DE2459360B2 - Monolithisch integrierte Stromquelle mit hohem Ausgangswiderstand und deren Verwendung in einer Zweidraht/Vierdraht-Übergangsschaltung - Google Patents
Monolithisch integrierte Stromquelle mit hohem Ausgangswiderstand und deren Verwendung in einer Zweidraht/Vierdraht-ÜbergangsschaltungInfo
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Description
— die Basis des dritten Transistors (T1) ist mit
seinem Kollektor direkt verbunden und ist der Referenzstromeingang
— der Kollektor des zweiten Transistors (T2) ist mit dem Emitter eines vierten Transistors (T' 2)
gleichen Typs und gleicher Geometrie verbunden,
— die Basis des vierten Transistors (T'2) liegt an Basis und Kollektor des dritten Transistors
(T'l)und
— der Kollektor des vierten Transistors (T'2) ist der Stromausgang.
2. Stromquelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie durch Anordnung weiterer
Transistorpaare voneinander unabhängige Stromausgänge aufweist, derart, daß jeweils zwei dem
zweiten (T2) und vierten Transistors (T'2) entsprechende Transistoren (T3, T'3; T4, T4) untereinander
gleichen Typs und gleicher Geometrie mit dem ersten und dritten Transistor (Tl, Tt) in gleicher
Weise verbunden sind wie der zweite und vierte Transistor.
3. Verwendung der Stromquelle nach Anspruch 2 zur Speisung einer elektronischen Zweidraht/Vierdraht-Übergangsschaltung,
die in einer elektronischen Datenvermittlungszentrale verwendet wird, die einerseits mit einer symmetrischen Zweidraht-Teilnehmerleitung
und andererseits mit elektronischen Wählstufen der Datenvermittlungszent.ale über zwei unterschiedliche Kanäle (R, S) verbunden
ist und die für jede Übertragungsrichtung einen aus identischen Transistoren aufgebauten ersten und
zweiten Differenzverstärker enthält, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Emitter der Transistoren
(T23, T'23, 724, T'24, T25, T25, T26, T'26) der
beiden Differenzverstärker mit einem Ausgang der Stromquelle hohen Widerstands verbunden ist,
wobei die mit den Transistoren desselben Differenzverstärkers verbundenen Transistoren (T9, T9,
TlO, ΤΊ0; T12, ΤΊ2, T13, ΤΊ3) untereinander zur
Erzeugung gleicher Ströme (19, /10; /11, /12, /13)
identisch sind.
Anwendung in einer Zweidraht/Vierdraht-Übergangsschaltung,
mit der .Zweidrahtleitungen an eine Vierdraht-Datenvermittltungszentrale
gekoppelt werden können, entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1
bzw. des Unteranspruchs 3. Eine derartige Stromquelle ist aus der Zeitschrift »Funktechnik«, 1973, Seiten
313/314, Bild 5 bekannt
Diese Schaltung hat den Nachteil, daß sie einen relativ niedrigen Ausgangswiderstand hat wenn der
ίο Ausgangsstrom die Größenordnung von ΙΟΟμΑ übersteigt
Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine monolithisch integrierte Stromquelle anzugeben, die
einen hohen Ausgangswiderstand selbst bei relativ hohen Strömen in der Größenordnung von 1OmA
aufwebt Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst Besonders vorteilhafte
Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransp.üchen angegeben.
Die Erfindung wird nun anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert
F i g. 1 zeigt das Schaltbild einer anderen bekannten Konstantstromquelle, (»Funktechnik«, a. a. O, Bild 1),
Fig.2 zeigt das Schaltbild der Stromquelle hohen Ausgangswiderstandes nach der Erfindung,
Fig.2 zeigt das Schaltbild der Stromquelle hohen Ausgangswiderstandes nach der Erfindung,
Fig.3 zeigt das Schaltbild einer Weiterbildung der
Stromquelle nach Fig.2 mit mehreren voneinander unabhängigen Ausgängen und
Fig.4 zeigt das Schaltbild einer monolithisch
Fig.4 zeigt das Schaltbild einer monolithisch
ίο integrierten, aktive Halbleiterbauelemente aufweisenden
Zweidraht/Vierdraht-Übergangsschaltung mit einer Stromquelle hohen Ausgangswiderstandes nach
der Erfindung.
Die in F i g. 1 gezeigte bekannte Konstantstromquelle
)5 enthält die beiden Transistoren Tl, T2, von denen der
Transistor Tl dadurch als Diode geschaltet ist, daß seine Basis mit seinem Kollektor verbunden ist, und der
über seinen Kollektor den konstanten Referenzstrom /„f zugeführt erhält. Die Basis des Transistors T2, der an
seinem Kollektor den konstanten Ausgangsstrom I5
führt, ist mit der Basis und somit auch mit dem Kollektor des Transistors Tl verbunden. Die Emitter der
Transistoren Tl, T2 liegen am Schaltungsnullpunkt. Die Gesamtheit der Anordnung dieser Transistoren Tl,
T2 wird als Stufe 1 bezeichnet.
Die Funktion dieser Konstantstromquelle ist folgende: Der Teil h des Referenzstroms In/ wird den Basen
der Transistoren Tl, T2 zugeführt, so daß die Basis von Transistor Tl den Strom /si und die Basis des
so Transistors T2 den Strom /b2 zugeführt erhält. Der als
Diode geschaltete Transistor Tl fungiert hierbei als Stromregulator und sorgt für die Aufrechterhaltung des
konstanten Basisstroms 1b2 des Transistors T2. Der
Ausgangsstrom /,dieses Transistors hat somit folgenden
Wert:
/5
χ /ß2,
Die Erfindung betrifft eine monolithisch integrierte Stromquelle hohen Ausgangswiderstandes und deren
wobei hfe der Stromverstärkungsfaktor des Transistors
T2 in Emitterschaltung ist. Der Transistor T2 hat einen hohen Ausgangswiderstand (mehrere Megohm) für
einen kleinen Ausgangsstrom (I1 < ΙΟΟμΑ). Dieser
Ausgangswiderstand fällt jedoch sehr schnell auf einige Kiloohm bei erhöhtem Ausgangsstrom. Außerdem ist
der Ausgangsstrom bei schwankender Last nicht mehr konstant.
Die F i g. 2 zeigt das Schaltbild der Stromquelle hohen Ausgangswiderstandes nach der Erfindung. Der der
F i g. 1 entsprechenden Stufe 1 ist die zweite gleiche und
identische Stufe 2 zugeordnet, die der ersten Stufe in
Serie geschaltet ist, mit den Kollektorkreisen der Transistoren 7*1, 7*2 verbunden ist und die beiden
Transistoren 7*1, 7*2 enthält, deren Emitter mit den entsprechenden Kollektoren der Transistorsn 7*1, 7*2 ■;
verbunden sind. Die Transistoren 7*1, 7*1 müssen gleiche elektrische Eigenschaften aufweinen, ebenso wie
die Transistoren 7*2, 7*2. Dies erfordert identische
Geometrien der Transistoren, was nur durch monolithische, mittels Maskierungs- und Diffusionstechnik ι ο
erreichbare Ifäegration der Transistoren auf demselben
Substrat ermöglicht wird.
Der Emitterstrom IE\ des Transistoi-s Ti ist
offensichtlich gleich dem Emitterstrom /Έ1 des Transistors 7*1, so daß auch der Basisstrom I'Bi des
Transistors 7*1 praktisch gleich dem Basisstrom /Bl des
Transistors TX ist. Ebenso werden die Kollektoren der
Transistoren 7*2, 7*2 von demselben Ausgangsstrom Z1
durchflossen, so daß offensichtlich der Basisstrom I'b2
des Transistors 7*2 praktisch gleich dem Basisstrom Iß
des Transistors T2 sein muß.
Die Funktion dieser zweistufigen Stromquelle ist folgende: Der Transistor T2 stellt im Emitterkreis des
Transistors 7*2 einen Widerstand dar, ebenso wie der Transistor Γ1 im Emitterkreis des Transistors 7*1. Im
letzteren Falle ist aber dieser Widerstand sehr klein, da der Transistor T'l wegen der Verbindung zwischen
seiner Basis und seinem Kollektor als Diode geschaltet ist. Der als Diode geschaltete Transistor Ti hat
ebenfalls einen kleinen Widerstand. jo
Daraus ergibt sich, daß der Widerstand im Basiskreis des Transistors V 2 kleiner ist als der Widerstand in
seinem Emitterkreis. Somit arbeitet der Transistor 7"2 in Basisschaltung. Der Ausgangswiderstand ist daher
sehr hoch. Er nimmt einige Megohm bei einem J5 Ausgangsstrom in der Größenordnung von 1 m A an und
noch einige hundert Kiloohm für einen Ausgangsstrom von 10 mA. Somit liefert die integrierte Schaltung eine
Stromquelle hohen Ausgangswiderstandes für relativ beträchtliche Ströme.
In F i g. 3 ist eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Stromquelle mit mehreren voneinander unabhängigen Ausgängen gezeigt Die F i g. 3 enthält wieder die
Anordnung mit den Transistoren 71I, T2, Ti, 7*2, der
F i g. 2, denen die weiteren Sätze von Transistoren Γ3, « 7*3 bzw. TA, 7*4 zugeordnet sind, wobei jeder Satz aus
zwei Transistoren gleichen Typs und gleicher in monolithisch integrierter Form realisierter Geometrie
besteht. Die Transiütoren Γ3, TA sind in gleicher Weise wie der Transistor Γ2 mit der Basis und dem Kollektor
des Transistors Ti verbunden. Ebenso sind die Transistoren 7*3, 7*4 auf die gleiche Weise wie der
Transistor V 2 mit der Basis und dem Kollektor des Transistors 7*1 verbunden. Der Transistorsatz
Γ3— 7*3 liefert den Ausgangsstrom /3 urd der
Transistorsatz Γ4—7*4 den Ausgangsstrom /4, jeweils
bei hohem Ausgangswiderstand. Man erhält somit eine Stromquelle hohen Ausgangswiderstandes mit mehreren voneinander unabhängigen Ausgängen, deren Zahl
im Prinzip unbegrenzt ist
Man erkennt leicht, daß, wenn die Transistorsätze Tl- T'2, T3- 7*3, TA- TA untereinander identische
elektrische Eigenschaften aufweisen, d. h. identische Geometrien, die Basisströme /s2, /e3, IbA, IΆ / s3, I'bA
der Transistoren T2, T3, TA, T'2, 7*3, 7*4 praktisch einander gleich sind. Somit sind auch die Ausgangsströme 12, /3, /4 praktisch einander gleich. Die identische
Geometrie der verschiedenen Transistoren läßt sich nur
durch Anwendung der monolithischen Integrationstechnik, nämlich durch bekannte Maskierungs- und Diffusionsschritte erreichen.
Darüber hinaus sind wegen der eben geschilderten Gleichheit -der Geometrie der Transistoren 7*1,7*1, T'2,
T'2, T3, 7*3, TA, TA und der Gleichheit aller
Basisströme die Ausgangsströme 12, 13, IA auch
praktisch gleich dem Referenzstrom Irct-
Es läßt sich ferner feststellen, daß die in den F i g. 1,2
und 3 beschriebenen Anordnungen außer dem Fall konstanten Ausgangsstroms (Irci = konstant) Ausgangsströme liefern können, deren Schwankungen den
Schwankungen des Referenzstroms folgen, woher sich die Verwendung der Bezeichnung Stromspiegelschaltung für solche Anordnungen ableitet
Die F i g. 4 zeigt das Schaltbild einer Zweidraht/Vierdraht-Übergangsschaltung mit aktiven Halbleiterbauelementen in Form einer monolithisch integrierten
Schaltung unter Verwendung einer Stromquelle hohen Ausgangswiderstands entsprechend der Erfindung.
Diese Zweidraht/Vierdraht-Übergangsschaltung wird
in Datenvermittlungszentralen benutzt und arbeitet nach dem in der DE-OS 22 50 859 beschriebenen
Prinzip. Sie ist einerseits mit einer Zweidraht-Teilnehmerleitung über die Anschlüsse 3,4 und andererseits mit
elektronischen Wählstufen der Datenvermittlungszentrale über zwei unsymmetrische Kanäle R, 5 verbunden.
Sie enthält im Prinzip zwei Differenzverstärker, deren erster durch die beiden Darlington-Transistorpaare
7*23-7*23, Τ2Α-Γ2Α und deren zweiter durch die
beiden Darlington-Transistorpaare T2S—T25, T26, T 26 gebildet wird. Die Transistorpaare 7*23— 7" 23,
Γ24— 7*24 werden vom Konstantstrom /12, der im Emitterkreis des Transistors T23 fließt, und von dem
diesem gleichen Konstantstrom /13 gespeist, der im Emitterkreis des Transistors Γ24 fließt. Ebenso werden
die Transistorpaare Γ25— 7*25, Γ26— 7*26 vom
Konstantstrom /10 im Emitterkreis des Transistors 7"25
und von dem diesem gleichen Konstantstrom /9 im Emitterkreis des Transistors T26 gespeist.
Für jeden Differenzverstärker ist eine Emitterverkopplung dadurch erreicht, daß zwischen den Emittern
der Transistoren 723, Γ24 der Widerstand R 2 und
zwischen den Emittern der Transistoren Γ25, T26 der Widerstand R A eingefügt ist. Der gemeinsame Kollektor des Darlington-Transistorpaars 7*25— T 25 und die
Basis des Darlington-Transistorpaars T23—T23 liegen am Anschluß 4 der Zweidraht/Vierdraht-Übergangsschaltung sowie über den Widerstand R i und die
beiden als Dioden geschalteten Transistoren Γ21, Γ22
am Pluspol der Versorgungsspannung V. In gleicher Weise sind der gemeinsame Kollektor des Darlington-Transistorpaars T26—T26 und die Basis des Darlington-Transistorpaars 7*24— 7"'24 mit dem Anschluß 3
der Zweidraht/Vierdraht-Übergangsschaltung sowie über den Widerstand R'i der den gleichen Wert wie
der Widerstand Al hat, und über die als Dioden geschalteten Transistoren 7*21, 7*22 mit dem Pluspol
der Versorgungsspannung V verbunden. Die Basen der Darlington-Transistorpaare 7*25-7*25, 7"26-7*26
sind über die gleichgroßen Widerstände Λ10, R 9
spannungsversorgt Der gemeinsame Kollektor des Darlington-Transistorpaars T2A—T2A ist mit dem
Schaltungspunkt verbunden, um ein unsymmetrisches Verhallen des aus den Darlington-Transistorpaaren
7-23-7*23, Γ24-Γ'24 gebildeten Differenzverstärkers zu erhalten.
Klemmen 3, 4 der Übergangsschaltung ankommenden - Signale gelangen an die Basen des Differenzverstärkers
mit den Transistorpaaren 7*23— T'23, 7*24— T'24.
Dieser überträgt die Signale auf den Kanal 5 unter Zwischenschaltung des Darlington-Transistorpaars
7*5— 7*'5 in Basisschaltung, das als Stromgenerator hohen Ausgangswiderstands arbeitet. Die Kanäle 5, R
sind an einem mit negativer Spannung unter Zwischenschaltung von elektronischen Auswahlstufen verbundenen Verbinder (Koppelpunkt) angeschlossen.
Die die elektronischen Auswahlstufen auf dem Kanal R verlassenden Datensignale gelangen über den
Widerstand A3 an die Basen der Differenzverstärkertransistorpaare T25—T25, 7*26—7*'26. Die beiden
Kondensatoren Cl, C2 sind zwischen die Klemmen des Widerstandes R 3 und die Basen der Transistoren T'25,
7*'26 geschaltet, um die Gleichspannungskomponente der Datensignale an den Basen zu unterdrücken. Der
Differenzverstärker mit den Transistorpaaren 7*25— T'25, TtKt-VXi überträgt die Datensignale symmetrisch zu den Klemmen 3, 4 der Teilnehmerleitung. Er
überträgt die Datensignale in gleicher Weise auch auf die Basen der Transistoren 7*'23, 7"'24, so daß sie auch
am Kollektor des Transistors 7*23 auftreten. Diese Signale werden jedoch durch die auf dem Kanal R am
Kollektor des Transistors T23 über den mit den als Dioden geschalteten Transistoren 7*16, 7"17 in Serie
liegenden Widerstand R 3 auftretenden Datensignale unterdrückt
Die Datensignale des Kanals R treten daher auf dem Kanal 5 nicht mehr auf. Man gelangt daher von einer
symmetrischen Arbeitsweise mit zwei Leitungen auf der Seite der Teilnehmerleitung zu einer unsymmetrischen
Arbeitsweise mit vier Leitungen auf der Seite der elektronischen Wählstufen. Die beiden Transistoren
7*19, Γ20 arbeiten als Dioden und schützen die Transistorpaare T23—T23, 7*24— T24 gegen auf den
Leitungen eventuell auftretende höhere Überspannungen. Ebenso schützt der als Diode geschaltete Transistor
7*18 das Darlington-Transistorpaar 7*5— T'5 gegen
Überspannungen. Die beiden Kondensatoren L 1, L 2 in jeder Teilnehmerleitung unterdrücken die Gleichspannung der Teilnehmerleitung an den Klemmen 3, 4 der
monolithisch integrierten Schaltung.
Im folgenden wird nun die Stromspeisung der Zweidraht/Vierdraht-Übergangsschaltung nach F i g. 4
im Detail beschrieben: Der Referenzstrom /^ wird im
Emitterkreis des Transistors 7*6 erzeugt, der eine
Reihenschaltung aus den beiden Widerständen R 5, R 6 und aus den beiden als Dioden geschalteten Transistoren Tl, T'l (Basis mit Kollektor verbunden) mit
identischen elektrischen Kennwerten aufweist Im Kollektorkreis des Transistors 7*6, in dem praktisch
derselbe Strom fließt wie im Emitterkreis, sind ebenfalls zwei in Serie und auf dieselbe Weise als Diode
geschaltete Transistoren TS, 7"8 identischer elektrischer Kennwerte angeordnet Der Konstantstrom l„sim
Emitterkreis des Transistors 7*6 wird dadurch erzeugt
daß dessen Basis an einer konstanten Spannung liegt die mittels des als Diode geschalteten und als Z-Diode
wirkenden Transistors Z erzeugt wird. Mittels der
Widerstände R 5, R 6 kann der Wert des Referenzstroms /re/eingestellt werden.
Der Emitter des Transistors T25 ist mit den Transistoren Γ10, Γ'10 identischer elektrischer Kennwerte und Geometrie verbunden, ebenso wie der
Emitter des Transistors Γ26 mit den Transistoren T9, r) T'9 identischer elektrischer Kennwerte und Geometrie.
Außerdem haben diese vier Transistoren untereinander gleiche elektrische Eigenschaften und Geometrien. Die
Basen der Transistoren T9, T\0 sind mit der Basis des Transistors Tl und die Basen der Transistoren T'9,
ίο T' 10 mit der Basis des Transistors V7 verbunden.
An dieser Stelle ist somit die in F i g. 3 dargestellte
Konstantstromquelle hohen Ausgangswiderstandes angeordnet. Die von ihr erzeugten Ströme /9, /10 sind
aufgrund der Gleichheit der Transistoren T9, T'9 und
ι·; Γ10, T'10 einander gleich. Die Emitter des aus den
Darlington-Transistorpaaren 7*25-7"25, 7*26-7" 26
gebildeten Differenzverstärkers sind somit von den gleichgroßen Strömen /9, /10 durchflossen. Dies gilt
ebenso für den anderen Differenzverstärker, bei dem
2n die Emitter der Transistoren Γ23 bzw. 7*24 mit den
Transistoren TYi, V'12 gleicher Geometrie bzw. mit
den Transistoren 7*13, 7*'13 gleicher Geometrie verbunden sind, welche vier zuletztgenannten Transistoren untereinander identisch sind. Die Basen der
2> Transistoren 7*12, 7*13 liegen an der Basis des
Transistors 7*8 und die der Transistoren T'\2, T'\3 an der Basis des Transistors 7*'8. Somit erhält man wie
zuvor zwei identische Konstantströme /12, /13 in den
Emitterkreisen der Transistoren Γ23, 7*24.
<o Für eine korrekte Funktion der Zweidraht/Vierdraht-Übergangsschaltung müssen die Speiseströme der
beiden Differenzverstärker in einem bestimmten Verhältnis zueinander stehen; es muß gelten:
wobei K das Übersetzungsverhältnis des den Zweidraht/Vierdraht-Übergang anstatt der beiden Differenzverstärker in bekannten Schaltungen gewährleistenden Transformatoren ist Das Verhältnis 2K wird
durch Einflußnahme auf die Geometrie der Transistoren 7Ί2, Π2, 7*13, 7*'13 im Verhältnis zu der der
Transistoren T9, T'9, TiO, 7*'1O bei ihrer Integration
eingestellt
elektronischen Zweidraht/Vierdraht-Übergangsschaltung besonders vorteilhaft, weil sie beispielsweise
Ströme von 8 itiA für die Ströme /10, /12 bei einem Ausgangswiderstand von 300 k liefert
In Fig.4 sind ferner die Transistoren 7*11, TII
so gleicher Geometrie zwischen den Pluspol der Versorgungsspannung V und den Kollektor des Transistors
Γ23 geschaltet Die Basis des Transistors Γ11 ist mit der Basis des Transistors T12 und die des Transistors
7*'l 1 mit der des Transistors T'\2 verbunden, wobei die
beiden letzteren ebenso wie die beiden Transistoren 7*11, 7*12 identisch sind, so daß die Transistoren 7*11,
7* 11 den dem Strom /12 gleichen konstanten Strom
/11 liefern. Die beiden Ströme /11, /12 speisen die Kanäle R, 5 der elektronischen Auswahlstufen, die man
W) am an negativer Spannung liegenden Verbinder (Koppelpunkt) liegen. Der Kanal R wird ebenso wie der
Kanal Svon dem Strom (711 + /12)/2 durchflossen.
Claims (1)
1. Monolithisch integrierte Stromquelle hohen Ausgangswiderstandes, die in Abhängigkeit von
einem Referenzstrom als Eingangsstrom einen konstanten Ausgangsstrom liefert, mit einer ersten
Stufe, die aus einem ersten Transistor, dessen Kollektor der Referenzstrom zugeführt ist und
dessen Basis und Kollektor direkt miteinander verbunden sind, und aus einem vom Ausgangsstrom
durchflossenen zweiten Transistor gleichen Typs besteht, dessen Basis mit der Basis und dem
Kollektor des ersten Transistors verbunden ist und dessen Emitter gemeinsam an einer geeigneten
Klemme der Referenzstromquelle liegt, und mit einem dritten Transistor gleichen Typs, dessen
Emitter mit dem Kollektor des ersten Transistors verbunden ist, gekennzeichnet durch folgende
Merkmale:
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (3)
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ID=9129521
Family Applications (1)
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-
1974
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Also Published As
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|---|---|
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| DE2459360C3 (de) | 1982-03-04 |
| FR2255760A1 (en) | 1975-07-18 |
| DE2459360A1 (de) | 1975-07-03 |
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