DE2460135A1 - Getastete stromversorgungsschaltung - Google Patents

Description

; Getastete Stromversorgungsschaltung

Die Erfindung bezieht sich auf eine getastete Stromversorgungsschaltung mit einer Anordnung zur Erzeugung eines Bezugsstromes, der zur Steuerung des Ausgangsstromes im Sinne einer Stabili-

^f sierung dient.

Bei elektronischen Schaltungsanordnungen ist es oft notwendig, J den von einer Spannungsquelle der eigentlichen Last- oder Ver-[ braucherschaltung zur Verfügung gestellten Strom in seiner Stärke , zu regeln, um konstante Stromwerte zu gewährleisten. Hierzu ist

es erforderlich, zwischen der Spannungsquelle und der Verbraucher-, schaltung eine Stromkonstanzschaltung vorzusehen. Eine solche ■ Schaltung kann im einfachsten Falle aus einem großen Widerstand

bestehen. Stattdessen kann aber auch ein Transistor benutzt wert
den, an dessen Basis- bzw. Steuerelektrode eine Bezugsspannung

'. angelegt wird und dessen Kollektor als Stromausgang dient. Hierbei wird die-Stromquellenimpedanz durch den relativ hohen Ausgangswiderstand des Transistors bestimmt.

Derartige einfache Schaltungen erfüllen jedoch die hohen Anforderungen, die sich aus der Verwendung von Integrierten Schaltkreisen ergeben, nur unzureichend. Es sind daher bereits verschiedene Vorschläge zur Verbesserung solcher Schaltungen bekanntgeworden. Demgemäß ist eine Stromversorgungsschaltung mit einer Einrichtung zur Erzeugung einer konstanten Spannung, wie ; beispielsweise einer Zenerdiode, bekannt, um die benötigte Be-

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zugsspannung zur Konstanthaltung des Stroms bereitzustellen (USA-Patent 3 114 872). Andere Stromversorgungsschaltungen benutzen zur Stromkonstanthaltung eine Anschlußschaltung bzw. eine Serienschaltung von einer Diode und einem Transistor zusammen mit einer Rückkopplungsschleife (USA-Patent 3 588 672). Stromversorgungsschaltungen der vorgenannten Art sind auch bereits als getastete bzw. schaltbare Stromversorgungsanordnungen ausgeführt worden, die beispielsweise periodisch betätigt werden, um einen konstanten Strom bestimmter Dauer an eine oder mehrere Lastschaltungen zu liefern (USA-Patent 3 736 574). Diese Schaltungen besitzen jedoch für bestimmte Anwendungen eine zu lange Ansprechzeit bei der Stromregelung sowie eine erhebliche Verzögerung in der Erzeugung von AusgangsSignalkorrekturen. Auch ist die Ausgangssignaltoleranz dieser Schaltungen für bestimmte Anwendungen nicht ausreichend.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Stromversorgungsschaltung anzugeben, die eine kurze Ansprechzeit beim getasteten Betrieb (Impulsbetrieb) und eine geringe Verzögerung sowie Toleranz bei der Ausgangssignalregelung aufweist. Die Maßnahmen zur erfindungsgemäßen Lösung dieser Aufgabe sind im Patentanspruch 1 angegeben. Die weiteren Ansprüche zeigen verschiedene vorteilhafte Ausgestaltungen. Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung beschrieben.

Die in der Figur dargestellte schaltbare Stromquelle umfaßt einen ersten Transistor 10, dessen Basiselektrode über einen ersten Widerstand 12 an eine Impulsquellenklemme 14 angeschlossen ist. Ein zweiter Transistor 16 ist mit seiner Basiselektrode mit dem Emitter des Transistors 10 verbunden, und sein Kollektor ist über einen zweiten Transistor 18 an ein vorgegebenes Bezugspotential, wie beispielsweise Erdpotential, angeschlossen. Eine nichtlineare Impedanz, die in der Figur als Diode 20 dargestellt ist, befindet sich zwischen dem Kollektor des zweiten Transistors 16 und der Basiselektrode des ersten Transistors 10. Der Emitter des zweiten Transistors 16 ist über einen dritten Widerstand 22 an einen geDock et BU 972 022 6 0 9 8 2 8 / 0 S S 8

jmeinsamen Rückkehrleitungsanschluß 24 geführt, der mit einer herkömmlichen Strom- oder Spannungsquelle in Verbindung steht, die nit -V bezeichnet ist. Die Emitterelektrode des ersten Transistors 10 ist mit dem gemeinsamen Rückleitungsanschluß 24 über einen vierten Widerstand 26 und eine zu diesem Widerstand in Serie geschaltete Diode 28 verbunden. Die oben erläuterte Schaltung bildet sine Stromreferenzschaltung, die eine nichtlineare Rückkopplungsschleife zur Erzeugung einer gesteuerten Spannung bzw. einer Bezugsspannung an der Basiselektrode des zweiten Transistors 16 aufweist.

Ein dritter Transistor 30 ist mit seiner Basiselektrode an die Basiselektrode des zweiten Transistors 16 angeschlossen, dessen Emitterelektrode über einen fünften Widerstand 32.an den gemeinsamen Rückleitungsanschluß 24 geführt ist und dessen Kollektor mit einem Ausgangsstromanschluß 34 in Verbindung steht. Die Serienschaltung des Transistors 30 und des Widerstandes 32 mit Verbindung zum Anschluß 24 bildet eine erste Stromverbraucherschaltung, an die am Anschluß 34 eine geeignete Lastschaltung mit konstantem Stromverbrauch angeschlossen werden kann, wie beispielsweise eine !konventionelle, nicht dargestellte Stromschaltungsanordnung. Zujsätzliche Stromverbraucherschaltungen, wie sie in der Figur durch jeinen vierten Transistor 36, einen sechsten Widerstand 38 und einen Ausgangsstromanschluß 40 angegeben sind, können im Bedarfsfalle zusätzlich an die hierin beschriebene schaltbare Stromquelle angeschlossen werden.

!Nachfolgend wird die Operation der Schaltung erläutert: Wenn eine !Spannung -Van den Anschluß 14 angelegt wird, werden die Transistoren 10, 16, 30 und 36 gesperrt, und es fließt kein Strom durch die dargestellte Schaltung. Sobald die Spannung am Anschluß 14 erhöht wird in Richtung +V, beginnt der Transistor 10 eine positivere Spannung an seiner Emitterelektrode zu erzeugen, die wiederum den zweiten Transistor 16 stromführend macht und ebenso die Transistoren 30 und 36. Da die Kathode der Diode 20 ursprünglich !Erdpotential führt und ihre Anode negativ" ist, stellt die Diode

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j2O eine sehr hohe Impedanz bzw. eine Unterbrechung zwischen dem (Kollektor des Transistors 16 und der Basis des Transistors 10 dar. Es steht daher der gesamte, durch den Transistor 12 fließende Strom zur Aufladung der Basiselektrode des ersten Transistors 10 zur Verfügung. Wenn die Rückkopplungsschleife zwischen der Kollektorelektrode des zweiten Transistors 16 und der Basiselektrode des ersten Transistors 10 offen ist, steigt die Bezugsspannung an der Basis der Transistoren 16, 30 und 36 schnell auf einen Arbeitswert an, bei welchem sich der gewünschte konstante Strom durch die Stromverbraucherschaltungen 30, 32 und 34 sowie 36, 38 und 40 einstellt. Ohne die hohe Impedanz in der Rückkehrschleife während der Umschaltung oder der Übergangsperiode würde der durch den ersten Transistor 12 fließende Strom als Kollektorstrom des zweiten Transistors 16 verbraucht werden und daher an der Basis des Transistors 10 nicht zur Verfügung stehen. Da der Kollektorstrom im zweiten Transistor 16 ansteigt, wird die Spannung an der Kathode der Diode 20 negativer, und da der am An- ; schluß 14 erscheinende Impuls das dort anliegende Potential auf : +V erhöht, wird die Anode der Diode 20 positiver. j

j Die Schaltungsparameter der getasteten Stromquelle sind so gewählt* daß die Diode 20 in der Rückkopplungsschleife als eine hohe Impe- ^! danz während der Übergangsperiode wirkt, bis der Kollektorstrom deä zweiten Transistors 16 den gewünschten endgültigen Arbeitswert erreicht hat oder in dessen unmittelbarer Nähe angelangt ist. j Wenn sich der endgültige Kollektorstromwert des zweiten Transis- j tors 16 einstellt, sinkt die Impedanz der Diode 20, so daß diese | nun als ein niedriger Impedanzpfad in der Rückführungsschleife wirkt, um den gewünschten konstanten Strom im Emitter-Kollektor- j Pfad der Transistoren 16, 30 und 36 durch Steuerung der an der '. Basis des Transistors 16 erzeugten Bezugsspannung aufrechtzuerhalten. Es ist ersichtlich, daß bei einer Spannung +V an der Impuls- ι quellenklemme 14, wenn die Spannung an der Basiselektrode des Transistors 16 eine ansteigende Tendenz aufweist, d.h. positiver wird, mehr Kollektorstrom durch den Transistor 16 fließt, womit eine negativere Spannung, an der Kathode der Diode 20 wirksam wird,

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welche wiederum die positive Spannung an der Basiselektrode des (Transistors 10 herabsetzt und damit auch die Spannung an der (Emitterelektrode dieses Transistors. Bei einer negativeren Spannung am Ende des Transistors 10 sinkt der Kollektorstrom des Transistors 16, wodurch dem Potentialanstieg an den Basen der Transistoren 16, 30 und 36 entgegengewirkt wird. Es ist ebenso srsichtlich, daß bei einem Abfall der Spannung an der Basis des Transistors 16 die Rückkehrschleife ein positiveres Potential am Emitter des Transistors 10 erzeugt, das dem Potentialabfall an äen Basen der Transistoren 16, 30 und 36 entgegenwirkt.

!Entsprechend einem weiteren Merkmal der dargestellten Schaltung {ist der Wert des zweiten Transistors 18 niedrig im Verhältnis !zum Wert des ersten Transistors 12, so daß der Kollektorstrom des [Transistors 16 hauptsächlich durch den Widerstandswert des Tran-

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jsistors 18 bestimmt ist und damit relativ unabhängig ist von der Eingangsspannung am Impulsquellenanschluß 14 ist. Hierdurch wird idie Toleranz'des Aus gangs stromes verbessert.

Aus der obigen Erläuterung ist ersichtlich, daß die dargestellte Schaltung eine kurze Anstiegszeit und eine minimale Verzögerung

im Ausgangsstrom besitzt. Die schaltbare Stromquelle ist besonders

,geeignet zum Anlegen von Leistungsimpulsen an eine Schaltung vom Stromschaltertyp, wie sie beispielsweise erforderlich ist zum Betrieb von monolithischen Halbleiterspeichersystemen, um kurze Zugriffs- und Zykluszeiten zu erreichen.

|Ein Ausführungsbeispiel der Schaltung wurdy mit folgenden Widerjstandswerten ausgelegt: 4,5 kg 0hm für den Widerstand 12, 1,2 kg phm für den Widerstand 18, 100 Ohm für den Widerstand 22, 200 0hm ,für den Widerstand 26, 100 0hm für den Widerstand 32 und 100 Ohm für den Widerstand 38. Die Spannung -V am Anschluß 24 wurde bei dieser Schaltung mit - 3 Volt festgelegt. Die Spannung -V an der Impulsquellenklemme 14 war weniger als 0,2 Volt, und die Spannung i-V am gleichen Anschluß war + 0,8 Volt. Mit diesen Potentialzuständen am Anschluß 14 waren die entsprechenden Spannungen an den

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anderen Punkten der Schaltung folgende: weniger als -2 Volt bis -l_f2 Volt an der Basiselektrode des Transistors 10, 0 Volt bis -2,0 Volt an der Kollektorelektrode des Transistors 16 und -2,6 Volt bis -2 Volt an den Basiselektroden der Transistoren 16, 30 und 36.

Bekanntlich kann der konstante Stromwert in den Stromverbraucherschaltungen 30, 32 und 34 bestimmt werden durch das Verhältnis der Widerstände, die mit den Emitterelektroden der Transistoren 16, 30 und 36 verbunden sind. Es ist dies das Verhältnis des Widerstandes 22 zum Widerstand 32, des Widerstandes 22 zum Widerstand 38 usw. Es können daher unterschiedliche Werte für die Widerstände 32 und 38 eingesetzt werden in Abhängigkeit von den Erfordernissen der an die Klemmen 34 und 40 angeschlossenen Stromschalter bzw. anderer mit diesen Anschlüssen verbundener Lastschaltungen.

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Claims (1)

1. rüche

   Getastete Stromversorgungsschaltung mit einer Anordnung zur Erzeugung eines Bezugsstromes, der zur Steuerung des Ausgangsstroms im Sinne einer Stabilisierung dient, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung zur Erzeugung des Bezugsstromes einen ersten Transistor (10), einen emitterseitig an diesen angeschlossenen zweiten Transistor (16) sowie eine nichtlineare Rückkopplungsschleife zwischen dem Kollektor des zweiten und der Basis des ersten Transistors aufweist und daß mindestens eine StromverbraucheΓΙ schaltung (30, 32) mit dem zweiten Transistor verbunden ist..

   j 2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die j Rückkopplungsschleife als nichtlineares Element eine Diode

   (20) enthält.

   3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, ^! daß die Anordnung zur Erzeugung des Bezugsstroms einen : mit der Basis des ersten Transistors (10) verbundenen Anschluß zum Empfang von Tastimpulsen enthält, welche die ; Anordnung zur Erzeugung eines stabilisierten Ausgangs-

   ! stromes wirksam machen.

   4. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen dem Anschluß (14) zum Empfang von Tastimpulsen und der Basis des ersten Transistors (10) ein : Widerstand (12) befindet.

   ι 5. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Kollektor des zweiten Transistors (16) ein Widerstand verbunden ist, dessen Wert niedrig ist

   ! im Vergleich zu dem mit der Basis des ersten Transistors ' (10) verbundenen Widerstandes (12).

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   . Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Bereitstellung des Verbraucherstroms dienende Schaltung (30, 32) an die Basis des zweiten Transistor(16) angeschlossen ist.

   7. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistoren (10, 16) der Anordnung zur Erzeugung des Bezugsstromes zusammen mit der Schaltung (30, 32) zur Bereitstellung des Verbraucherstromes an eine gemeinsame Spannungsquelle (24) angeschlossen sind, die im wesentlichen eine konstante Spannung führt.

   8. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung zur Erzeugung des Verbraucherstromes einen Transistor (30) umfaßt, dessen Basis mit der Basis des Transistors (16) der Anordnung zur Erzeugung des Bezugsstromes gekoppelt ist.

   9. Schaltung nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet daß die Emitter der Transistoren (16, 30) über je einen Widerstand (22, 32) an die Gleichspannungsquelle (24) angeschlossen sind.

   10. Schaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zu der aus dem Transistor (30) und dem Widerstand (32) bestehenden Stromversorgungsschaltung eine weitere aus entsprechenden Elementen bestehende Stromversorgungsschaltung (36, 38) parallelgeschaltet ist, wobei die Basis des Transistors (36) | der letzteren Schaltung mit der Basis des Transistors (30) ι verbunden ist. '

   11. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitterstrecke des eingangsseitigen Transis-jtors (10) über eine aus einem Widerstand (26) und einer Diode (28) bestehende Impedanz mit der Gleichspannungsquelle (24) verbunden ist.

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