DE2517174A1 - Stromuebersetzerschaltung - Google Patents

Description

Deutsche ITT Industries GmbH H. Keller, gt, a.L 78-3

78 Freiburg, Hans-Bunte-Str. 19 Mo/kn £ϋ I /Ί /H

14. April 19 75

DEUTSCHE ITT INDUSTRIES GESELLSCHAFT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG

FREIBURG I. BS.

Stromübersetzerschaltung

Die Erfindung beschäftigt sich mit der Schaffung einer gegenüber den bisher üblichen verbesserten Stromübersetzerschaltung. Stromübersetzerschaltungen 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.

Stromübersetzerschaltungen, die in der Literatur teilweise auch als "Konstantstromquellen" oder als "steuerbare Stromgeneratoren" bezeichnet werden, bestehen mindestens aus einem ersten und einem

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zweiten Transistor, die rait ihren Basis-Emitter-Strecken gleichsinnig einander parallelgeschaltet sind und bei deren erstem von dessen Kollektor ein den Basisstrom liefernder oder steuernder Parallelzweig zu dessen Basis führt. Bei der einfachsten bekannten Stromübersetzerschaltung besteht dieser Parallelzweig aus einer KurzSchlußverbindung zwischen Kollektor und Basis des ersten Transistors, vgl. die Zeitschrift "Elektronik", 1973, Seite 278, Bild 6, Die in den Kollektorkreisen der beiden Transistoren fließenden Ströme stehen in fester Beziehung zueinander, d. h. das Verhältnis dieser beiden Ströme kann als Stroraübersetzungsfaktor 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 Stromübersetzungsfaktoren lassen sich nach der erwähnten Literaturstelle aus der Zeitschrift "Elektronik" dadurch realisieren, daß die pn-übergangsflachen abweichend voneinander dimensioniert werden.

Wie den beiden genannten Literaturstellen zu entnehmen ist, ist der Stromübersetzungsfaktor stark vom statischen Stromverstärkungsfaktor der verwendeten Transistoren abhängig. Diese Abhängigkeit fällt insbesondere dann ins Gewicht, wenn in integrierten Schaltungen solche Stromübersetzerschaltungen mittels pnp-Transistoren realisiert werden sollen, da diese dann aufgrund des üblichen Planarverfahrens als sogenannte Lateraltransistoren ausgebildet werden müssen und als solche nur mittels zusätzlicher technolo-

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gischer .Maßnahmen auf Stromverstärkungsfaktoren gebracht werden können, die zum Erreichen eines gewünschten Soll-Stromübersetzungsfaktors ausreichen. So zeigt beispielsweise das Bild 3 der Seite der genannten Zeitschrift "Funktechnik", daß bei der oben erwähnten einfachsten Stromspiegelschaltung erst mit einem Stromverstärkungsfaktor ~^ 200 der angestrebte Soll-Stromübersetzungsfaktor eins erreicht wird.

Wie die letztgenannte Literaturstelle und auch die Zeitschrift "Electronics", 17. 8. 1970, Seiten 92 bis 95, insbesondere linke untere Figur auf Seite 95, zeigen, kann diese starke Stromverstärkungsfaktorabhängigkeit durch Erweiterung der Schaltung um einen dritten Transistor dahingehend verbessert werden, daß im Falle der Stromspiegelschaltung schon bei einem Stromverstärkungsfaktor "p" 20 der Soll-Stromübersetzungsfaktor eins erreicht wird.

Bei diesen das aufgezeigte Problem lösenden Schaltungen wird der EingangsStromkreis lediglich durch den geringen Basisstrom des zusätzlichen Transistors belastet.

Die bekannten Schaltungen haben jedoch entweder den Nachteil, daß ihr Eingangswiderstand verhältnismäßig hoch ist, wodurch bei Einbeziehung der Stromübersetzerschaltung in Regelkreise leicht Schwingneigungen auftreten können, oder den Nachteil, daß die Abhängigkeit vom Stromverstärkungsfaktor der Transistoren vom gewählten Sollwert des Stromübersetzungsfaktors stark abhängig ist.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Stromübersetzerschaltung anzugeben, bei der sowohl das eingangs geschilderte Problem der Abhängigkeit des Stromübersetzungsfaktors vom Stromverstärkungsfaktor der Transistoren gelöst ist als auch der niedrige Eingangs widerstand der einfachen Schaltung erhalten bleibt. Diese Aufgabe

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wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Die Lösung besteht also darin, daß der Basisstrom des ersten Transistors mittels einer in den Parallelzweig dieses Transistors eingeführten Stromübersetzerschaltung auf den Eingangs- und Ausgangsstromzweig mit gleichem Stromverhältnis aufgeteilt wird.

Die Erfindung und vorteilhafte Ausgestaltungen, die in den Unteransprüchen gekennzeichnet sind, werden nun anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt die bekannte Stromübersetzerschaltung mit npn-Transistoren,

Fig. 2 zeigt die bekannte Stromübersetzerschaltung mit einem Doppelkollektor-pnp-Transistor,

Fig. 3 zeigt das Schaltbild der Stromübersetzerschaltung nach der Erfindung mit npn-Transistoren,

Fig. 4 zeigt ein Schaltbild der Stromübersetzerschaltung nach der Erfindung mit Doppelkollektor-pnp-Transistoren, und

Fig. 5 zeigt zwei die durch die Erfindung erreichbare Verbesserung gegenüber der bekannten Stromübersetzerschaltung angebende Kurven.

Die Fig. 1 zeigt die eingangs bereits erwähnte Stromübersetzerschaltung einfachster Art mit den npn-Transistoren T1, T2, die . mit ihren Basis-Emitter-Strecken gleichsinnig einander parallelgeschaltet sind und bei denen die Basis des Transistors T1 mit seinem Kollektor leitend verbunden Ist, welche Verbindung den eingangs erwähnten Parallelzweig darstellt. Die erwähnte Abhängigkeit des Stromübersetzungsfaktors vom Stromverstärkungsfaktor der

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beiden Transistoren ist darauf zurückzuführen, daß der Eingangsstrom 11 durch die Schaltung in den Kollektorstrom des Transistors T1 und die Summe I_, der Basisströme der beiden Transistoren T1, T2 aufgeteilt wird. Es ist klar, daß diese Aufteilung nur dann vernachlässigbar ist, wenn der statische Stromverstärkungsfaktor der beiden Transistoren verhältnismäßig groß gegen eins ist. Der Stromübersetzungsfaktor 12/11 ist somit vom statischen Stromverstärkungsfaktor B der beiden Transistoren abhängig, wie dies durch die in Fig. 5 gezeigte Kurve 1 veranschaulicht ist (mit 12 ist der übersetzte, also der Ausgangsstrom der Stromubersetzerschaltung bezeichnet) .

In Fig. 2 ist die der Schaltung nach Fig. 1 entsprechende Schaltung für pnp-Transistoren gezeigt, wobei die beiden Transistoren T1, T2 nach Fig. 1 zu einem Doppelkollektortransistor T12 zusammengefaßt sind, wie dies üblicherweise bei Realisierung solcher Schaltungen mittels der bekannten Planartechnik in Form lateraler Transistoren von integrierten Schaltungen der Fall ist. Die bei Erläuterung der Fig. 1 angestellten Überlegungen hinsichtlich der Abhängigkeit des Stromübersetzungsfaktors vom Stromverstärkungsfaktor der Transistoren gelten bei der Schaltung nach Fig. 2 in gleicher Weise.

Bei der in Fig. 3 für npn-Transistören gezeigten Stromubersetzerschaltung nach der Erfindung ist nun die erwähnte Stromverstärkungsfaktorabhängigkeit des Stromübersetzungsfaktors dadurch erheblich verringert, daß der in Fig. 1 lediglich aus einer leitenden Verbindung bestehende Parallelzweig zur Basis-Kollektor-Strecke des Transistors T1 aus einer zweiten Stromubersetzerschaltung besteht. Der Parallelzweig enthält somit den dritten Transistor T3 und die Basis-Emitter-Strecke des vierten Transistors T4_f wobei die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors T3 der Kollektor-Basis-Strecke des Transistors T1 parallelgeschaltet ist, die Basis-Emitter-Strecken der Transistoren T3, T4 einander gleichsinnig parallelgeschaltet

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sind und der Kollektor des Transistors T3 mit seiner Basis direkt verbunden ist. Der Kollektor des Transistors T4 ist schließlich mit dem Kollektor des Transistors T2 verbunden.

Besonders optimale Eigenschaften im Sinne der Lösung der Aufgabenstellung ergeben sich, wenn der Stromübersetzungsfaktor 14/13 im wesentlichen gleich dem Sollwert des Stromübersetzungsfaktors 12/11 der von den Transistoren T1, T2 gebildeten Stromübersetzer schaltung ist. Sollte die geschilderte Maßnahme in besonders gelagerten Fällen noch nicht ausreichend sein, so kann ohne weiteres die in Fig. 3 gezeigte leitende Verbindung zwischen des* Kollektor und der Basis des Transistors T3 wiederum durch eine Stromübersetzerschaltung nach Fig. 1 ersetzt werden.

In Fig. 4 ist die der Fig. 2 entsprechende Stromübersetzerschaltung der Erfindung mit pnp-Transistoren gezeigt, wobei die Transistoren T3, T4 nach Fig. 3 zu einem Doppelkollektortransxstor T34 zusammengefaßt sind. Die Eigenschaften dieser Schaltung entsprechen denen der Fig. 3, insbesondere was die optimalen Eigenschaften bei ungefährer Gleichheit der Stromübersetzungsfaktoren 12/11 und 14/13 betrifft. Die oben erwähnte Weiterbildung dieser Schaltung durch eine anstatt der leitenden Verbindung zwischen Kollektor und Basis des Transistors T34 vorzusehende weitere Stromübersetzerschaltung kann bei den erwähnten Lateraltransistpren in integrierten Schaltungen von besonderem Interesse sein.

In Fig. 5 ist, wie bereits oben kurz erwähnt, gezeigt, wie durch die Erfindung die Stromverstärkungsfaktorabhängigkeit des Stromübersetzungsfaktors verbessert wird. Die Fig. 5 zeigt dies am Beispiel einer Stromspiegelschaltung, für die der Stromübersetzungsfaktor 12/11 gleich eins ist. Vergleichbare Kurven ergeben sich jedoch auch bei anderen Werten des Stromübersetzungsfaktors. In Fig. 5 entspricht die Kurve 1 Schaltungen der in Fig. 1 und Fig. 2

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gezeigten Art, während Kurve 2 Schaltungen der in Fig. 3 und Fig. 4 gezeigten Art entspricht. Während somit bei einer bekannten Stromspiegelschaltung ein Fehler des Soll-Stromübersetzungsfaktors von 2 % erst mit einem Stromverstärkungs faktor B von etwa 100 erreicht werden kann, läßt sich diese Genauigkeit mittels der Erfindung schon bei einem Stromverstärkungsfaktor B von etwa 10 erreichen. Dieser Vorteil ergibt sich zusammen mit dem weiteren Vorteil, daß sich der Eingangswiderstand der erfindungsgemäßen Stromübersetzerschaltung nur unwesentlich gegenüber dem der bekannten Schaltungen erhöht.

3 Patentansprüche

1 Blatt Zeichnung mit 5 Figuren

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Claims (3)

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   Patentansprüche

   Stromübersetzerschaltung, insbesondere Stromspiegelschaltung, mit einem ersten Transistor, dessen Basis-Emitter-Strecke die Basis-Emitter-Strecke eines zweiten Transistors gleicher Leitungsart gleichsinnig parallelgeschaltet ist und von dessen Kollektor ein Parallelzweig zu dessen Basis führt, wobei in den Kollektorkreisen des ersten und des zweiten Transistors die zu übersetzenden, insbesondere die zu spiegelnden,Ströme fließen, dadurch gekennzeichnet., daß der Parallelzweig aus den gleichsinnig parallelgeschalteten Basis-Emitter-Strecken eines dritten Transistors (T3) und eines vierten Transistors (T4), die von derselben Leitungsart wie der erste und zweite Transistor (T1, T2) sind, gebildet ist, daß die Kollektor-Emitter-Strecke des dritten Transistors der Kollektor-Basis-Strecke des ersten Transistors parallelgeschaltet ist und daß die Kollektor-Emitter-Strecke des vierten Transistors der Kollektor-Basis-Strecke des zweiten Transistors parallelgeschaltet ist.
2. 2. Stromübersetzerschaltung mit pnp-Transi stören und mit zu einem Doppelkollektortransistor vereinigtem ersten und zweiten Transistor, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte und vierte Transistor ebenfalls zu einem Doppelkollektortransistors (T34) zusammengefaßt sind.
3. 3. Stromübersetzerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der vom dritten und vierten Transistor (T3, T4) bestimmte Stromübersetzungsfaktor (14/13) dem vom ersten und zweiten Transistor (TI, T2) bestiaeten Stromübersetzungsfaktor (12, 11) im wesentlichen entspricht.

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