DE2455080A1

DE2455080A1 - Stromstabilisierungsschaltung

Info

Publication number: DE2455080A1
Application number: DE19742455080
Authority: DE
Inventors: Rudy Johan Van De Plassche
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1973-12-04
Filing date: 1974-11-21
Publication date: 1975-06-05
Also published as: NL7316556A; DE2455080C3; FR2253237A1; JPS5330898B2; US3911353A; GB1465377A; DE2455080B2; CA1030217A; IT1024938B; FR2253237B1; JPS5086662A

Description

PIIN. 7253 Va/FF/BECK

AiimiHisr: N V fb^t!":-is' Gbeilcimpenfabdekea
Akto No. PHN- 7253

Anmeick-ne vom: 19. NOV. ^

"Stromstabilisierungsschaltung"

Die Erfindung bezieht" sich auf eine Stromstabilisierungsschaltung mit einem ersten und einem zweiten Stromkreis zwischen einer ersten und einer zweiten gemeinsamen Klemme, einer ersten Strom.teilerschal tung mit Transistoren, von einem ersten Leitfähigkeitstyp, die einen Eingangskreis mit einer niedrigen Eingangsimpedanz und einen Ausgangskreis mit einer hohen Aus gangs impedanz aufweist, und einer zweiten Strotnteilerschaltung mit Transistoren von einem zweiten I^eitfähigkeitstyp, die ebenfalls einen Eingangskreis mit einer niedrigen Eingangsimpedanz und einen Ausgangskreis mix einer hohen Axisgangsimpedanz aufweist, wobei die erste Stromteilerschaltxmg das Verhältnis zwischen den in den.' beiden Stromkreisen fliessenden Strömen festlegt und die zweite Stromteilerschaltung durch Parallelschaltung eines

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ersten Halbleiterübergangs zu der Reihenschaltung eines zweiten Halbleiterübergangs und eines ersten Widerstandes den Absolutwert dieser in den beiden Stromkreisen fliessenden Ströme festlegt.

Unter einer Stromteilerschaltung ist hier in allgemeinem Sinne eine Schaltung zu verstehen, bei der durch Parallelschaltung von Halbleiteriibergängen, gegebenenfalls in Vereinigung mit Widerständen, das Verhältnis der Ströme in dem Eingangs- und dem Ausgangskreis eindeutig festgelegt ist.

Eine derartige Stromstabilisierungsschaltung ist z.B. aus der deutschen Offenlegungsschrift 2.140.692 bekannt Ein sich bei derartigen Stromstabilisiertmgsschaltungen ergebendes Problem wird durch die Tatsache herbeigeführt, dass diese Schaltungen ausser einem ersten stabilen Zustand, in dem die gewünschten Ströme fliessen, auch einen zweiten stabilen Zustand aufweisen, in dem die Ströme gleich Null

sind. Dies bedeutet, dass diese Stromstabilisierungsschaltungen eine zusätzliche Anlassschaltung erfordern, um sicherzustellen, dass beim Einschalten der Speis\mg der gewünschte erste stabile Zustand mit Strömen ungleich Null eingenommen wird.

Bei der in der genannten deutschen Offenlegungsschrift beschriebenen Stromstabilisiertmgsschaltung besteht diese Anlassschaltung aus der Reihenschaltung eines Widerstandes und zweier in Durchlassrichtung geschalteter Dioden zwischen den beiden Speiseklemmen und einer dritten Diode, die den Verbindungspunkt des Widerstandes und einer der

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"Dioden rait einem geeigneten Anschlusspunkt der Strorostabilisierungsschaltung verbindet. Beim Einschalten der Speisung wird durch die Reihenschaltung des Yiderstandes und der Dioden ein Strom fliessen, wodurch über der Reihenschaltung der beiden Dioden eine derartige Spannung steht, dass die dritte Diode in Durchlassrichtung betrieben wird und über diese dritte Diode ein Anlassstrom dem Anschliisspunkt zugeführt wird, wodurch die Stromstabilisierungsschaltung stromführen wird und den gewünschten stabilen Zustand einnimmt. Der Anschlusspunkt ist dabei derart gewählt, dass, sobald die Stromstabilisierungsschaltung den gewünschten stabilen Zxistand eingenommen hat, die dritte Diode in der Spefrrichtung betrieben wird und demzufolge keinen Strom mehr führt.

Die Anwendung einer derartigen Anlassschaltung weist einige Nachteile auf. Als erster Nachteil sei die Tatsache erwähnt, dass der von der Stabilisierungsschaltting insgesamt a\ifgenommene Strom nicht stabilisiert ist, weil ,ja die Anlassschaltung einen gewissen nichtstabilisierten Stroir aufnimmt. Wenn der Strom durch diese Anlassschaltung niedrig gehalten werden soll, wird der Widerstand in dieser Anlassschaltung einen sehr grossen Wert aufweisen müssen. Dies hat zur Folge, dass sich.dieser Widerstand schwer in integrierter Form erhalten lässt, wodurch man sogar dazu gezwungen sein kann, einen diskreten Widerstand zu verwenden. Weiter führt die Anlassschaltiing selbstverständlich eine gewisse Verlustleistung herbei.

Die Erfindung bezweckt, eine Stromstabilisierungs-

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sehaltting mit Anlassschaltung zu schaffen, bei der die vorgenannten Nachteile vermieden werden. "Die Erfindung ist dazv dadurch gekennzeichnet, dass der erste Stromkreis die Reihenschaltung der Eingangskreise der beiden Strornteilerschaltungen und der zweite Stromkreis die Reihenschal tiing

der Ausgangskreis der beiden Stromteilerschaltungen enthalt, und dass in dem ersten Stromkreis zwischen den Eingangskreisen der beiden Stromteilerschaltungen eine reelle Impedanz angeordnet ist, die von der Haupts trombahn eines Transistors überbrückt ist, dessen Steuerelektrode mit dem zweiten Stromkreis gekoppelt ist.

Die reelle Impedanz wird im allgemeinen selbstverständlich durch einen Widerstand gebildet. Bei in der Technik integrierter Schaltungen ausgeführten Schaltnngen ist es ,iedoch allgemein bekannt und gebräuchlich, reelle Impedanzen mit Hilfe einer gegebenenfalls vergrabenen Schicht aus epitaktischem Material, meist in Form eines Feldeffekttransistors, dessen Kanal den gewünschten Widerstand liefert zti erzetigen. Nachstehend wird nur die Ausführung mit Widerstand beschrieben, aber die Erfindung beschränkt sich keineswegs auf diese Atisführtmg.

Durch die erfindungsgemässe Massnahme wird erreicht, dass beim Einschalten der Speisung direkt ein Strom über den Eingangskreis der ersten Stromteilerschaltung, die reelle Impedanz und den Eingangskreis der zweiten Stromteilerschaltung fliesst. Der Strom durch diese reelle Impedanz entspricht selbstverständlich nicht dem von der zweiter Stromteilersbhaltung vorgeschriebenen Wert des Stromes in '

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dem ersten Stromkreis. Der Gesamtstrom in diesem ersten Stromkreis wird aber atitomatisch axif diesen Sollwert mittels des hinzugefügten Transistors eingestellt, dessen durch die Hauptstrombahn fliessender Strom ,1a zu dem Strom durch die reelle Impedanz addiert wird. Die einzige Bedingung,· die erfüllt werden muss, ist die, dass die reelle Impedanz einer derartigen Wert aufweisen muss, dass der Strom durch diesen Widerstand kleiner als der von der zweiten Stromteilerschaltixng vorgeschriebene Strom, in dem ersten Stromkreis ist.

Die Erfindung wird nachstehend beispielsweise an Hand der Zeichnung näher erläutert· Es zeigen:

Fig. 1 die bekannte Stromstabilisiertmgsschaltung, und

Figuren 2 und 3 zwei Ausführungsformen der Strom-' Stabilisierungsschaltung nach -der Erfindung.

Die in Fig. 1 dargestellte, aus der genannten

deutschen Offenlegungsschrift bekannte Stromstabilisierungsschaltung enthält eine erste Stromteilerschaltung S- mit pnp-Transistören. Biese Stromteilerschaltung S- enthält" zwei Transistoren T- und T₂ mit parallel gesühalteten Basis-Emitter-Strecken. Der Transistor T₂ weist jedoch eine grössere Emitteroberfläche als der Transistor T- auf, was schematisch mit Hilfe des Transistors Tq¹ angedeutet ist, der z\i dem Transistor T„ völlig parallel geschaltet ist. In Reihe mit den als Dioden geschalteten Transistoren Tg nnd Tp¹ ist ein weiterer pnp-Transi stör T₁* angeordnet, dessen Basis mit dem Kollektor des Transistors T- verbunden ist. Diese Basis des Transistors T_ bildet die Eingangsklemme I₁

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der Stromteilerschaltung und weist eine niedrige Eingangsimpedanz auf, während der Kollektor des Transistors T~ die Aus gangs klemme bildet xind eine hohe Aus gangs impedanz aufweist. Biese erste Stromteilerschaltung legt infolge der Parallelschaltung der Basis-Emitter-Strecken der Transistoren Τ.. und T„ das Verhältnis der Ströme an der Eingangsklemme I₁ und an der Ausgangsklemme O₁ völlig fest, wobei dieses Verhältnis gleich dem Verhältnis der wirksamen Emitteroberflächen der Transistoren T.tmd T₂ ist.

Die Stromstabilisieriingsschalttmg enthält eine zweite Stromteilerschaltung S₂ mit .npn-Transistoren. Biese Stromteilerschaltung S„ enthält einen Transistor T., dessen Basis-Emitter-Strecke zti der Reihenschaltung eines als Biode geschalteten Transistors T- und eines Widerstandes R.. parallel geschaltet ist. In Reihe mit diesem Widerstand R- und dem als Biode geschalteten Transistor T_ ist ein Transistor T-r angeordnet, dessen Basis mit dem Kollektor des Transistors Tj, vdrbunden ist und den niederohmigen Eingang I₂ der zweiten Stromteilerschaltting S₂ bildet, während der Kollektor dieses Transistors Tg den hochohmigen Ausgang O₂ dieser Stromteilerschaltung S₂ bildet.

Ber Eingang I₂ der zweiten Stromteilerschaltung S₂ ist mit dem Ausgang 0.. der ersten Stromteilerschaltung S^, und der Ausgang O₂ der zweiten Stromteilerschaltung S₂ ist mit dem Eingang I₁ der ersten Stromteilerschaltung verbunden. Bie erste Stromteilerschaltung ^S₁ bestimmt das Verhältnis der Ströme in den durch diese Verbindungen der Ein- und Atisgänge der beiden Stromteilerschaltungen gebil-

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deten Stromkreisen zwischen den beiden Speiseklemraen g

und -V_. Dadtirch, dass in der zweiten Stromteüerschaltung B

S_p dieses StromverhSltnis nur bei einem bestimmten Absolutwert dieser beiden Ströme bestehen kann, dessen Grosse durcl die Grosse des Widerstandes R₁ in Vereinigung mit dem Stromverhältnis bestimmt wird, liegt der Absolutwert der beiden Ströme völlig fest und' ist.in erheblichem Masse von der Speisespannung imabhängig.

Die so aiifgebaute Stromstabilisierungsschaltung weist auch einen stabilen Ztistand auf, in dem die Ströme in den beiden Stromkreisen gleich Null sind« Um diesen stabilen Zustand ansztiechliessen, ist eine Anlassschaltung vorgesehen, die aus der Reihens, chal tun g eines Widerstandes R₂ und zweier "Dioden B₁ und Ό» zwischen den beiden Speiseklemmen +Vp und -Vp und einer Diode Do besteht, die den Verbindungspunkt des Widerstandes R₂ und der Diode D₁ mit der Basis des Transistor^ T^ in der zweiten Stromteilerschaltung S verbindet. Ueberdiese Diode D„ wird beim Anlegen der Speisespanmrng in diese Basis des Transistors Ts ein Strom injiziert, wodurch die Stromstabilisierungsschaltung stromführen wird und den gewünschten stabilen Ziistand einnimmt, Sobald dies der Fall ist, ist die Diode D„ gesperrt und führt keinen Strom mehr.

Wie aus der Figur deutlich ersichtlich ist, ist der von der Stromstabilisierungsschaltung insgesamt aufgenommene Strom infolge des Vorhandenseins dieser Anlassschaltung nicht mehr stabilisiert, weil ,1a die Reihenschaltung des Widerstandes R₂ und der Dioden D₁ und D₂ einen

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nicht-stabilisierten Strom führen. W_enn dieser nichtstabilisierte Teil des Gesamtstromes beschränkt werden soll, mus; dem Widerstand R₂ ein grosser Wert 'gegeben werden. Dies
kann integrationstechnische Schwierigkeiten bereiten, so
dass es sich als notwendig erweisen kann, diesen Widerstand R₂ diskret auszuführen. Weiter wird in dieser Anlassschaltung stets zusätzliche Leistung verloren gehen.

Diese Nachteile ergeben sich nicht bei der Stromstabilisierxmgsschaltung nach der Erfindtxng, von der eine
erste Ausführungsform in Fig. 2 dargestellt ist. Diese Ausführungsform nach Fig. 2 enthält eine erste Stromteilersehaltung S₁, die mit der Stromteilersohaltung nach Fig. 1 völlig identisch ist, und eine zweite Stromteilersehaltung S₂, die mit der Stromteilersehaltung S₂ nach Fig. 1 völlig identisch ist. Im Gegensatz zu der Schaltung nach Fig. 1
sind nun aber einerseits die Eingänge I₁ und I₂ der beiden Stromteilerschaltungen S' \md S„ und andererseits die Ausgänge O₁ und O₂ miteinander verbtmden. Weiter ist in die
Verbindungsleitung zwischen den beiden Eingängen I₁ und I₂ der beiden Stromteil erschal txmgen S₁ und S₂ ein Widerstand R„ aufgenommen, der von der Kollektor-Emitter-Strecke eines npnrTransistors T- überbrückt ist, dessen Basis mit den
Ausgängen O₁ und O₂ der beiden Stromteilerschaltungen verbunden ist.

Durch diesen Aufbau ist das Anlassen der Stromstabilisierungsschaltung gewährleistet, ohne dass eine Anlassschaltung parallel zu den beiden Stromkreisen mit den
damit einhergehenden Nachteilen erforderlich ist. Beim

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Einschalten der Speisimg steht ,ja praktisch die ganze Speisespannung über dem Widerstand R^, so dass durch diesen Widerstand R- mit Gewissheit ein Strom fliessen wi.rd. Dieser Strom steuert sowohl die Basis des Transistors T„ als auch die Basis des Transistors T^ an, so dass diese Transistoren und damit alle anderen Transistoren leitend wenden und demzufolge die Stromstabilisierungsschaltung anlässt.

Der durch den Widerstandswert des Widerstandes R« bestimmte Strom dxirch diesen Widerstand entspricht im allgemeinen dem dtirch die Stromteilerschaltungen S.. und S„ bestimmten Strom.an den Eingängen I- und I₂ nicht. Mittels des Transistors T- wird aber automatisch erreicht, dass die Summe der Ströme durch diesen Widerstand R„ und diesen Transistor T^ diesen Strömen an den Eingängen I. und. I₂ wohl entspricht. Die einzige Bedingung, die dabei erfüllt werden soll, ist die, dass der Widerstand R„ einen derartigen Wert axifweist, dass der Strom dtirch diesen Widerstand bei maximaler Speisespannung kleiner als die Sollströme an den Eingängen I₁ xind I₂ ist, so dass der Transistor T„ jedenfalls Strom führt.

Oa der Widerstand R„ in einen der Stromzweige selber aufgenommen ist, -veranlasst er keine zusätzliche Verlustleistung· Weiter ist der insgesamt aufgenommene Stror. völlig stabilisiert und lässt sich schliesslich dieser Widerstand R_ noch ziemlich gut integrieren, so dass die Nachteile der bekannten Schaltung auf sehr einfache Weise vermieden sind.

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Fig. 3 zeigt eine zweite Axisführungsf orm der Stromstabilisierungsschaltung nach der Erfindung. Die Schaltung enthält wieder eine erste Stromteilerschaltung S₁ mit den Transistoren T₁., T„ und T„ entsprechend den vorher beschriebenen Schaltungen. Der einzige Unterschied niit der

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in den vorhergehenden Stromstabilisierungsschaltungen verwendeten ersten Stromteilerschaltung S₁ ist der, dass nun angenommen wird, dass die Transistoren T₁ und Tp gleiche Emitteroberflächen aufweisen, wodurch die Ströme an dem Eingang I₁ und dem Ausgang O₁ dieser Stromteilerschaltung

5₁ zwangsweise einander gleich sind.- Die zweite Stromteilerschalttmg S₂ enthält nun den Transistor Tj,, dessen Basis-Emitter-Strecke zu der Reihenschaltung des als Diode geschalteten Transistors T_ und des Widerstandes R₁ parallel geschaltet ist. Der Eingang Ip dieser Stromteilerschaltung

5₂ wird nun durch den kurzgeschlossenen Basis-Kollektor des Transistors T,- und der Ausgang O₂ diirch den Kollektor des Transistors Tj^ gebildet. Die Eingänge I₁ und I₂ und die Ausgänge O₁ und O₂ der beiden Stromteilerschaltungen sind wieder miteinander gekoppelt.

Oa die Stromteilerschaltting S₁ in die beiden Stromkreise gleiche Ströme einführt, imiss bekanntlich bei dieser Ausfuhrung der Stromstabilisierungsschaltung der

Transistor T_ in der zweiten Stromteilerschaltung eine 5

grössere Oberfläche als der Transistor Tu aufweisen, was mit Hilfe eines Transistors T^» parallel zu dem Transistor T- dargestellt ist.

Aufs neue ist zwischen den Eingängen I₁ und T₂

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der beiden Stromteil ers chal taingen S^ und S₂ der Widerstand E. angeordnet, zu dem der Transistor T- parallel geschaltet ist, der beispielsweise als Darlingtonpaar T-, T-¹ ausgebildet ist. Die Wirkungsweise ist weiter der der Schaltung nach Fig. 2 völlig analog.

Es sei bemerkt, dass die aus dem Transistor T^, T-, dem Widerstand R₁ und dem Transistor T-, T-* bestehende Konfiguration der in Fig. 1 gezeigten Stromteilerschaltung weitgehend ähnlich ist, der dann nur noch der Widerstand R„ hinzugefügt ist. Die Funktion des Transistors T~ in Fig. 3 ist aber von der des Transistors T> in '. Fig. 1 völlig verschieden. Dieser Transistor Tg hat ,ja auf bekannte Weise einen Ausgleich des Einflusses des Basisstroms des Transistors Tj, auf die Grosse des Eingangs- und des Ausgangsstroms der Stromteilerschaltung zur Folge, wobei es von wesentlicher Bedeiitung ist,dass diese beiden Transistoren Tr tind Tg annähernd gleiche Ströme führen. Der Transistor T₇, T₁-' in Fig. 3 hat dagegen eine Re gel funkt ion, und zwar die Ergänzung des durch den Widerstand R„ fliessenden Stromes z\i dem richtigen Wer*, und dient bestimmt nicht zum Ausgleichen des Basisstroms des Transistors Tl, weil die Ströme durch diese Transistoren erheblich voneinander verschieden sein werden.

Es leuchtet ein, dass sich die Erfindung keineswegs atif die in den Figuren 2 und 3 gezeigten Ausftihrungsformen beschränkt. Die beiden Stromteilerschaltungen können jede gewünschte bekannte Bauart aufweisen. So kann z.B. das Stromverhältnis in den beiden Stromkreisen auch mit Hilfe

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von Widerständen in den Emitterleitungen der Transistoren T- und T„ festgelegt werden. Weiter kann selbstverständlich der L<ei tf ähigkeitstyp der Transistoren der beiden Stromteiler schaltungen ohne weiteres umgekehrt werden, so dass die Stromteilerschal tiing mit den npn-Transistoren das Stromverhältnis und die Stromteilerschaltung mit den pnp-Transistoren den Absolutwert dieser Ströme in den beiden Stromkreisen bestimmen.

Schliesslich sei noch bemerkt, dass der bei der Stromstabilisierungsschaltung nach der Erfindung verwendete Anlassmechanismus sich gegebenenfalls auch bei einer Stromstabilisierungsschaltung verwenden lässt, bei der statt einer Stromteilerschaltung S₁ zwei Transistoren mit parallel geschalteten Basis-Emitter-Strecken verwendet werden, wobei die Basis-Elektroden dieser Transistoren ein Steuersignal über einen Regel transistor empfangen. Eine derartige Stromstabilisierungsschaltung ist z.B. in der deutschen Patentanmeldung P 2.h 23 478.4,' Fig. 3, beschrieben. Statt der in dieser Figur dargestellten Anlassschaltung kann auch ein zusätzlicher Widerstand zu der Kollektor-Emitter-Strecke des Regel transistors T_Q parallel geschaltet werden.

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Claims

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1.. Stromstabilisierungsschaltung mit einem ersten und einem zweiten Stromkreis zwischen einer ersten und einer zweiten gemeinsamen Klemme, einer ersten Stromteilerschal tting mit Transistoren von einem Ersten Leitfähigkeitstyp, die einen Eingangskreis mit einer niedrigen Eingangs— impedanz und einen Ausgangskreis mit einer hohen Ausgangsimpedanz aufVeist, und einer zweiten Stromteil erschal txing mit Transistoren von einem zweiten T-eitfähigkeitstyp, die ebenfalls einen Eingangskreis mit einer niedrigen Eingangsimpedanz und einen Ausgangskreis mit einer hohen Ausgangsimpedanz aufweist, wobei die erste Stromteilerschaltung das Verhältnis zwischen den in den beiden Stromkreisen fliessenden Strömen festlegt und die zweite Stromteiierschaltung durch Parallelschaltung eines ersten Halbleiter-Übergangs zu der Reihenschal tiing eines zweiten Halbleiterübergangs und eines ersten Widerstandes den Absolutwert der in den beiden Stromkreisen fliessenden Ströme festlegt, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Stromkreis die Reihenschaltung der Eingangskreise der beiden Stromteilerschaltungen (S.,, S^) und der zweiten Stromkreis die Reihenschaltung der Axis gangs kr ei se der beiden Stromteilerschaltu'ngen enthält, und dass, in dem ersten Stromkreis zwischen den Eingangskreisen der beiden Stromteilerschalttingen eine reelle Impedanz (Ro) angeordnet ist, die von der Hauptstrombahn eines Transistors (T„) überbrückt ist, dessen Stexierel'ektrode mit dem zweiten Stromkreis gekoppelt ist. 2« Stromstabilisierungsschaltung nach Anspruch 1,

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dadurch, gekennzeichnet, dass die reelle Impedanz (Ro) einen derartigen Widerstandswert aufweist, dass der Strom durch diese Impedanz bei der maximal möglichen Speisespannung kleiner als der von den beiden Stromteilerschaltungen (S₁, S₂) in dem ersten Stromkreis vorgeschriebene Strom ist.

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