanordnungen zur Lieferung eines zu einem Eingangsgleichstrom proportionalen Ausgangsgleichstromes mit Transistoren vorgeschlagen , worden, bei denen ebenfalls der Ausganjsgleichstrom sich mit dem Eingangsgleichstrom irr. Verhältnis hr_c-ⁿ ändert (DT-OS 23 54340, 24 24 814). Die dort vorgeschlagenen Schaltungsanordnungen unterscheiden sich jedoch sowohl von den weiteren Merkmalen des ι ο Oberbegriffs des Anspruchs 1 als auch von dessen kennzeichnenden Merkmalen.

Es ist ferner bereits ein Stromverstärker mit der gleichen Schaltungsanordnung wie nach dem vollständigen Oberbegriff des Anspruchs 1 vorgeschlagen worden 1_s (DT-OS 24 34 947). Dieser dient jedoch einer anderen Aufgabe, nämlich der Schaffung eines Stromverstärkers, der sich bei einer Verstärkung von wesentlich mehr oder weniger als 1 auf einer kleineren Fläche einer monolithischen integrierten Schaltung unterbringen läßt, als es bis dabin möglich war. Hierzu ist im Gegensatz zur Erfindung ein dritter Transistor vorgesehen, dessen Basis und Kollektor an die Basis des zweiten Transistors und dessen Emitter an die Emitter des ersten und zweiten Transistors angeschlossen ist.

Die Erfindung wird nachstehend an Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen erläutert:

F i g. 1 ist das Schaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, die einen Ausgangsgleichstrom liefert, der gleich ist dem Eingangsgleichstrom geteilt durch die Größe 1 plus der Vorwärtsstromverstärkung eines Transistors in Emittergrundschaltung;

Fig.2 ist das Schaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, deren Ausgangsgleichstrom im wesentlichen umgekehrt proportional ist der n-ten Potenz der Vorwärtsstromverstärkung eines Transistors in Emittergrundschaltung;

F i g. 3 ist d&i Schaltbild einer Schaltungsanordnung, die derjenigen nach F i g. 1 ähnlich ist, deren Ausgangsgleichstrom jedoch im wesentlichen umgekehrt proportional der Vorwärtsstromverstärkung eines Transistors in Emittergrundschaltung ist;

F i g. 4 zeigt das Schaltbild einer Schaltungsanordung, die derjenigenn nach Fig.2 ähnlich ist, jedoch gegenüber dieser bessere Eigenschaften für manche Verwendungszwecke hat;

F i g. 5 und 6 sind Schaltbilder, welche die Verwendung der Schaluingsanordnungen nach den F i g. 2 und 3 veranschaulichen;

F i g. 7 zeigt eine äquivalente Schaltung, welche die Diodenreihenschaltungen in den Anordnungen nach den F i g. 2 und 4 ersetzen kann.

Die in F i g. 1 gezeigte Anordnung ist im Normalfall als monolithische integrierte Schaltung ausgebildet. Bei der dargestellten Verbindungsart der Transistoren 101 bis 104 ist die Basis-Emitter-Spannung Vbboi des mit seinem Emitter an Masse liegenden Transistors 101 gleich der Basis-Emitter-Offsetspannung Vbekh des Transistors 102 plus der Basis-Emitter-Offsetspannung Veenoj des als Diode geschalteten Transistors 103 minus der Basis-Emitter-Offsetspannung Vbeim des als Diode geschalteten Transistors 104. Das heißt, es gilt:

(D

gemäß der folgenden bekannten Transistorgleichung ausdrücken.

'■5

Die Basis-Emitter-Spannung (Vbe) eines beliebigen Transistors läßt sich mit seinem Kollektorstrom (lc) kT -—

Ic

¹S

Darin ist:

k die Boltzmann-Konstante

q die Ladung eines Elektrons

T die absolute Temperatur

/_s der Sättigungsstrom des Transistors

(2)

Wenn man den Ausdruck nach Gleichung (2) in die Gleichung (1) einsetzt, erhält man die folgende Gleichung (3), in welcher die Indexzahlen der einzelnen Größen den in den Zeichnungen verwendeten Bezugszahlen der Transistoren entsprechen, zu denen diese Größen gehören:

kT	In	lcm	kT	In ^C102
1	In	^SlOl	q
kT		kT	In ψ*- 'S104

Unter der Voraussetzung, daß die Transistoren 101, 102, 103 und 104 im wesentlichen einander gleich sind (was für solche Elemente eine zulässige Annahme ist, wenn sie alle Teil derselben monolithischen integrierten Schaltung sind), so daß sie entsprechende Kennlinien haben, gilt folgendes:

^Jsioi —

~ 'S

Wenn die vorgenannte Voraussetzung erfüllt ist, läßt sich die Gleichung(3) folgendermaßen vereinfachen:

I _

¹ClOi —

h-

102 ¹ClO*

'C

lOJ

Der in die Eingangsklemme 105 eintretende Strom I/n fließt hauptsächlich in den zueinander in Reihe geschalteten Kollektor-Emitter-Strecken der Transistoren 104 und 102, vorausgesetzt, diese Transistoren haben jeweils eine Vorwärtsstromverstärkung in Emittergrundschaltung (hr_e) im normalen Bereich von 30—200, da der Emitterstrom des Transistors 103 lediglich ausreichend groß sein muß, um den Transistor 102 mit Basisstrom zu versorgen. Die Basisströme der Transistoren 102 und 104 sind bei normalen Werten von hf_e im Vergleich zu ihren Kollektor-Emitter-Strömen vernachlässigbar klein, und die Kollektor-Emitter-Ströme der Transistoren 104 und 102 sind einander nahezu gleich. Somit ist gemäß Gleichung (5) der Kollektorstrom des Transistors 101 annähernd gleich dem Kollektorstrom des Transistors 103.

Da /cio3 im wesentlichen gleich dem Emitterstrom des Transistors 103 ist, der als Basisstrom zum Transistor 102 fließt, ist der Strom /cio3 gleich dem Strom /002 geteilt durch ftfcio₂. Da /002 im wesentlichen gleich An ist, ist /cio3 im wesentlichen gleich IiN/hr_cw2- Der Strom /001, der im wesentlichen gleich dem Strom /003 ist, ist daher auch im wesentlichen gleich ///v/A/ckk- Die Schaltung nach F i g. 1 arbeitet als Stromquelle und liefert in guter Näherung an der Klemme 106 einen Ausgangsstrom (Kollektorstrom /ooi des Transistors 101), der umge-

kehrt proportional der Vorwärtsstromverstärkung eines Transistors in Emittergrundschaltung hf_e ist. Diese Stromquelle kann mit Spannungen arbeiten, die so niedrig wie die Sättigungsspannung des Transistors tOifVsATtoh die nur etwa 0,2 Volt beträgt) sind.

Eine genauere Analyse kann folgendermaßen vorgenommen werden, /cioi ist relativ klein gegenüber I/n, wie vorstehend gezeigt wurde. Der Basisstrom /βίοι des Transistors 101 ist um den Faktor ft/aoi kleiner, d. h. um die Vorwärtsverstärkung in Emittergrundschaltung des Transistors 101. Ib\o\ ist daher vernachlässigbar gering. I_1n muß als Emitterstrom im Transistor 101 fließen, abgesehen von diesem vernachlässigbar kleinen Strom /βίοι. Da der Emitterstrom eines Transistors gleich ist seinem Basisstrom plus seinem Kollektorstrom, der Λ/e-mal so groß wie sein Basisstrom ist, läßt sich /002 durch die Größe Im folgendermaßen ausdrücken:

¹C102

I,

(6)

■Γ104

(7)

I /U Λ- 1 \

'C102 / "/ί103 T^¹Ir

τ ⁼ I— h~ J 'cm

Dies ergibt nach Umstellung:

\ lc

/i

'fel02

(8)

(9)

und nach Vereinfachung:

J/A) ^/glO3

15

Da /βίοι vernachlässigbar klein ist, muß auch der Emitterstrom des Transistors 104 sehr nahe dem Wert für /cio2 liegen. Mit demselben Verfahren, welches zur obigen Gleichung (6) führte, kommt man zum folgenden Ausdruck für/ei04:

Der Basisstrom /«02 des Transistors 102 wird mit dem Emitterstrom /eio3 des Transistors 103 geliefert.

35

40

Durch Einsetzen der Gleichungen (6), (7) und (9) in die Gleichung (5) erhält man:

Un|li

stimmt die ursprüngliche Näherung, daß /aoi gleich

ist, mit einer Genauigkeit von '/2 bis 3%. Es ist angenommen worden, daß die Transistoren 101, 102, 103 und 104 nicht nur gleiche Diffusionsprofile sondern auch gleiche Basis-Emitter-Übergangsflächen haben, so daß ihre Sättigurigsiströme einander gleich sind. In einem allgemeineren Fall stehen die effektiven Basis-Emitter-Übergangsflächen der Transistoren 101, 102,103 und 104 in einem gegenseitigen Größenverhältnis von a : b : c : d. Hiermit stehen auch die Sättigungsströme der Transistoren 101,11(12,103 und 104 (d. h. die Ströme Isiou /5102, /sio3 und /sim) in einem gegenseitigen Verhältnis von a : b: c : d. In einem solchen Fall liefern die oben zur Gleichung (5) führenden Schritte die nachfolgende Gleichung (12):

(12)

Unter der Voraussetzung, daß Aa-ios gleich hr_cm ist, was bei im wesentlichen gleicher Ausführung der Transistoren 103 rnd 104 auch tatsächlich gilt, verkürzt sich die Gleichung (10) auf folgende Gleichung:

'ClOl

'IN

Wobei /cioi der Ausgangsstrom der Schaltungsanord· Falls hh\02 im normalen Bereich von 30—200 Hegt, In ähnlicher Weise, wie weiter oben die Gleichung (10) erhalten wurde, kann man den folgenden Näherungswert von /aoi für den allgemeinen Fall erhalten:

: ιοί

ad

IN

^lfelQ2

+ I

(13)

Eine gewisse Abweichung von diesem Näherungswert kann sich ergeben, wenn die Basisströme (die für den speziellen Fall einer im wesentlichen gleichen Ausbildung der Transistoren 101, 102, 103 und 104 als vernachlässigbar angenommen worden sind) in Wirklichkeit so groß sind, daß man sie in den Berechnungen berücksichtigen muß. Die Abänderungen, die man unter diesen Umständen bei den Berechnungen vorzunehmen hat, sind ähnlich wie die Abwandlungen, die man bei anderen Schaltungen mit nicht vernachlässigbaren Basisströmen verwendet, und brauchen an dieser Stelle nicht näher behandelt zu werden.

Ein anderer Spezialfall, der bei monolithischen integrierten Schaltungen oft von Bedeutung ist, liegt dann vor, wenn /aoi klein sein muß, obwohl zur Bereitstellung verkleinerter Ströme keine großen Widerstände zur Verfügung stehen, d. h. wenn Iin nicht leicht auf einen niedrigen Wert vermindert werden kann. In einem solchen Fall können die Basis-Emitter-Übergänge der Transistoren 102 und 103 so ausgeführt werden, daß ihre Flächen größer sind als die Basis-Emitter-Übergangsflächen der Transistoren 101 und 104. Diese Methode hat besondere Bedeutung bei der Vorspannung von B-Verstärker-Transistoren mittels /^-abhängiger Ströme.

Die Schaltung nach Fig.2 liefert einen Ausgangsstrom /cioi· der in guter Näherung umgekehrt proportional zu ganzzahligen Potenzen des ht_e eines Transistors ist Die Schaltung nach PIg.2 laßt sich als Abwandlung der Schaltung mich F i g. 1 betrachten. Eine Reihenschaltung 203 aus einer Anzahl η von als Dioden geschalteten Transistoren 2193-1 ... 203-n, von denen zwei in der Zeichnung dargestellt sind, ersetzt den einzelnen als Diode geschalteten Transistor 103. Der einzelne als Diode geschaltete Transistor 104 ist ersetzt durch eine Serienschaltung 2104 einer Anzahl η von als Dioden geschalteten Transistoren 204-1 ..3Mn (von denen zwei dargestellt sind), Unter der Voraussetzung, daß jeder als Diode geschaltete Transistor in der Anordnung 203 dem als Diode geschalteten Transistor 101 gleich ist und ditß jeder der als Dioden geschalteten Transistoren in der Anordnung 204 dem als Diode

ς

geschalteten Transistor 104 gleich ist, gilt für die Schaltung nach F i g. 2 folgende Gleichung:

¹ViOi =

(14)

Wenn man die Gleichung (2) in die Gleichung (14) einsetzt, erhält man:

_AZ1_ J_n ^cioi _ _AI_. in Ai⁰A.

</ '.Ti(l2

I sw\

nkT

In -^- -

Μ ic T

.J

In

'n

SlOJ

'SIM

(15)

Bei J₈₁₀₁: J₈₁₀₂: J₅₁₀₃: J₈₁₀₄ = a:b:c:d, vereinfacht

J₈₁₀₁: J₈₁₀₂: J₅₁₀₃: J₈₁₀₄
sich die Gleichung (15) auf:

1 I C103 \

f / V 'not/

(16)

Wenn man die Gleichungen (6), (7) und (9) in die Gleichung (16) einsetzt, dann erhält man folgenden Ausdruck für J_tl01:

Die F i g. 3 zeigt eine Abwandlung der in F i g. 1 dargestellten Schaltung, bei welcher der Kollektor des Transistors 103 an einer Betriebsspannung liegt, die getrennt von der Quelle für Iin zugeführt wird. In der Schaltung nach Fig.3 wird der Basisstrom des Transistors 102 hauptsächlich über die Kollektor-Emit ter-Strecke des Transistors 103 geliefert. Wenn man wiederum voraussetzt, daß der Basisstrom des Transistors 101 vernachlässigbar klein ist, dann fließt der Strom Iin im wesentlichen vollständig in den Kollektor des Transistors 102. D. h, anstelle der Gleichung (6) gilt die folgende Gleichung:

35

40

C^-102

IN

(17)

Dies lindert die Gleichungen (KV) und (13) so daß sie die Form der nachstehenden Gleichungen (IK) und (19) bekommen:

ClOl

ad

!/«102

(18)
(19)

Die Pig.4 zeigt eine Abwandlung der in Fig.2 dargestellten Schaltung!, bei welcher der Kollektor des Transistors 203-1 an einer Betriebsspannung Hegt, die getrennt von ?Ur Quelle für I,n geliefert wird. Bei dieser Verbindungsart ergibt sich für /cioi folgender Wert:

'ClOl

b \e)

'IN

(20)

Gemäß der Fig.5 wird eine Schaltungsanordnung 500 des in F i g. 3 gezeigten Typs dazu verwendet, die richtigen Ruheströme zur »Vorspannung« eines Transistorverstärkers mit dem Transistor 515 in Emittergrundschaltung zu liefern. Der Eingangsstrom Iin der Schaltungsanordnung 500 wird über die Klemme 105 und den Widerstand 501 aus dem Eingangskreis eines Stromspiegelverstärkers 505 gezogen, und der Ausgangsstrom der Schaltung wird über die Klemme 106 ω aus dem Eingangskreis eines Stromspiegelverstärkers 510 gezogen. Die Schaltungsanordnung 500 und die Stromspiegelverstärker 505 und 510 werden von einer Gleichspannungsquelle 520 gespeist. Die Stromverstärkung des Stromspiegelverstärkers 505 hat gegenüber derjenigen des Stromspiegelverstärkers 510 ein Verhältnis von ad: bc Daher hat der Ruhestrom, der vom Ausgangskreis des Stromspiegelverstärkers 505 zum Kollektor des Emitterverstärkers 515 gelangt, gegenüber dem vom Ausgangskreis des Stromspiegelverstärkers 510 zur Basis des Emitterverstärkertransistors 515 gelangenden Ruhestrom ein Verhältnis wie hr_e\<n :1.

Es sei angenommen, daß der Transistor 515 eine /!^-Stromverstärkung hat, die derjenigen des Transistors 102 entspricht. Der Basisruhestrom zum Transistor 515 wird dann um den Faktor hteim verstärkt, so daß der vom Transistor 515 benötigte Kollektorruhestrom gleich ist dem Ruhestrom, der vom Ausgangskreis des Stromspiegelverstärkers 505 geliefert wird.

Die Kollektorlastimpedanz des Emitterverstärkertransistors 515 und die Ruhespannung an der am Kollektor des Transistors 515 liegenden Ausgangsklemme OUT werden jeweils durch die nachgeschaltete Anordnung bestimmt. Diese ist in Fig.5 mit einem Thevenin-Ersatzschaltbild dargestellt durch die Serienschaltung eines die Kollektorlastimpedanz des Transistors 515 bildenden Widerstands 521 mit einer Spannungsquelle 522, die eine Ruhespannung £522 liefert. Da der vom Ausgangskreis des Stromspiegelverstärkers 505 gelieferte Ruhestrom nach dem Kirchhoffsehen Gesetz gleich ist dem vom Transistor 515 verlangten Kollektorruhestrom, fließt im Widerstand 521 kein Ruhestrom. Somit fällt auch keine Ruhespannung am Widerstand 521 ab, so daß an der Ausgangsklemme OUT eine Ruhespannung von Em erscheint. Die Basis des Transistors 515 ist über einen Kondensator mit der Eingangsklcmme IN verbunden.

Der Transistor 102 der Schaltung 500 kann betrachtet werden als Spannungsregelungstransistor mit einer Kollektor-Basis-Gegenkopplung, um den Anschluß 105 auf einer Spannung zu halten, die gleich

!st. (jedes Ansteigen der Spannung am Anschluß 109 über diesen Wert hinaus führt zu einem stark erhöhten /cto2. Mit erhöhtem /ei« wird der Sapnnungsabfall am Widerstand SOl größer, um die Spannung am Anschluß 1OS zu vermindern.) Der Stromspiegelverstärker SOS 1st

von einem Typ, der seine Eingangsspannung auf

Van«+ Ve*»;

6$ regelt, d. h. auf die Summe der Basis-Emitter-Offset· spannung der Transietoren 506 und 507. Die am Widerstand 901 erscheinende Sapnnung V_Mi Ist gleich Em (der von der Spannungsquelle 520 gelieferten

708633/266

Spannung) minus

Vfl£io2+ Vein«und minus Vast*+ Vß/307.

Der durch den Widerstand 501 zum Eingangsanschluß fließende Strom //n läßt sich nach dem ohmschen Gesetz bestimmten:

616 bzw. 617 bzw. zur Basis des Transistors 616 fließen, stehen daher zueinander im Verhältnis wie Λλκη

-ν,

VBIiSQb

(21)

wobei Ä501 der Wert des Widerstands 501 ist. Die Größen Vbeku, Vbeku, Vesoe und Vbeso7 sind gut definierte Offsetspannungen, die über einen weiten Bereich von Strömen praktisch unverändert bleiben und für Siliziumtransistoren jeweils zwischen 550 und 750 Millivollt betragen. Der vom Stromspiegelverstärker verstärkte Strom Im bestimmt den Kollektorruhestrom des Transistors 515.

Gemäß der Fig.6 wird eine Schaltungsanordnung des in Fig.2 gezeigten Typs dazu verwendet, richtig bemessene Ruheströme zur »Vorspannung« einer Darlingtonschaltung 615 zu liefern, die aus einem Transistorpaar besteht und als Emitterverstärker für Signale geschaltet ist. Die Schaltung nach Fig.6 ist derjenigen nach F i g. 5 in allgemeiner Hinsicht analog. Nach dem ohmschen Gesetz gilt:

wobei

«1:102

'BUb(Xi

(22)

die Spannung am positiver. Pol der Spannungsquelle 620 ist und
VnK₁₀₂ wie oben die Basis-Emitter-Offsetspannung

wie o

des Transistors 102 ist.

Die Größen Vestu-i und VflRO3-2 sind die Basis-Emitter-Offsetspannungen in der Reihe zueinander und als Dioden geschalteten Transistoren 203-1 und 203-2. Vb£6O6 ist die Basis-Emitter-Offsetspannung des als Diode geschalteten Transistors 606 im Eingangskreis des Stromspiegelverstärkers 605. In diesem Eingangskreis liegt außerdem der Widerstand 601.

Der Strom Im fließt durch den Eingangskreis des Stromspielgelverstärkers 605 und führt zur Erzeugung eines damit verknüpften Stroms in seinem Ausgangskreis. Der verknüpfte Strom soll den von den Transistoren 616 und 617 der Darlingtonschaltung 615 verlangten kombinierten Kollektorstrom liefern.

Wie bei der Beschreibung der Fig.2 ausgeführt wurde, folgt der Kollektorstrom /noi des Transistors 101 in der Schaltungsanordnung 600 der Gleichung (16'), wobei η -2 ist:

'ClOl

LUL

(23)

Dieser Strom wird durch die in dieser Hinsicht wie ein Verstärker in Basisschaltung wirkende Darlingtonschaltung 630 mit einem Stromverstärkungsfaktor von im wesentlichen 1 auf den Eingangskreis eines Stromspie· gelverstärkers 610 gekoppelt. Die Stromverstärkung des Stromspiegelverstärkers 605 verhält sich zu derjenigen des Stromspiegelverstärkers 610 wie atf i hfi. Die Ruheströme, die von den Ausgangskrelsen der Stromspiegelverstärker 605 und 610 zu den zusammengekoppelten Kollektoren der Transistoren Die Vorwärtsstromverstärkung der Darlingtonschaltung 615 beträgt h_M\6 (h_Mu+1), wobei A_Mie und h_M\i die Vorwärtsstromverstärkungen in Emitterschaltung der Transistoren 616 und 617 sind. Unter der Voraussetzung, daß die Transistoren 102,616 und 617 im wesentlichen gleich ausgebildet sind und einander ,o entsprechende Werte von h,_c haben, bewirkt der vom Stromspiegelverstärker 610 zum Transistor 616 gelieferte Basis-Ruhe-Strom, daß die Transistoren 616 und 617 einen kombinierten Kollektorruhestrom verlangen, der im wesentlichen gleich dem Strom aus dem , 5 Ausgangskreis des Stromspiegelverstärkers 605 ist. Wie bei der Verstärkerschaltung nach F i g. 5 so ist auch bei der Verstärkerschaltung nach Fig.6 die Signalverstärker-Lastimpedanz und die Ruhespannung an der Ausgangsklemme OUT durch die nachfolgende Schaltung bestimmt. Diese Schaltung ist in Fig.6 als Thevenin-Ersatzschaltung dargestellt, die aus der Reihenschaltung eines Lastwiderstands 621 mit einer Spannungsquelle 622 besteht.

Die aus den Transistoren 631 und 632 bestehende Darlingtonschaltung 630 liegt mit ihrer Eingangsklemme an einer Spannung 3Vbe (d.h., Vbe\o2 + V/jkoj-i + Ve£203-2), die am Anschluß 105 erscheint. Die an den Transistoren 631 und 632 erscheinenden Basis-Emitter-Offsetspannungen Vfl£B3i und Vfl£632 geben dem An-Schluß 106 eine Vorspannung von 1 V_flE. Dies führt dazu, daß die Kollektor-Emitter-Spannung des Transistors 101 im wesentlichen genau so groß ist wie die Kollektor-Emitterspannungen der Transistoren 102, 203-1, 202-2, 204-1 und 204-2. Hiermit wird die is proportionierende Wirkung dieser Transistoren verbessert, so daß der von der Schaltungsanordnung 600 gelieferte Strom dem Eingangsstrom Im genauer nach der Gleichung (23) folgt.

Es sind auch andere ähnliche Anordnungen zur Aufrechterhaltung einer Kollektor-Emitter-Spannung von 1 Vbe am Transistor 101 möglich, indem man Verstärkertransistoren in Basisschaltung verwendet, die von Halbleiterübergängen im Kollektorkreis des Transistors 102 vorgespannt werden. Beispielsweise kann die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 zusätzlich einen Verstärkertransistor in Basisschaltung enthalten, dessen Basis mit dem Anschluß 105 und dessen Emitter mit dem Anschluß 106 verbunden ist und der einen Kollektorstrom von im wesentlichen gleich /cioi zieht. so Die F i g. 7a und 7b zeigen zwei Schaltungen 700 und 700', die dafür bekannt sind, daß die äquivalente Charakteristik zwischen ihren Klemmen 701 und zeigen. Die Schaltung 700 besteht aus η als Dioden geschalteten Transistoren 700-1... 700-n, die zueinanss der In Reihe zwischen die Klemmen 701 und geschaltet sind. Jeder der Transistoren 700-1... 700·π hat eine effektive Basis-Emitter-Übergangsfläche der Größe m. Die effektiven Basls-Emltter-Übergangsflächen der Transistoren in den FI g. 7a und 7b sind durch (>o eingekreiste Zahlen oder Buchstaben neben den jeweiligen Emitterelektroden angegeben.

In der Schaltung 700' befinden steh η als Dioden geschaltete Transistoren 703·!... 703·/} als Serienschal· tung 703 zwischen den Klemmen 701 und 702. Jeder der fts Transistoren 703·! ... 703-n hat eine effektive Basls-Emltter-Cbergangsfläohe, die um den Teilungsfaktor m kleiner ist als diejenige der Transistoren 700*1 ... 700-n. Die Stromdichte In den als Dioden

geschalteten Transistoren 703-1 ... 703-n wird wie im Falle der als Dioden geschalteten Transistoren 700-1... 700-n dadurch auf demselben Wert gehalten, daß der Serienschaltung 703 die Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors 704 parallel geschaltet wird. Die effektive Basis-Emitter-Übergangsfläche des Transistors 704 ist (m-l)-mal so groß wie diejenige eines jeden der Transistoren 703-1 ... 703-n und ist so vorgespannt, daß die gleiche Basis-Emitter-Spannung wie beim Transistor 703-1 herrscht.

Schaltungen des Typs 700' können Schaltungen des Typs 700 in den Serienschaltungen 203, 204 oder Teile davon ersetzen. Hiermit vermindert man den Platzbedarf auf einer monolithischen integrierten Halbleiterschaltung zur Erzielung des Äquivalents in Reihe

zueinanderliegender und als Dioden geschalteter Transistoren mit großen Basis-Emitter-Übergangsflächen.

Ein Transistor, dessen Basis mit seinem Kollektor gekoppelt ist, wird gewöhnlich in bestimmten monolithischen Halbleiterschaltungen dazu verwendet, das elektrische Äquivalent einer Diode zwischen seinem Kollektor und seinem Emitter zu bilden. In jeier der in den Zeichnungen dargestellten Anordnungen kann jedoch diese Transistoranordnung durch einen einfachen PN-Übergang ersetzt werden. Eine Anzahl von Transistoren oder Dioden kann parallel geschaltet werden, um in bekannter Weise ein zusammengesetztes Bauelement mit geänderten Eigenschaften der Übergangsfläche zu bilden.

Hierzu 2 Blatt Zcichnuni<cn

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Lieferung eines zu einem nur in einer Richtung fließenden Eingangs- S strom proportionalen, ebenfalls nur in einer Richtung fließenden Ausgangsstromes mit einem ersten und einem zweiten Transistor, deren Emitter an einer ersten Klemme zum Anschluß an ein Bezugspotential liegen, ferner mit einer vom ι ο Kollektor des zweiten Transistors zur Basis des ersten Transistors führenden Verbindung, einer zweiten Klemme am Kollektor des ersten Transistors zum Anschluß an eine Nutzschaltung, einer dritten Klemme zum Anschluß einer Quelle für den Eingangsstrom und mit einer den zweiten Transistor mit der dritten Klemme verbindenden Schaltung, die aus zwei nur in einer Richtung leitenden Stromwegen besteht, deren erster die dritte Klemme mit der Basis des zweiten Transistors verbindet und deren zweiter die dritte Klemme mit dem Kollektor des zweiten Transistors verbindet und die beide die gleiche Anzahl η (positive ganze Zahl) von Halbleiterübergängen enthalten, die in Reihe zueinander in Druchlaßrichtung für den Eingangsstrom geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen der dritten Klemme (105) und der Basis des zweiten Transistors (102) verlaufende erste Stromweg (103, 203) die einzige Basisstrom führende Verbindung des zweiten Transistors ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Halbleiterübergänge (103,104 oder 203,21)4) aus einem Transistor besteht, dessen Kollektor mil seiner Basis verbunden ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dal! einer der Halbleiterübergänge im ersten Gleichstromweg der Basis-Emitter-Übergang eines dritten Transistors (103 oder 203-1) ist, dessen Basis mit der dritten Klemme (105) verbunden ist und dessen Kollektor an einem Betriebsspannungsanschluß liegt (F i g. 3 bis 5).

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dall) jeder der übrigen Halbleiterübergänge in den beiden Gleichstromwegen durch einen Transistor (104 oder 203-2 ... 203/j und 204-1 ... 2Mn) gebildet ist, dessen Kollektor mit seiner Basis verbunden ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein ohmsches Element (501 oder 601) in einem Gleichstromweg zwischen der dritten Klemme (105) und einer vierten Klemme liegt und daß zwischen der ersten und der vierten Klemme eine Spannung (Gleichspannungsquelle 520 oder 620) liegt (F ig. 5,6).

6. Verwendung der Schaltungsanordnung nach 5s Anspruch 2 mit einem Stromspiegelverstärker, dadurch gekennzeichnet, daß ein Eingangskreis des Stromspiegelverstäirkers (510 oder 610) mit der zweiten Klemme (106) verbunden ist und ein Ausgangskreis des Stromspiegelverstärkers (510 oder 610) gleichstrommäßig mit der Basis eines Verstärkertransistoi's (515 oder 615) verbunden ist, dessen Emitter mit der ersten Klemme (Masse) und dessen Kollektor mit einer Lastschaltung (521 oder 621) verbunden ist (F i g. 5,6). fts

7. Verwendung einer Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, mit zwei Stromspiegelverstärkern, dadurch gekennzeichnet, daß ein Eingangskreis des ersten Stromspiegelverstärkers (510 oder 610) mit H?r Tweiten Klemme (106 und ein Ausgangskreis d S Stioms_PiegWrstärkers.(510 oder 610) mi der Basis eines Verstärkertrans.stors (515 oder 61» verbunden ist, daß eine Gleichspannungsquelle i0 d 620) für einen Eingangsstrom über den