DE2447516C3 - Schaltungsanordnung zur Lieferung eines zu einem Eingangsstrom proportionalen Ausgangsstromes - Google Patents

Description

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

Es ist bereits eine solche Schaltungsanordnung vorgeschlagen worden (DE-PS 24 34 947). Diese 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 dahin 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.

Eine solche Schaltungsanordnung mit Ausnahme des Merkmals, daß beide Stromwege die gleiche Anzahl von Haibleiterübergängen enthalten, die in Reihe zueinander in Durchlaßrichtung für den Eingangsstrom geschaltet sind, ist bekannt (»Der Elektroniker« 1972, Nr. 5, Seiten 226 bis 228, insbesondere Abb. 12). Bei der bekannten Schaltungsanordnung sind die beiden Gleichstromwege der den zweiten Transistor mit der dritten Klemme verbindenden Schaltung direkte Leitungsverbindungen zwischen der Basis und dem Kollektor des 2weiten Transistors und der dritten 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 Schal-

tungsanordnung derart, daß ein Ausgangsgleichstrom geliefert wird, dessen Verhältnis zu _ dem Eingangsgleichstrom sich proportional mit der Änderung des Paktors Λ*-" ändert, wobei Λ/e die Vorwärtsverstärkung eines Transistors in Emittergrundschaltung , und π eine positive ganze Zahl ist

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst

Ein Ausgangsstrom mit der vorgenannten Abhängigkeit von der Vorwärtsstromverstärkung eines Transi- ι ο store hat z. B. Bedeutung als Ruhe-Eingangsstrom für einen Transistorverstärker, um den Ruhe-Ausgangsstrom unabhängig von temperaturbedingten Änderungen 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 Ausgangsgleichstrom sich mit dem Eingangsgleichstrom im Verhältnis Afc-" ändert (DE-OS 2354 340, 24 24 814). Die dort vorgeschlagenen Schaltungsanordnungen unterscheiden sich jedoch sowohl von den weiteren Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 als auch von dessen kennzeichnenden Merkmalen.

Die Erfindung wird nachstehend an Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen erläutert:

Fig. 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 erfmdungsgemäßen Schaltungsanordnung, deren Ausgangsgleichstrom im wesentlichen umgekehrt proportional ist der n-ten Potenz der Vorwärtsstromverstärkung eines Transistors in Emittergrundschaltung;

F i g. 3 ist das 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 Schaltungsanordnungen nach den F i g. 2 und 3 veranschaulichen;

F i g. 7 zeigt eine äquiv3)ente 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 Vbeio\ des mit seinem Emitter an Masse liegenden Transistors 101 gleich der Basis-Emitter-Offsetspannung Venm des Transistors 102 plus der Basis-Emitter-Ofisetspannung VBEim des als Diode geschalteten Transistors 103 minus der Basis-Emitter-Offsetspannung Vbe\m des als Diode geschalteten Transistors 104. Das heißt, es gilt:

— '

(I)

Die Basis-Emitter-Spannung (Vbe) eines beliebigen Transistors läßt sich mit seinem Kollektorstrom (Ic) gemäß der folgenden bekannten Transistorgleichung ausdrucken.

kT

In

Darin ist:

k die Boltzmann-Konstante

q die Ladung eines Elektrons

T die absolute Temperatur

I₅ 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

In

ClOl

'SIOl

^C103
■^S103

kT

kT

In -^

In

'Sl(M-

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:

'SIOI — 'si02 — ^5103

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

/ _ ¹ClOl w

'γιοι — τ~— 'ι

'ClM

CHB

Der in die Eingangsklemme 105 eintretende Strom Im fließt hauptsächlich in den zueinander in Reihe geschalteten Kollektor-Emitter-Strecken rtcr Transistoren 104 und 102, vorausgesetzt, diese Transistoren haben jeweils eine Vorwärtsstromverstärkung in Emittergrundschaltung (hu) im normalen Bereich von 30—200, da der Emitterstrom des Transistors 103 lediglich ausreichend groß sein muß, um den Transistor 102 mit Basisstrom zn versorgen. Die Basisströme der Transistoren 102 und 104 sind bei normalen Werten von hfe im Vergleich zu ihren Kollektor-Emitter-Strömen vernacliiäüsigbar 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 /ei03 im wesentlichen gleich dem Emitterstrom des Transistors 103 ist, der als Basisstrom zum Transistor 102 fließt, ist der Strom farn gleich dem Strom /o« geteilt durch hr_e\m- Da lam im wesentlichen gleich !in ist, ist /cio3 im wesentlichen gleich W/ty_Cio2· Der Strom /not, der im wesentlichen gleich dem Strom /003 ist, ist daher auch im wesentlicher gleich Iin/Iimm. Die Schaltung nach F i g. 1 arbeitet als Stromquelle und liefert in guter Näherung an der Klemme 106 einen Ausgangsstrom (Kollektorstrom /αοι 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 iOt(VsAT\on die nur etwa 02 Volt beträgt) sind. .<

Eine genauere Analyse kann folgendermaßen vorgenommen werden, /not ist relativ klein gegenüber //*, wie vorstehend gezeigt wurde. Der Basisstrom hm\ des Transistors 101 ist um den Faktor hum kleiner, d. h. um die Vorwärtsverstärkung in Emittergrundschaltung des Transistors 101. /βίοι ist daher vernachlässigbar gering. Im 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 κ Afe-mal so groß wie sein Basisstrom ist, läßt sich Iam durch die Größe Im folgendermaßen ausdrücken:

/ It \

^/("^{12 =} I ί,μΓ+ι ) ''"

(6)

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

(7)

Der Basisstrom Ibxoz des Transistors 102 wird mit dem Emitterstrom /ao3 des Transistors 103 geliefert.

'«102 — '/.IW

< 102 _ / ";d03 + I \ ι

I, — \ L I ¹CXOi

"f<-!02 V "/HO.! /

Dies ergibt nach Umstellung:

; _ / "/,103 \ IClOl

'(103 — I " ι, , , I T

V "/,103 + I / "/,102

(8)

40

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

/ fr/,102 \ /
j _ \^/,io2 + 1 / '^N / ^/,

/ ^hfelM \ , V ^Λ/,Ι03

L \~~Γ I '( 102

(10)

und nach Vereinfachung:

_ /;.v ".»103 ("/,ίο« + ') fin')

Unter der Voraussetzung, daß h^m gleich h^m ist, was bei im wesentlichen gleicher Ausführung der Transistoren M3 und 104 auch tatsichlich gih, verkürzt sich die Gleichung (10) auf folgende Gleichung:

dli

h_frm

Wobei /cioi der Ausgängsstrom der Schaltungsanordnung ist
Falls Afcio2 im normalen Bereich von 30—200 liegt stimmt die ursprüngliche Näherung, daß /001 gleicr liN/hit\n ist, mit einer Genauigkeit von Ui bis 3%.

Es ist angenommen worden, daß die Transistoren 101 102, 103 und 104 nicht nur gleiche Diffusionsprofile sondern auch gleiche Basis-Emitter-Übergangsflächer haben, so daß ihre Sftttigungsströme einander gleicr sind. In einem allgemeineren Fall stehen die effektiver Basis-Emitter-Übergangsflächen der Transistoren 101 102,103 und 104 in einem gegenseitigen Größenverhält nis von a : b : c : d. Hiermit stehen auch die Sättigungs ströme der Transistoren 10t, 102,103 und 104 (d. h. di< Ströme /sioi, /5102, /5103 und /5104) in einem gegenseitiger Verhältnis von a : b: c : d. In einem solchen Fall lieferr die oben zur Gleichung (5) führenden Schritte dk nachfolgende GIe' :iiung (12):

(im

(I

1/,1O₂/'')

(12)

In ähnlicher Weise, wie weiter oben die Gleichung (to) erhalten wurde, kann man den folgenden Nähe rungswert von /not für den allgemeinen Fall erhalten:

ad
hi

(13)

Eine gewisse Abweichung von diesem Näherungswert kam 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 /cioi klein sein muß, obwohl zur Bereitstellung verkleinerter Ströme keine großer Widerstände zur Verfügung stehen, d. h. wenn /w nicht leicht auf einen niedrigen Wert vermindert werden kann. In einem solchen Fall können die Basis-Emitter-Übergänge der Transistoren 102 und 103 so ausgefühn werden, daß ihre Flachen größer sind als die Basis-Emitter-Obergangsflächen der Transistoren 101 und 104. Diese Methode hat besondere Bedeutung bei der Vorspannung von B-Verstärker-Transistoren mittels Aft-abhingiger Ströme.

Die Schaltung nach F i g. 2 liefert einen Ausgangsstrom /cioi, der in guter Näherung umgekehrt proportional zu ganzzahligen Potenzen des A_fe eines Transistors ist Die Schaltung nach Fig.2 IaBt sich als Abwandhing der Schaltung nach F i g. 1 betrachten. Eine Reihenschaltung 313 aus einer Anzahl α von als Dioden geschalteten Transistoren 203-1 ... 203-4 von denen zwei in der Zeichnung dargestellt sind, ersetzt den einzelnen als Diode geschalteten Transistor 103. Dei einzelne ab Diode geschaltete Transistor 104 ist ersetzi durch eine Serienschaltung 204 einer Anzahl π von als Dioden geschalteten Transistoren 204-1 ..2Mn (vor denen zwei dargestellt sind). Unter der Voraussetzung daß jeder als Diode geschaltete Transistor in dei Anordnung 203 dem als Diode gcschshetes Trsnsistoi 101 gleich ist und daß jeder der ab Dioden geschalteten Transistoren in der Anordnung 204 dem als Diode

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

= ^BMf= + "¹⁷O(IW - «^fl

f 14)

Wenn man die Gleichung (2) in die Gleichung (14) einset.f.. erhält man:

kr	In	'(1Ol _	kr	In	'■: K)2
Ί		IS im	</		'Viii'

. "^kT In '""' - "^kT In '<■'" ,15)

Bei /_v„,, : l_sl„₂ : f,,,,,,: /_SI(M = a:hc: d. vereinfacht sich clic Gleichung (15) auf:

Wenn man die Gleichungen (6). (7) und (9) in die Gleichung (16) einsetzt, dann erhält man folgenden Ausdruck dir /₍ „„ :

«•102

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-Emitter-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:

— '/

Dies ändert die Gleichungen (10') und (13) so daß s'e die Form der nachstehenden Gleichungen (18) und (19) bekommen:

Gemäß der F i g. 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 hu 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

ίο 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, gegen-

uuci uciii τι/in nuagaiigafvi cia ucs on ι/ιιιβριι>5ΐ.ι*«ι βιαι kers 510 zur Basis des Emitterverstärkertransistors 515 gelangenden Ruhestrom ein Verhältnis wie /i/eim :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 h_/tm verstärkt so daß der vom Transistor 515 benötigte Kollektorruhestrom gleich ist dem Ruhestrom, der vom Ausgangskreis des Stromspiegelverstärkers 505 geliefert wird.
Die Kollektorlastimpedanz des Emitterverstärker-

\o transistors 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 Serien-

.15 schaltung 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 £522 (17) 45 erscheint Die Basis des Transistors 515 ist Ober einen Kondensator mit der Eingangsklemme /Λ/verbunden.

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

(16)

/j,V /" " J> 103 \ /riO

j>iw_L__\ , V Ί_/(._Ι03 + I y A^₁,
:—: 1 *nn?

fc/,|O*

'(101 —

¹ClOZ

ad
bc

ⁿfel02

(18)
(19)

Die Fig.4 zeigt eine Abwandlung der in Fig.2 dargestellten Schaltung, bei welcher der Kollektor des Transistors 203-1 an einer Betriebsspannung liegt, die getrennt von der Quelle für Im geliefert wird Bei dieser Verbindungsart ergibt sich für /001 folgender Wert:

60

_ α (d\"

IN

"felOl

(20)

ist (Jedes Ansteigen der Spannung am Anschluß 105 Ober diesen Wert hinaus führt zu einem stark erhöhten /cn». Mit erhöhtem /002 wird der Sapnnungsabfall am Widerstand 501 größer, um die Spannung am Anschluß 105 zu vermindern.) Der Stromspiegelverstärker 505 ist von einem Typ, der seine Eingangsspannung auf

VJSBO6+

regelt, d.h. auf die Summe der Basis-Emitter-Off se tspanirjRg der Transistoren 505 und 507. Die am Widerstand 501 erscheinende Sapnnung V_w ist gleich £502 (der von der Spannungsquelle 520 gelieferten

Spannung) minus

Vs£io3 und minus

V_Bso7.

Der durch den Widerstand 501 zum EingangsanschluB 105 fließende Strom /w IaBt sich nach dem ohmschen Gesetz bestimmten:

F — ν _ ν _ ι/

/ _ ^E52ll - 81:102 'ΒΕ103 'B,
¹IN — ο

wobei Λ501 der Wert des Widerstands 501 ist. Die Größen Ve£io2, Vbeioj, Vbesm und Vsso? 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 505 verstärkte Strom /w bestimmt den Kollektorruhestrom des Transistors 515.

Gemäß der Fig.6 wird eine Schaltungsanordnung 600 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:

¹IN =

(22)

¹ClOI —

fc

(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 Stromspiegehrerstärkers 610 gekoppelt Die Stromverstärkung des Stromspiegelverstärkers 605 verhält sich zu derjenigen des Stromspiegelverstärkers 610 wie ad²: b&. Die Ruheströme, die von den Ausgangskreisen der Stromspiegelverstärker 605 und 610 3U den zusammengekoppelten Kollektoren der Transistoren

ι j

25

30

die Spannung am positiven Pol der Spannungsquelle 620 ist und

wie oben die Basis-Emitter-Offsetspannung des Transistors 102 ist.

Die Größen Vbexo-i und Vbbso-2 sind die Basis-Emitter-Offsetspannungen in der Reihe zueinander und als Dioden geschalteten Transistoren 203-1 und 203-2 Vs£B06 ist die Basis-Emitter-Offsetspannung des als Diode geschalteten Transistors 606 im Eingangskreis «·*»» J U WIiUt^i V0VI · W AMU AM A WM. »Π XlsGS€*7> A-(MIgAtIgS' kreis liegt außerdem der Widerstand 601.

Der Strom Iin fließt durch den Eingangskreis des Stromspielgelverstärkers 60S und fahrt zur Erzeugung eines damit verknöpften Stroms in seinem Ausgangskreis. Der verknöpfte 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 lam des Transistors 101 in der Schaltungsanordnung 600 der Gleichung (16'), wobei π —2 ist:

55

60

65

ίο

616 bzw. 617 bzw. zur Basis des Transistors 616 fließen, stehen daher zueinander im Verhältnis wie hkmi (hum+ Oil-Die Vorwärtsstromverstärkung der Darlingtonschaltung 615 beträgt Λ*βιβ (h_lef>\i+1), wobei A/wie und /tow 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 entsprechende Werte von hr_e 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 Ausgangskreis des Stromspiegelverstärkers 605 ist Wie bei der Verstärkerschaltung nach F i g. 5 so ist auch bei der Verstärkerschaltung nach F i g. 6 die Signalverstärker-Lastimpedanz und die Ruhespannung an dei Ausgangsklemme OUT durch die nachfolgende Schaltung bestimmt Diese Schaltung ist in F i g. 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, Vbeim+ Vsbu-i + Vbe203-i% die am Anschluß 105 erscheint Die an den Transistoren 631 und 632 erscheinenden Basis-Emitter-Offsetspannungen Vasal und Vbeu2 geben dem An-Schluß 106 eine Vorspannung von 1 Vbb 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 proportionierende Wirkung dieser Transistoren verbessert so daß der von der Schaltungsanordnung 600 gelieferte Strom dem Eingangsstrom /w genauer nach der Gleichung (23) folgt

Es sind auch andere ähnliche Anordnungen zur Aufrechterhaltung einer Kollektor-Emitter-Spannung von Wbe am Transistor 1Oi möglich, indem man Verstärkertransistoren in Basisschaltung verwendet, die

11.ILl^. rtl a :

VUIl 1 ICUt/Kfllbl Ul/Cl gCUlg«*ll 1111

sistors 102 vorgespannt werden. Beispielsweise kann die Schaltungsanordnung nach F i g. 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 /ciot zieht

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 702 zeigen. Die Schaltung 700 besteht aus η als Dioden geschalteten Transistoren 700-1... 700-4 die zueinander in Reihe zwischen die Klemmen 701 und 702 geschaltet sind. Jeder der Transistoren 700-1 ... 700-/) hat eine effektive Basis-Emitter-Obergangsfläche der Größe m. Die effektiven Basis-Emitter-Übergangsflächen der Transistoren in den F i g. 7a und 7b sind durch eingekreiste Zahlen oder Buchstaben neben den jeweiligen Emitterelektroden angegeben.

In der Schaltung 70C befinden sich π als Dioden geschaltete Transistoren 703-1... 703-n als Serienschaltung 703 zwischen den Klemmen 701 und 702. Jeder der Transistoren 703-1 ... 703-n hat eine effektive dasis-Emitter-Obergangsfläche, die um den Teilungsfaktor m kleiner ist als diejenige der Transistoren 700-1 ... 700-/1 Die Stromdichte in den als Dioden

geschalteten Transistoren 703-1 ... 703-n wird wie im Falle der als Dioden geschalteten Transistoren 700-1... 700-π dadurch auf demselben Wert gehalten, daß der Serienschaltung 703 die Kollektor-Emittcr-Strecke eines Transistors 704 parallel geschaltet wird Die effektive Basis-Emitter-Übergangsfläche des Transistors 704 ist (m-\)-ma\ 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 jeder der in den Zeichnungen dargestellten Anordnungen kann

ίο 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 Zeichniiimen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Lieferung eines zu einem nur in einer Richtung fließenden Eingangsstrom 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 fahrenden 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 π (positive ganze Zahl) von Halbleiterübergängen enthalten, die in Reihe zueinander in Durchlaßrichtung für den Eingangsstrom geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen der dritten KSemme (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 203,204) aas eine:u Transistor besteht, dessen Kollektor mit seinen- Basis verbunden ist

3. Schaltungsanordnung nach A TJpruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 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 Betriebsipannungsanschluß liegt (P i g. 3 bis 5).

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

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein ohrnsches 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 Anspruch 2 mit einem Stromspiegelverstärker, dadurch gekennzeichnet, daß ein Eingangskreis des Stromspiegelverstärkers (510 oder 610) mit der zweiten Klemme (106) verbunden ist und ein Ausgangskreis des Stromspiegelverstärkers (510 oder 610) gleiehstrommlßig mit der Basis eines Verstärkertransistors (515 oder 615) verbunden ist, dessen Emitter mit der ersten Klemme (Masse) und dessen Kollektor mit einer Lastschaltung (521 oder 621)verbunden ist(Fig. 5,6). hs

7. Verwendung einer Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, mit zwei Stromspiegelverstärkern, dadurch gekennzeichnet, daß ein Eingangskreis des ersten Stromspiegelverstärkers (510 oder 610) mit der zweiten Klemme (106) und ein Ausgangskreis des ersten Stromspiegelverstärkers (510 oder 610) mit der Basis eines Verstärkertransistors (515 oder 615) verbunden ist, daß eine Gleichspannungsquelle (520 oder 620) für einen Eingangsstrom über den Eingangskreis des zweiten Stromspiegelverstärkers (505 oder 605) mit der dritten Klemme (105) gekoppelt ist, daß der Verstärkertransistor (515 oder 615) mit seinem Emitter an die erste Klemme (Masse) und mit seinem Kollektor an den Ausgangskreis des zweiten Stromspiegelverstärkers (505 oder 605) angeschlossen ist (F i g. 5,6).

8. Verwendung de/ Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 in der Weise nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangskreis des ersten Stromspiegelverstärkers (610) mit der zweiten Klemme (106) über π weitere Transistoren (631,632) verbunden ist, deren Basis-Emitter-Übergänge in Reihe zueinanderliegen, wobei die Basis des ersten (631) der weiteren Transistoren mit der dritten Klemme (105) verbunden ist und der Kollektor des leuten (632) der weiteren Transistoren mit dem Eingangskreis des ersten Stromspiegelverstärkers (610) verbunden ist und der Emitter des letzten (632) der weiteren Transistoren mit der zweiten Klemme (106) verbunden ist(F i g. 6).