DE2449611C3 - Stromübersetzerschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung beschäftigt sich mit der Schaffung einer gegenüber den bisher üblichen verbesserten Stromübersetzerschaltung. Stroniübersetzerschaltungen 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 Stromübersetzerschaltung, 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 parallel geschaltet sind und bei deren erstem ferner noch Basis und Kollektor leitend miteinander verbunden sind (vgl. die Zeitschrift »Elektronik«, 1973, Seite 248, Bild 6). Die in den beiden Kollektorkreisen der beiden Transistoren fließenden Ströme stehen in fester 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 313 und 314). Die Gleichheit der beiden Ströme wird bei der Stromspiegelschaltung dadurch erreicht, daß die Basis-Emitter-pn-Übergangsflächen der beiden Transistoren einander gleich sind. Von Eins abweichende Stromübersetzerverhältnisse lassen sich nach der erwähnten Literaturstelle aus der Zeitschrift »Elektronik« dadurch realisieren, daß diese pn-Übergangsflächen abweichend voneinander dimensioniert werden. <■>$

Wie den beiden genannten Literaturstellen zu entnehmen ist, ist das Stromübersetzungsverhältnis stark vorn statischen Sirornverstärkungsfaktor der verwendeten Transistoren abhängig. Diese Abhängigkeit fällt insbesondere dann ins Gewicht, wenn in integrierten Schaltungen solche Stromübersetzerschaltungen mittels pnp-Transisioren realisiert werden, da diese dann aufgrund des üblichen Planarverfahrens s!s sogenannte Lateral-Transistoren ausgebildet werden müssen und als solche nur mittels zusätzlicher technologischer Maßnahmen auf Stromverstärkungsfaktoren gebracht werden können, die zum Erreichen eines gewünschten Sollstrom-Übersetzungsverhältnisses 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 Stromüber-Setzungsverhältnis Eins erreicht wird.

Wie die LiteratursteHe aus der Zeitschrift »Funktechnik« zeigt, kann diese starke Stromverstärkungsfaktorabhängigkeit durch Erweiterung der Schaltung um einen driten 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 dritten Transistor enthält. Dieser ist mit seiner Basis-Emitter-Strecke der Kollektor-Basis-Strekke des einen der beiden Transistoren als Ersatz für die in der einfachen Schaltung dort vorhandene leitende Verbindung parallel geschaltet. Diese als Ausgangspunkt der Erfindung dienende Schaltung ist in Fig. 1 dargestellt. Die F i g. 1 enthält die in der erwähnten Figur aus der Zeitschrift »Electronics« enthaltenen Widerstände nicht, da diese lediglich der Stromeinstel lung dienen und für die vorliegende Erfindung außer Betracht bleiben können.

Die beiden mit ihren Basis-Emitter-Strecken parallelgeschalteten Transistoren sind in Fig. 1 mit Ti, TI bezeichnet, während der dritte Transistor das Bezugszeichen 7 3 trägt.

Die in F i g. 1 gezeigte Stromübersetzerschaltung hat bezüglich der Stromverstärkungsfaktor-Abhängigkeit gegenüber der aus der Zeitschrift »Funktechnik« bekannten Schaltung mit drei Transistoren etwa die gleichen Eigenschaften, d. h., auch bei der in F i g. 1 gezeigten Schaltung wird für den Fall einer Stromspiegelschaltung das angestrebte Übersetzungsverhältnis Eins erst bei einem Stromverstärkungsfaktor größer 15 erreicht.

Da laterale pnp-Transistoren in monolithisch integrierten Schaltungen im allgemeinen jedoch Stromverstärkungsfaktoren unterhalb von 15, 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 F i g. 1 gezeigte, im Oberbegriff des Patentanspruchs vorausgesetzte bekannte Schaltung so zu verbessern, daß das Sollstrom-Übersetzungsverhältnis bereits bei einem Stromverstärkungsfaktor von etwa 5 bis auf 1% Genauigkeit erreicht ist. Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs I angegebene Erfindung gelöst.

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

F i g. 2 zeigt das Schaltbild der erfindungsgemäßen Stromübersetzerschaltung und

Fig.3 zeigt die Abhängigkeit des Strornübersetzungsverhältnisses vom Stromverstärkungsfaktor für die bekannte und die erfindungsgemäße Schaltung.

Die in Fig. 2 gezeigte Schaltung der Erfindung stimmt bis auf den zusätzlichen vierten Transistor TA mit der bekannten Schaltung nach Fig. 1 überein. Der vierte Transistor TA ist mit seiner Kollektor-Emitter-Strecke ir die Verbindungsleitung zwischen dem Minuspol der Betriebsspannungsquelle Ub und dem Kollektor des dritten Transistors T3 derart eingeschaltet, daß der Emitter des Transistors TA mit dem Kollektor des Transistors T3 verbunden ist, während die Basis des Transistors TA am Kollektor des Transistors Γ2 angeschlossen ist. Die beiden in festem konstantem Verhältnis zueinander stehenden Ströme />, /2 fließen wie bei der Anordnung nach F i g. 1 im Kollektorkreis der Transistoren TI, T2. AiIe Transistoren von Fig. 2 sind von derselben Leitungsart, nämlich pnp-Transistoren. Der im ersten Transistor Ti fließende Strom kann wie bei den bekannten Schaltungen mittels eines Widerstandes eingestellt werden, der den Kollektor dieses Transistors mit geeignetem Potential verbindet.

In Fig.3 ist die Abhängigkeit des Stromübersetzungsverhältnisses /2//1 vom statischen Stron verstärkungsfaktor B der Transistoren Ti bis TA gezeigt, wobei vorausgesetzt ist, daß alle Transistoren den gleichen Stromverstärkungsfaktor aufweisen.

Stromverstärkungsfaktor S handelt es sich, wie aus den entsprechenden Zahlen werten, die größer als 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 /u der Schaltung nach Fig. 1. Für diese Schaltung gilt folgende Beziehung:

I₂
/,

BiB + Ii
ßlß+ Il + 2

t-ür die geforderten 1% Abweichung ergibt sich aus dieser Gleichung ein Wert von B= 14.

Für das Stromüberseizungsverhältnis des Ausführungsbeispiels nach F i g. 2 gilt die Beziehung:

/, _ BtB¹ - 2B - }\ 2B~3i~2

Hieraus ergibt sich für 1% Abweichung ein Wert von 2. 5=5.

In Fig. j ist die zu diesem Ausführungsbeispiel

gehörende Kurve mit 2 bezeichnet, während die gestrichelte und mit 3 bezeichnete Kurve den Jdealfal!

eines vom Stromverstärkungsfaktor B unabhängigen Stromüberse'.zungsverhältnisses zeigt.

Hierzu 1 Blatt Zeklinunuci

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   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-Strecke die Basis-Emitter-Strecke eines dritten Transistors gleicher Leitungsart parallelgeschaltet ist, wobei in den Kolleklorkreisen 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 (Ub) verbunden ist und daß die Basis des vierten Transistors mit dem Kollektor des zweiten Transistors (T2) verbunden ist.