DE2449611A1 - Stromuebersetzerschaltung - Google Patents

Description

Deutsche ITT Industries GmbH II. Keller - 77

Mo/fr 16. Oktober 1974

DEUTSCHE ITT INDUSTRIES GESELLSCHAFT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG

FREIBURG I. BR.

Stromubersetzerschaltung

Die Erfindung beschäftigt sich mit der Schaffung einer gegenüber den bisher üblichen verbesserten Stromübersetzerschaltung. Stromübersetzerschaltungen werden hauptsächlich in monolithisch integrierten Schaltungen verwendet und dienen dort beispielsweise dem Ersatz hochohmiger Widerstände. Stromübersetzerschaltungen sind jedoch nicht nur in Form von integrierten Schaltungen, sondern auch mit diskreten Elementen realisierbar, allerdings müssen dann die verwendeten Transistoren möglichst gleiche Eigenschaften aufweisen, was unter umständen ein Aussuchen erforderlich macht.

Die einfachste Stromubersetzerschaltung, die in der Literatur auch unter den Bezeichnungen "Konstantstromquelle" oder "steuerbarer stromgenerator" vorkommt, besteht aus einem ersten und einem zweiten Transistor, die mit ihren Basis-Emitter-Strecken einander parallelgeschaltet sind und bei deren erstem ferner noch Basis und Kollektor leitend miteinander verbunden sind, vgl. die Zeitschrift. "Elektronik", 197J/ Seite 278, Bild 6. Die in den beiden Kollektorkreisen der beiden Transistoren fließenden Ströme stehen in fester

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Beziehung zueinander, d.h. das Verhältnis dieser beiden Ströme kann als Stromübersetzungsfaktor bezeichnet werden. Derjenige Sonderfall solcher Stromübersetzerschaltungen, bei denen das Stromverhältnis gleich eins ist, wird in der
Literatur auch als Stromspiegelschaltung bezeichnet, da
der im Kollektorkreis des ersten Transistors vorgegebene Strom in gleicher Größe im anderen Kollektorkreis erzwungen wird, vgl. die Zeitschrift "Funktechnik", 1973, Seiten und 314. Die Gleichheit der beiden Ströme wird bei der Stromspiegelschaltung dadurch erreicht, daß die Basis-Emitterpn-übergangsflächen der beiden Transistoren einander gleich sind. Von eins abweichende Stromübersetzerverhältnisse
lasten sich nach der erwähnten Literaturstelle aus der
Zeitschrift "Elektronik" dadurch realisieren, daß diese
pn-übergangsflachen abweichend voneinander dimensioniert werden.

Wie den beiden genannten Literaturstellen zu entnehmen ist, ist das Stromübersetzungsverhältnis stark vom statischen Stromverstärkungsfaktor der verwendeten Transistoren abhängig. Diese Abhängigkeit fällt insbesondere dann ins
Gewicht, wenn in integrierten Schaltungen solche Stromübersetzerschaltungen mittels pnp-Transistoren realisiert
werden, da diese dann aufgrund des üblichen Planarverfahrens als sogenannte Lateral-Transistoren ausgebildet werden
müssen und als solche nur mittels zusätzlicher technologischer Maßnahmen auf Stromverstärkungsfäktoren gebracht werden können, die zum Erreichen eines gewünschten SoIl-Stromübersetzungsverhältnis.ses ausreichen. So zeigt beispielsweise das Bild 3 der Seite 313 der genannten Zeitschrift "Funktechnik", daß bei der Stromspiegelschaltung erst mit einem Stromverstärkungsfaktor größer 200 das
angestrebte Stromübersetzungsverhältnis eins erreicht wird.

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Wie die Literaturstelle aus der Zeitschrift "Funktechnik" zeigt, kann diese starke Stromverstärkungsfektorabhängigkeit durch Erweiterung der Schaltung um einen dritten Transistor dahingehend verbessert werden, daß die Stromspiegelschaltung schon bei einem Stromverstärkungsfaktor größer 20 das Soll-Stromübersetzungsverhältnis eins aufweist.

Die Erfindung geht jedoch nicht von dieser Erweiterung der bekannten Stromübersetzerschaltungen, sondern von einer aus der Zeitschrift "Electronics", 17.8.1970, Seiten 92-95, insbesondere linke untere Figur auf Seite 95, bekannten Schaltung aus, die ebenfalls einen dritxen Transistor ent- · hält. Dieser ist mit seiner Basis-Emitter-Strecke der Kollektor-Basis-Strecke des einen der beiden Transistoren als Ersatz für die in dar einfachen Schaltung dort vorhandene leitende Verbindung parallelgeschaltet. Biese als Ausgangspunkt der Erfindung dienende Schaltung ist in Fig. 1 dargestellt. Die Fig. 1 enthält die in der erwähnten Figur aus der Zeitschrift "Electronics" enthaltenen Widerstände nicht, da diese lediglich der Stromeinstellung dienen und für die Erfindung außer Betracht bleiben können.

Die beiden mit ihren Basis-Emitter-Strecken parallelgeschalteten Transistoren sind in Fig. 1 mit Tl, T2 bezeicliet, während der dritte Transistor das Bezugszeichen T3 trägt.

Die in Fig. 1 gezeigte Stromübersetzer schaltung hat bezüglich der üitromverstärkungsfaktor-Abhängigkeit gegenüber der aus der Zeitschrift "Funktechnik" bekannten Schaltung mit drei Transistoren etwa die gleichen Eigenschaften, d.h. auch bei der in Fig. 1 gezeigten Schaltung wird für den Fall einer Stromspiegelschaltung das angestrebte übersetzungsverhältnis eins erst bei einem Stromverstärkungsfaktor größer 15 erreicht.

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Da laterale pnp-Transistoren in monolithisch integrierten Schaltungen im allgemeinen jedoch Stromverstärkungsfaktoren unterhalb von Ib, insbesondere im Bereich zwischen 5 und 15 aufweisen können, was unter anderem durch die für die vertikalen Transistoren und weiteren integrierten Schaltelemente erforderlichen Eigenschaften mitbedingt ist, ist es Aufgabe der Erfindung, die in Fig. 1 gezeigte bekannte Schaltung so zu verbessern, daß das Coll-Stromübersetzungsverhältnis bereits bei einem Stromverstärkungsfaktor von 5 bis auf 1 % Genauigkeit erreicht ist. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.

Die Erfindung wird nun anhand eines in den weiteren Figuren der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiels n.'iher erläutert.

Fig. 2 zeigt das Schaltbild d^r erfindungsgemäßen Stromübersetzerschaltung und

Fig. 3 zeigt die Abhängigkeit des Stromübersetzungs-• Verhältnisses vom Stromverstärkungsfaktor für die bekannte und die erfindungsgemäße Schaltung.

Die in Fig. 2 gezeigte Schaltung der Erfindung stimmt bis auf den zusätzlichen vierten Transistor T4 mit der bekannten Schaltung nach Fig. 1 überein. Der vierte Transistor T4 ist mit seiner Kollektor-Emitter-Strecke in die Verbindungsleitung zwischen dem Minuspcl der Betriebsspannungsquelle U_ß und dem Kollektor des dritten Transistors T3 derart eingeschaltet, daß der Emitter des Transistors T4 mit dem Kollektor des Transistors T3 verbunden ist, während die Basis des Transistors T4 am Kollektor des Transistors T2 angeschlossen ist. Die beiden in festem konstanten Verhältnis zueinanderptehenden Ströme I,, I₂ fließen wie bei der Anordnung nach Fig. 1 im Kollektorkreis der Transistoren Tl, T2.Alle Transistoren von Fig. 2 sind von derselben Leitungsart, nämlich pnp-Transistoren. Der im ersten Transistor Tl fließende Strom kann wie bei den

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bekannten Schaltungen mittels eines Widerstandes eingestellt werden, der den Kollektor dieses Transistors mit geeignetem
Potential verbindet.

In Fig. 3 ist die Abhängigkeit des Stromübersetzungsverhältnis&es 1^/1. vom statischen Stromverstärkungsfaktor 3 der
Transistoren Tl bis T4 gezeigt, wobei vorausgesetzt ist, daß alle Transistoren den gleichen Stromverstärkungsfaktor aufweisen. Beim Stromverstärkungsfaktor B handelt es sich, wie
aus den entsprechenden Zahlenwerten, die größer eins sind,
hervorgeht, um den Stromverstärkungsfaktor der Transistoren in Emitterschaltung.

In Fig. 3 sind der Einfachheit halber solche Kurven gezeigt, die mit einer Stromspiegelschaltung, d.h. also für ein Stromübersetzungsverhältnis eins erreicht werden. Die in Fig. 3
mit 1 bezeichnete Kurve gehört zu der Schaltung nach Fig. 1. Für diese Schaltung gilt folgende Beziehung:

I., B(B + 1)

I₁ B(B + l)+2

Für die geforderten 1% Abweichung ergibt sich aus dieser
Gleichung ein Wert von

Für das Stromübersetzungsverhältnis des Ausführungsbeispiels nach Fig. 2 gilt die Beziehung:

I₀ B(B²+2B+3)

B(B²+2B+3)+2

Hieraus ergibt sich für 1% Abweichung ein Wert von Bsj5.

— ο —

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— 6 ■ ~
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In Fig. 3 ist die zu diesem Ausführungsbeispiel gehörende Kurve mit 2 bezeichnet, während die gestrichelte und mit 3 bezeichnete Kurve den Idealfall eines vom Stromverstärkungsfaktor B unabhängigen Stromübersetzungsverhältnisses zeigt.

1 Patentanspruch

1 Blatt Zeichnungen mit 3 Figuren

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Claims (6)

1. — y *~
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4. Patentanspruch
5. Stromübersetzerschaltung, insbesondere Stromspiegelschaltung, mit einem ersten Transistor, dessen Basis-Emitter-Strecke die Basis-Emitter-Strecke eines zweiten Transistors gleicher Leitungsart gleichsinnig parallelgeschaltet ist, dessen Kollektor-Basis-Strecki¹- die Basis-Emitter-Strecke eines dritten Transistors gleicher Leitungsart parallelgeschaltet ist, wobei in der» Kollektorkreisen des ersten und des zweiten Transistors die zu übersetzenden, insbesondere die zu spiegelnden, Ströme fließen und der Kollektor des dritten Transistors mit dem einen Pol der Betriebsspannungsquelle gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor des dritten Transistors (T3) über die Emitter-Kollektor-Strecke eines vierten Transistors (T4) gleicher Leitungsart mit dem einen Pol (-) der Betriebsspannungsquelle (U_) verbunden ist und daß die Basis des vierten Transistors mit dem Kollektor des zweiten Transistors (T2) verbunden ist.
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