DE2459271A1 - Schaltungsanordnung zum erzeugen eines kompensierten stromes - Google Patents
Schaltungsanordnung zum erzeugen eines kompensierten stromesInfo
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Description
Philips Patentverwaltung GmbH., 2 Hamburg 1, Steindamm 94
"Schaltungsanordnung zum Erzeugen eines kompensierten Stromes"
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Erzeugen eines einer einstellbaren Referenzspannung und/oder
dem Leitwert eines einstellbaren WiderStandes proportionalen, gegenüber Temperaturänderungen und ggf. Speisespannungs- ,
änderungen weitgehend kompensierten Stromes, vorzugsweise in integrierter Halbleitertechnik, bei der die Referenzspannung an
die Basis des ersten Transistors eines Differenzverstärkers angeschlossen
ist und bei der die Basis des zweiten Transistors des. Differenzverstärkers mit dem Emitter eines dritten Transistors
verbunden ist, dessen Basis an den Kollektor des zweiten Transistors angeschlossen ist und in dessen Emitterzweig der V/iderstand
eingeschaltet ist, und bei der zwischen den Kollektorzweigen des ersten und des zweiten Transistors eine (erste)
Stromspiegelschaltung eingeschaltet ist.
In derartigen Schaltungen sind die Einflüsse der Basis-Emitter-Spannungen
und ihre Temperaturabhängigkeit kompensiert, aller-
PHD 74-224· Tm
60982b/Oby7 -2-
-Z-
dings nur für einen besximmxen Wert der Eingangsspannung bzw.
des vom Ausgangsstrom durchflossenen Widerstandes.
Bei einer Schaltungsanordnung der eingangs erwähnten Art wird eine Kompensation der erwähnten Einflüsse über einen weiten Bereich
der Referenzspannung und außerdem über einen weiten Bereich des Wertes des einstellbaren Widerstandes erreicht, wenn
gemäß der Erfindung der Kollektorzweig des dritten Transistors über eine zweite Stromspiegelschaltung den Ausgangsstrom und
einen Steuerstrom für eine dritte Stromspiegelschaltung liefert, die den gemeinsamen Emitterstrom des ersten und des zweiten Transistors
des Differenzverstärkers bestimmt.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Die Schaltungsanordnung enthält zwei npn-Transistoren 1 und 2,
deren Emitter miteinander verbunden sind und über eine, einen konstanten Strom liefernde Teilschaltung 3 an den negativen Pol
der Speisequelle (Masse) angeschlossen sind. Ihre Kollektoren sind über eine Stromspiegelschaltung k mit dem positiven Pol der
Speisequelle verbunden. Diese Stromspiegelschaltung besteht aus zwei pnp-Transistoren 5 und 6, deren Kollektoren an die Kollektoren
der Transistoren 1 und 2 angeschlossen sind und deren Emitter über Widerstände 7 bzw. 8 am positiven Pol der Speisequelle
liegen.
Der Strom des Transistors 2 durchfließt den Transistor 6 derart, daß sich eine für diesen Strom bei der betreffenden Transistorart
— 3 609826/0597
und Temperatur richtige Basis-Emitter-Spannung einstellt. Wenn
der Kollektor des Transistors 6 mit seiner Basis direkt verbunden ist, wird aus dem zugeführten Strom ein für den Basisstrom
erforderlicher Anteil abgezweigt. Um diesen Anteil möglichst klein zu halten, wird die Basis eines zusätzlichen pnp-Transistors
9 angesteuert, dessen Kollektor an Masse liegt, während sein Emitter den Basisstrom an den Transistor 6 liefert. Die so
erzeugte, vom Kollektorstrom des Transistors 2 abhängige Basis-Emitter-Spannung
des Transistors 6 und der Spannungsabfall am Widerstand 8 werden zusammen an der Basis des Transistors 5 wirksam
und bedingen dort die Summe von Basis-Emitter-Spannung und Spannungsabfall am Emitterwiderstand 7. Venn die Widerstände 7
und 8 gleich sind und die Eigenschaften der Transistoren 5 und ebenfalls übereinstimmen, wie das bei integrierten Schaltungen
sehr gut der Fall ist, wird so sichergestellt, daß zum Kollektor
des Transistors 1 ein Strom fließt, der sehr genau gleich ist dem Kollektorstrom des Transistors 2.
An den Transistor 1 ist ein Emitterverstärker mit dem Transistor 11 angeschlossen derart, daß dessen Basis mit dem Kollektor des
Transistors 1 und dessen Emitter mit der Basis des Transistors
verbunden ist. Der Emitterstrom des Transistors 11 bewirkt im Widerstand 12 einen Spannungsabfall. Da die Ströme der Transistoren
1 und 2 infolge der Stromspiegelschaltung 4 praktisch
gleich sind, stellt sich die Schaltung so ein, daß auch die an den Basen der Transistoren 1 und 2 anliegenden Spannungen übereinstimmen;
die nur mit dem Basisstrom des Transistors 2 belastete, von einer Quelle 13 gelieferte Referenzspannung U wird somit auf
den Widerstand 12 übertragen, und der Strom des Transistors 11
tiO982S/0S97 -4-
ist dem Produkt aus der Spannung U und dem Leitwert des Widerstandes
12 proportional.
Der Ausgangsstrom des Transistors 11 kann einer Stromspiegelschaltung
14 zugeführt werden, die pnp-Transistoren 15 und 16 enthält, deren Kollektorströme dem Eingangsstrom, dem Kollektorstrom
des Transistors 11, der den pnp-Transistor 17 durchfließt,
sehr genau proportional sind. Die Basen der Transistoren 15,16 und 17 sind miteinander verbunden; in ihren Emitterzweigen liegen
zugeordnete Widerstände 19, 20 und 21, mit deren Hilfe die Ströme eingestellt werden können. Die Basis und der Emitter eines Transistors
18 sind mit dem Kollektor bzw. der Basis des Transistors 17 verbunden; der Kollektor liegt an Masse. Dieser Transistor 18
liefert die Basisströme für die Transistoren 151 16 und 17; dem
Steuerstrom I2 wird dafür ein um die Stromverstärkung des Transistors
18 geringerer Stromanteil entnommen. Die Wirkung der Schaltung 14 entspricht der der Stromspiegelschaltung 4, deren
Transistor 5 in entsprechender Weise durch den Eingangsstrom vom Kollektor des Transistors 2 gesteuert wird.
In der dargestellten Schaltung sind zwar die Basis-Emitter-Spannungen
in ihrer Auswirkung auf die Ströme weitgehend kompensiert. Aus dem vom Transistor 5 gelieferten Strom wird jedoch der Basisstrom
für den Transistor 11 abgezweigt, so daß der Kollektorstrom des Transistors 1 nicht exakt gleich ist dem Kollektorstrom
des Transistors 2. Dementsprechend ergibt sich zwischen den Basisspannungen der Transistoren 1 und 2 ein Unterschied, Das
kann durch eine kleine Abweichung im Wert des Widerstandes 7 für einen bestimmten Wert des Basisstromes des Transistors 11, also
- 5 b 0982S/0B9 7
_ 5 —
für eine bestimmte Spannung U, kompensiert werden. Bei abweichenden
Werten von U fließen jedoch andere Basisströme zum Transistor
11. Bei bekannten Anordnungen ist die Stromquellenschaltung 3, die den gemeinsamen Strom I^ für die Emitter der Transistoren 1
und 2 liefert, festgelegt. Dann bleiben auch die Kollektorströme der Transistoren 1 und 2 unverändert. Der bei einer anderen Spannung
U oder einem anderen Leitwert des Widerstandes 12 sich einstellende
andere Strom I2 erfordert dann am Transistor 11 einen
anderen Basisstrom, so daß der Kollektorstrom des Transistors 1 gegenüber dem von der Stromspiegelschaltung 4 aus dem Transistor
5 zugeführten Strom verändert wird. Für diesen anderen, vom KoIv lektorstrom des Transistors 2 abweichenden Strom stellt sich dann
am Transistor 1 ein anderer Basisstrom ein mit einem anderen Spannungsabfall am Widerstand 23 und einer anderen Basis-Emitter-Spannung
am Transistor 1. Die gewünschte Proportionalität des Stromes I2 und des Ausgangsstromes I gegenüber der Eingangsspannung U
und/oder dem Leitwert des Widerstandes 12 ist dann nicht mehr sichergestellt.
Gemäß der Erfindung wird nun der Stromspiegelschaltung 14 vom Transistor 16 ein Strom I^ entnommen, der den Transistor 26 in
der Stromspiegelschaltung 3 und damit den Strom I1 für die Emitter
der Transistoren 1 und 2 steuert. Insbesondere mittels der Emitterwiderstände 20, 27, 29 in den Stromspiegelschaltungen 14
und 3 wird erfindungsgemäß die Einstellung vorzugsweise so vorgenommen, daß der Strom I^ doppelt so groß ist wie der Strom Ip·
Das kann dadurch erreicht werden, daß die Ströme I2 und I, gleich
gemacht werden und daß der Strom I. doppelt so groß ist wie I^.
Aber auch andere Verhältnisse des Stromes Iv gegenüber I2 bzw. I.
sind grundsätzlich möglich.
■b 09825/0597 -6-
- fa -
Durch diese Schaltung wird erreicht, daß die Ströme durch die
Stromspiegelschaltung 4 sich mit dem Strom I2 ändern. Wird z.B.
größer, so steigt auch der Strom durch den Transistor 5 und dementsprechend der durch einen abweichenden Viert des Widerstandes
eingestellte kompensierende Stromanteil, der dann den Basisstrom für den Transistor 11 liefert, während der Kollektorstrom des Transistors
1 sehr genau gleich bleibt dem Kollektorstrom des Transistors 2.
So ist sichergestellt, daß die gewünschte Kompensation der Einflüsse
der Basis-Emitter-Spannungen in einem weiten Einstellbereich erhalten bleibt.
Die Referenzspannung U wird in der Regel einen Innenwiderstand aufweisen, der sich z.B. aus einem Spannungsteiler ergeben kann.
Um den dadurch bedingten Spannungsabfall auszugleichen und am Widerstand 12 exakt die Spannung U zu reproduzieren, ist in der
dargestellten Schaltung in die Basiszuleitung des Transistors 1
ein Widerstand 23 eingeschaltet, der dem Widerstand 22 gleich ist. Die Basisströme zu den Transistoren 1 und 2 ergeben in diesen
Widerständen gleiche Spannungsabfälle, so daß die gewünschte
Übereinstimmung der anliegenden Spannung erreicht ist.
Wenn bei der dargestellten Schaltung die Referenzspannung U Null ist, werden die erwähnten Ströme ebenfalls zu Null. Wird ein endlicher
Wert von U angelegt, erhält zwar die Basis des Transistors 2 eine (positive) Spannung; da aber der Strom I1 von der Stromquellenschaltung
3 Null ist, fließen in den Transistoren 1 und keine Ströme, und der Transistor 11 bleibt gesperrt. Zum An-
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laufen der Schaltung ist daher ein Transistor 25 eingeschaltet
derart, daß seine Basis und sein Kollektor mit Basis und Kollektor des Transistors 2 und sein Emitter mit dem Kollektor des
Transistors 1 und dadurch mit der Basis des Transistors 11 verbunden
ist.
Wird dann eine Spannung U angelegt, so wird der Transistor 25 geöffnet
und damit der Transistor 11 leitend. Dann fließt ein Strom
Ip* und über die Stromspiegelschaltungen 14 und 3 wird auch der
Strom I. eingeleitet. Da die Basisspannungen der Transistoren 1
und 2 gleich sind, wird wegen der Verbindung des Emitters des Transistors 11 mit der Basis des Transistors 1 die Basis des
Transistors 11 positiver als die Spannung an der Basis des Transistors 2: der npn-Transistor 25 erhält dann eine gegenüber dem
Emitter um z.B. 0,6 V negativere Spannung und ist gesperrt.
Die Basis des vom Strom Ί-, gesteuerten Eingangstransistors 26 der
Stromspiegelschaltung 3 kann weiter mit der Basis eines npn-Transistors
36, dessen Emitter über einen Widerstand 37 an Erde liegt,
verbunden sein. Zu dessen Kollektor fließt dann ein Strom I , der dem Ausgangsstrom I proportional ist, jedoch.die entgegengesetzte
Polarität aufweist.
Durch den Basisstrom des Transistors 11 wird ein Teil des von der
Stromspiegelschaltung 4 an den Transistor 1 zugeführten Stromes entnommen, so daß dessen Kollektorstrom um einen entsprechenden
Anteil geringer ist. Dieser Unterschied der Kollektorströme der Transistoren 1 und 2 kann durch unterschiedliche Ausbildung der
Emitterflächen und damit der Emitterstromdichten oder aber durch
bO9826/0597
entsprechend unterschiedlich eingestellte Ströme der Transistoren 5 und 6 in der Stromspiegelschaltung, z.B. mittels der Emitterwiderstände
7 und 8, ausgeglichen werden. Ein genauerer Ausgleich ist jedoch dann möglich, wenn der Strom zum Transistor 6 in der
Stromspiegelschaltung 4 gegenüber dem Kollektorstrom des Transistors 2 in entsprechender Weise korrigiert wird. Das kann dadurch
vorgenommen werden, daß an den Kollektor des Transistors 2 die Basis eines mit dem Kollektor an der Speisequelle (+) liegenden
Transistors 30 verbunden ist, dessen Emitter von einem Transistor 31 mit Emitterwiderstand 32 ein dem Strom I2 gleicher
Strom zugeführt wird. Da nach der Erfindung die Ströme I. und
Ip zueinander proportional sind, kann die Basis des Transistors
31 mit der Basis des Transistors 28 verbunden werden, wobei, z.B. mittels des Widerstandes 32, die gewünschte Größe des Stromes I^
vom Transistor 31 zum Transistor 30 hergestellt wird.
In der bisher beschriebenen Schaltung ergibt sich noch eine gewisse
Abhängigkeit von dem Stromverstärkungsfaktor B der verschiedenen Transistoren, der seinerseits von den Strömen (L·, I2*
I3, 1^) abhängig ist. Diese Abhängigkeit läßt sich wesentlich
vermindern, wenn der Kollektor des vom Steuerstrom I, gesteuerten Transistors 26, ggf. mittels eines Emitterverstärkers 34, über
einen Widerstand 35 mit der Basis dieses Eingangstransitors 26 verbunden ist und wenn das dieser Basis abgewandte Ende des
Widerstandes 35 an die Basis des den gemeinsamen Strom I1 für die
Emitter der Transistoren 1, 2 des Differenzverstärkers liefernden Transistors 28 angeschlossen ist. Dabei ist der Wert dieses Basis-Vorwiderstandes
35 vorzugsweise etwa gleich dem Wert des im Emitterzweig dieses Transistors 26 liegenden Widerstandes 27.
Patentansprüche ü0982b/0bÖ7
Claims (7)
1. Schaltungsanordnung zum Erzeugen eines einer einstellbaren
Referenzspannung und/oder dem Leitwert eines einstellbaren
Widerstandes proportionalen, gegenüber Temperatüränderungen
und ggf. Speisespannungsänderungen weitgehend kompensierten
Stromes, vorzugsweise in integrierter Halbleitertechnik, bei der die Referenzspannung an die Basis des ersten Transistors eines Differenzverstärkers angeschlossen ist und bei der
die Basis des zweiten Transistors des Differenzverstärkers
Referenzspannung und/oder dem Leitwert eines einstellbaren
Widerstandes proportionalen, gegenüber Temperatüränderungen
und ggf. Speisespannungsänderungen weitgehend kompensierten
Stromes, vorzugsweise in integrierter Halbleitertechnik, bei der die Referenzspannung an die Basis des ersten Transistors eines Differenzverstärkers angeschlossen ist und bei der
die Basis des zweiten Transistors des Differenzverstärkers
mit dem Emitter eines dritten Transistors verbunden ist, dessen Basis an den Kollektor des zweiten Transistors angeschlossen
ist und in dessen Emitterzweig der Widerstand eingeschaltet ist, und bei der zwischen den Kollektorzweigen des ersten und des
zweiten Transistors eine (erste) Stromspiegelschaltung eingeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektorzweig
des dritten Transistors (11) über eine zweite Stromspiegelschaltung
(14) den Ausgangsstrom (I) und einen Steuerstrom (1^)
für eine dritte Stromspiegelschaltung (3) liefert, die den gemeinsamen Emitterstrom des ersten und des zweiten Transistors
(1 und 2) des Differenzverstärkers bestimmt.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der dritten Stromspiegelschaltung (3) wenigstens ein
Strom (I) entnommen wird, der dem Ausgangsstrom (i) mit entgegengesetzter Polarität proportional ist.
Strom (I) entnommen wird, der dem Ausgangsstrom (i) mit entgegengesetzter Polarität proportional ist.
- 10 -
b 0 9 8 2 b / Ü b b 7
-IU-
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß in der Basiszuleitung des zweiten Transistors (1) des Differenzverstarkers ein Widerstand (23) eingeschaltet
ist, der dem Innenwiderstand (22) der Referenzspannung (U) wenigstens annähernd gleich ist.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der Eingangsstrom (I·*) der dritten Stromspiegelschaltung
(3) proportional ist dem Ausgangsstrom (I2)
des dem Differenzverstärker (1,2) nachgeschalteten Emitterfolgers (11) und daß der den verbundenen Emittern des Differenzverstarkers
(1,2) zugeführte Ausgangsstrom (I1) des dritten Differenzverstarkers (3) gleich ist dem Doppelten des Ausgangsstromes
des Emitterfolgers (11) (I1 = 2 . I2).
5. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerstrom (1^) der dritten
Stromspiegelschaltung (3) dem Kollektor eines Transistors (26) zugeführt wird, der, ggf. mittels eines Emitterverstärkers (34),
über einen Widerstand (35) mit der Basis dieses Eingangstransistors (26) verbunden ist, und daß das dieser Basis abgewandte
Ende des Widerstandes (35) an die Basis des den gemeinsamen Strom (I1) für die Emitter der Transistoren (1,2) des
Differenzverstärkers liefernden Transistors (28) angeschlossen ist, wobei der Wert dieses Basisvorwiderstandes (35) vorzugsweise
etwa gleich ist dem Wert des im Emitterzweig äieses Transistors (26) liegenden Widerstandes (27).
- 11 '-
b 0 9 8 2 b / Ü b 9 7
6. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die an der Referenzspannung liegende Basis des zweiten Transistors (2) mit der Basis eines Hilfstransistors
(25) verbunden ist, dessen Kollektor an den Kollektor des zweiten Transistors (2) und dessen Emitter an den
Kollektor des Transistors (1) des Differenzverstärkers und damit an die Basis des Emitter-Verstärker-Transistors (11) angeschlossen
ist.
7. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüches
dadurch gekennzeichnet, daß an die Kollektoren der Transistoren (2 bzw. 6) die Basis eines weiteren Transistors (30) angeschlossen
ist, dessen Kollektor an die Versorgungsspannung ( + ) angeschlossen ist und dessen Emitter ein Strom (1^) mit
Hilfe des Transistors (31) und des Widerstandes (32) zugeführt
wird, der gesteuert über die Stromspiegelschaltungen (3 und 14) vorzugsweise annähernd den Wert I2 hat (I^ = I2)·
bO982b/üfa9 7
Lee rse ι te
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