DE2541578A1

DE2541578A1 - Temperaturmessfuehler

Info

Publication number: DE2541578A1
Application number: DE19752541578
Authority: DE
Inventors: Robert C Dobkin
Original assignee: National Semiconductor Corp
Current assignee: National Semiconductor Corp
Priority date: 1974-09-23
Filing date: 1975-09-18
Publication date: 1976-04-01
Also published as: JPS5154478A; JPS6027936B2; FR2571492A1; US4071813A; GB1515578A; CA1048622A

Description

Temperaturmeßfühler

Für die vorliegende 3a?findung wird die Priorität aus der entsprechenden US-Anmeldung Serial-No. 508,462 vom 2J. 9. 1974 in Anspruch genommen,,

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Temperaturaeßfühler. Bs handelt sich dabei um einen Halbleiter-Temperaturmeßfühler, der den Unterschied in den Basis-Bnitter-Spannungen von aufeinander angepaßten Transistoren dazu verwendet, eine Ausgangsspannung zu liefern, die direkt der absoluten Temperatur proportional ist.

In der Patentanmeldung P. 25 22 437.7 vom 21. Mai 1975 derselben Anmelderin, mit dem Titel "Temperaturmeßwertwandler¹¹, wird ein Temperaturmeßfühler offenbart, der den Unterschied zwischen den Basis-Snitter-Spannungen von mindestens zwei Transistoren dazu benutzt, eine Ausgangsspannung zu liefern, die der Temperatur nach einer bekannten Temperaturskala direkt proportional ist. Für die Erläuterung der mit gegenwärtig bekannten Temperaturfühlern verbundenen Probleme, sowie der Meßwertwandler, bei denen

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derartige Temperaturfühler eingesetzt sind, wird auf die vorgenannte Patentanmeldung hingewiesen.

Eines dieser Probleme besteht in dem Bedarf an Meßwertwandlern, die keine Anschlußleitungen zu entfernten Stellen für die Versorgung mit geregelter Spannung, zur Verstärkung, zur Skalierung und zur Durchführung anderer betrieblicher Maßnahmen am Ausgangssignal, vor der Verwendung dieses Ausgangssignals zur Messung oder Regelung, erfordern Wie in der vorgenannten Anmeldung erläutert, besteht Bedarf an Meßfühlern, deren Verlustleistung verhältnismäßig niedrig ist. Die Mehrzahl der gegenwärtig verfügbaren Temperaturmeßfühler kann nicht ohne weiteres in Meß- und Regeleinrichtungen eingebaut werden. Außerdem weisen Thermoelemente verhältnismäßig niedrige Ausgangssignale auf, die schwierig mit einem beliebigen Maß an Stabilität zu verstärken sind. Außerdem erfordern Thermoelemente eine Kompensation durch zugeordnete, nicht erwärmte Thermopaar-Übergänge. Meßfühler mit Widerständen und Thermistoren sind nichtlinear und hängen von ihrer Erregung ab. Ein weiterer Nachteil derartiger Meßfühler besteht aber noch darin, daß ihre Ausgangssignale nicht unmittelbar auf irgend eine vorbekannte Temperatürskala bezogen sind.

Der in der oben genannten Patentanmeldung beschriebene Temperaturmeßfühler verwendet den Unterschied in den Basis-Emitter-Spannungen von Transistoren dazu, eine Ausgangsspannung zu erzeugen, die der Temperatur proportional ist. Eine derartige Proportionalität der Ausgangsspannung kann nur dann erreicht werden, wenn das Verhältnis der Stromdichte des einen Transistors zur Stromdichte des anderen Transistors bei Änderungen der temperatur konstant gehalten wird. Es ist eine verhältnismäßig große Anzahl von Bauelementen, insbe-

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sondere von aufeinander angepaßten Transistoren, erforderlich, um das Stromdichteverhältnxs bei Teraperaturänderungen konstant zu halten. Es ist ebenfalls nicht einfach, den in der obengenannten Patentanmeldung offenbarten Meßfühler zu eichen. Überdies erfordert dieser Meßfühler eine verhältnismäßig hohe Stromverstärkung, um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen.

Über die oben genannten Nachteile vorbekannter Temperaturmeßfühler hinaus besteht ein Bedarf an zweipoligen, unabhängigen Temperaturmeßfühlern, bei denen lediglich zwei Leiter erforderlich sind, um den jeweiligen Meßfühler mit Strom zu versorgen und einen Anzeigewert für die erfaßte Temperatur an eine entfernte Stelle zu liefern. Außerdem besteht Bedarf an Temperaturraeßfühlern, die leicht abzugleichen oder zu eichen sind und ein Ausgangssignal liefern, das linear und direkt auf eine bekannte Temperaturskala bezogen ist.

Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Temperaturmeßfüler zu schaffen, der ein Ausgangssignal liefert, das der Temperatur direkt proportional und direkt auf eine bekannte Temperaturskala bezogen ist,wobei der Temperaturmeßfühler einen verhältnismäßig niedrigen Leistungsbedarf aufweist und auf einfache Weise abgeglichen oder geeicht werden kann, dabei soll dieser Teraperaturmeßfühler zweipolig und unabhängig betreibbar sein.

Der zur Lösung der gestellten Aufgabe vorgeschlagene erfindungsgemäße Temperaturmeßfühler ist dadurch gekennzeichnet, daß er zwei Transistoren aufweist, die mit unterschiedlicher Stromdichte arbeiten, daß eine Verstärkerschaltung zur Verstärkung der Differenz zwischen dem Spannungsabfall am ersten der beiden genannten transistoren

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und dem Spannungsabfall am zweiten der beiden genannten Transistoren vorgesehen ist, und daß eine Spannungsteilerschaltung vorgesehen ist, die auf eine Ausgangsspannung der genannten Verstärkerschaltung anspricht und eine Spannung liefert, die proportional zur genannten Ausgangsspannung an den Basen der genannten Transistoren ist.

Diese und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch den erfindungsgemäßen Temperaturmeßfühler erreicht, der ein in Reihe mit einer Stromquelle geschaltetes Transistorpaar, sowie einen Differentialverstärker zur Verstärkung des Unterschiedes der Spannungen an diesen Transistoren, und eine Spannungsteilerschaltung verwendet, die an einen Ausgang des Verstärkers angeschlossen, ist, und deren einer Ausgang mit der Basis des einen Transistors, und deren anderer Ausgang mit der Basis des anderen Transistors verbunden ist. Wegen der Rückkopplungsschleife, die durch die Spannungsteil&rschaltung gebildet wird, die zwischen dem einen Ausgang des Differentialverstärkers und die genannten Transistoren geschaltet ist, ändert sich die Ausgangsspannung des Differentialverstärkers in eine Richtung, die die Differenz null zwischen seinen Eingängen ergibt. Wenn die Differenz null auftritt, geht die Ausgangsspannung des Differentialverstärkers in den stationären Zustand über und ist dann der Temperatur in einer bekannten Temperaturskala proportional. Durch geeignete Skalierung kann die Temperatur direkt abgelesen werden« Wenn die Eingangsspannungen am Differentialverstärker einander gleich sind, so bleiben die Stromdichten der beiden Transistoren bei Änderungen der Temperatur konstant.

Ein Merkmal der vorliegenden Erfindung beruht auf der Schaffung

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einer Stromquelle zur Abgabe der Speisespannung an die Transistoren und einer Ausgangsschaltung, die auf die Ausgangsspannung des Differentialverstärkers in dem Sinne anspricht, daß die genannte Speisespannung verändert wird und dadurch eine Ausgangsspannung auf den Stromzuführungsleitern erzeugt, die sich direkt proportional mit der Temperatur ändert«

Die Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnungen hervor. Es zeigen:

Pig. 1: ein Schaltbild des erfindungsgemäßen Temperaturmeß-

fühlers,

Fig. 2: ein Schaltbild eines zweipoligen Temperaturmeß-

fühlers nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 3* ein Schaltbild einer zweiten Ausführungsform eines

zweipoligen Temperaturmeßfühlers nach der vorliegenden Erfindung, und

Fig. 4j ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform eines

zweipoligen Temperaturmeßfühlers nach der vorliegenden Erfindung.

Nach Fig. 1 sind zwei Anschlüsse, 10 und 12, mit einer (nicht dargestellten) Spannungsquelle verbunden. Zwei Widerstände, 14- und 16, sind jeweils, von dem Anschluß 10 aus, mit dem jeweiligen Kollektor eines entsprechenden Transistors, 18 und 20, verbunden. Die Kollek-

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toren der Transistoren 18 und 20 sind jeweils an einen entsprechenden Eingang eines Differentialverstärkers 22 derart angeschlossen, daß der Unterschied zwischen den Spannungsabfällen an den Transistoren 18 und 20 den Eingängen des Differentialverstärkers 22 aufgedrückt wird. Diese Spannungsdifferenz gleicht ebenfalls der Differenz zwischen den Spannungsabfällen an den Widerständen 14 und 16. Über einen Vorwiderstand 24, der als Stromquelle wirkt, sind die Emitter der Transistoren 18 und 20 mit dem Anschluß 12 verbunden.

Auf einer Leitung 26 wird ein Auogangssignal des Differentialverstärkers 22 abgegeben und speist eine Spannungsteilerschaltung 28, die aus drei Widerständen, 50, 52 und 54, gebildet wird. Ein Ende des Widerstandes 52 ist mit der Basis des Transistors 18 verbunden, während die andere Seite dieses Widerstandes mit der Basis des Transistors 20 verbunden ist, so daß der Unterschied zwischen den Basis-Emitter-Spannungen der Transistoren 18 und 20 an dem Widerstand 52 entwickelt wird_e Demzufolge steht diese Differenzspannung zur Ausgangsspannung des Differentialverstärkers 22 in demselben Verhältnis wie der Wert des Widerstandes 52 zum Gesamtwiderstand der Spannungsteilerschaltung 28»

Die Spannungsteilerschaltung 28 und die Transistoren 18 und 20 bilden eine Rückkopplungsschleife für den Differenrtialverstärker 22, so daß dieser als Operationsverstärker wirkt. Wenn somit die Spannungsdifferenz null zwischen den Eingängen zum Differentialverstärker 22 vorliegt, so bleibt die Ausgangsspannung des letzteren unverändert. Wenn jedoch eine von null verschiedene Spannungsdifferenz zwischen den Eingängen zum Differentialverstärker 22

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vorhanden ist, so ändert sich seine Ausgangsspannung in eine Richtung und bis zu einem Wert, die bewirken, daß sich die Spannungsdifferenz am Eingang solange ändert, bis sie den Wert null erreicht, dabei wird der Differentialverstärker 22 als ideal angenommen.

Im stationären Betriebszustand werden die Transistoren 18 und 20 dadurch mit unterschiedlichen Stromdichten betrieben, daß man entweder ihre Kollektorströme verschieden groß bei gleich großen Emitter flachen macht, oder daß man ihre Emitterflächen verschieden groß bei gleich großen Kollektorströraen macht, oder daß man diese beiden Verfahrensweisen miteinander kombiniert. Die Differenz der Basis-Eraitter-Spannungen der Transistoren 18 und 20 steht mit der Temperatur in einem Zusammenhang, der durch den folgenden Ausdruck gegeben ist:

^Vbe - "Τ" ^ln <V^J2> '

dabei ist V, die Differenz zwischen den Basis-Emitter-Spannungen der Transistoren 18 und 20, k ist die Boltzmannsche Konstante, T die absolute Temperatur in ⁰K, q die Element ar ladung, und J^. und Jp sind die Stromdichtewerte des Transistors 18, bzw_e 20. Wenn die Transistoren 18 und 20 bei verschiedenen Stromdichtewerten betrieben werden, so sind die Temperaturkoeffizienten ihrer Basis-Emitter-Spannungen voneinander verschieden. Wenn also die Differenz zwischen den Basis-Emitter-Spannungen der Transistoren 18 und 20 bei Temperaturänderungen konstant gehalten wird, so ändern sich ihre Kollektorströme, dabei ändert sich ein Kollektorstrom stärker als der andere.

Unter der Annahme, daß die Emitterflächen der Transistoren 18 und 20 verschieden groß sind, und daß die Widerstände 14 und 16 gleiche Werte aufweisen, seien die Basis-Emitter-Spannungen der Transistoren

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18 und 20 null, und der Kollektorstrom des Transistors mit der kleineren Emitterfläche wird anfänglich um einen höheren Wert als der Kollektorstrom des anderen Transistors zunehmen, wenn die Ausgangsspannung des Differentialverstärkers 22 gleich der Spannung an dem Anschluß 12 ist. Dieser Zustand bewirkt einen Unterschied in den Spannungsabfällen an den Widerständen 14 und 16, der eine Differenzspannung an den Eingängen des Differentialverstärkers 22 erzeugt.

Demzufolge ändert sich die Ausgangsspannung des Differentialverstärkers 22 in eine Richtung und bis zu einem Wert, der einen Spannungsabfall am Widerstand 32 erzeugt und dadurch die Transistoren 18 und 20 mit verschiedenen Basis-Emitter-Spannungen beaufschlagt. Diese Änderung wird solange fortgesetzt, bis die Spannungsdifferenz null an den Eingängen des Differentialverstärkers 22 erscheint. Wenn diese Spannungsdifferenz null vorhanden ist, so sind die Kollektorströme der Transistoren 18 und 20 einander gleich, und die gleichzeitig zwischen ihren Basis-Emitter-Spannungen am Widerstand entwickelte Differenz ist direkt der Temperatur proportional, wie es in der obigen Gleichung ausgedrückt worden ist. Da der als Operationsverstärker wirkende Differentialverstärker 22 bewirkt, daß die Kollektorströme der Transistoren 18 und 20 im stationären Betriebszustand einander gleich bleiben, so bleibt das Verhältnis ihrer Stromdichtewerte konstant bei Temperaturänderungen. Folglich ist im stationären Betriebszustand der Spannungsabfall am Widerstand 32 der Temperatur bei ihren Änderungen direkt proportional. Das Verhältnis des Wertes des Widerstandes 32 zum Gesamtwiderstand der Spannungsteilerschaltung 28 ist derart skaliert, daß die Ausgangsspannung des Differentialverstärkers 22 der Temperatur in einer

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bekannten Temperaturskala entspricht, wenn die zugehörige Differenz der Basis-Emitter-Spannungen am Widerstand 32 erscheint.

Wenn die Emitterflächen der Transistoren 18 und 20 gleich groß, jedoch die Widerstände 14 und 16 von unterschiedlichem Wert sind, so sind im stationären Betriebszustand die Kollektorströme der Transistoren 18 und 20 verschieden groß. Wenn jedoch die Ausgangsspannung des Differentialverstärkers 22 gleich der Spannung am Anschluß 12 ist, so werden die Basis-Emitter-Spannungen der Transistoren 18 und 20 zu null und bewirken damit, daß die Kollektorströme dieser Transistoren einander gleich werden. Somit werden die Spannungsabfälle an den Widerständen 14· und 16 verschieden groß. Dieser Unterschied in den Spannungsabfällen an den Widerständen 14 und 16 bewirkt, daß sich die Ausgangsspannung des Differentialverstärkers 22 in einer Richtung und bis zu einem Wert ändert, der die Änderung der Kollektorströme der Transistoren 18 und 20 solange zur Folge hat, bis die Spannungsabfälle an den Widerständen 14 und 16 einander gleich sind. Wenn die erfindungsgemäße Schaltung diesen Zustand erreicht, so steht die Ausgangsspannung des Differentialverstärkers 22 in direkter Beziehung zu der Temperatur gemäß einer bekannten Temperaturskala.

Es wird nun der allgemeine Fall betrachtet, wo die erfindungsgemäße Schaltung bei einer bestimmten Temperatur gearbeitet hat und in den stationären Betriebszustand übergegangen ist, hierbei verursacht eine Temperaturänderung eine Änderung der Kollektorströme der Transistoren 18 und 20 infolge ihrer Temperaturkoeffizienten. Falls die Transistoren 18 und 20 mit unterschiedlichen Stromdichtewerten nach einer der oben erläuterten Verfahrensweisen arbeiten, so ändert

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sich ein Kollektorstrom stärker als der andere bei einer derartigen Temperaturänderung. Da die Emitterflächen der Transistoren unveränderlich sind, so bleibt das Verhältnis ihrer Stromdichtewerte konstant, wenn das Verhältnis ihrer Kollektorstromwerte konstant bleibt. Das Verhältnis dieser Kollektorstromwerte bleibt nun konstant, weil die Spannungsabfalle an den Widerständen 14- und 16 durch die Einwirkung des als Operationsverstärker v/irkenden Differentialverstärkers 22 einander gleich gemacht worden sind, der die Transistoren solange ansteuert, bis die Spannungsdifferenz null an den Eingängen des Differentialverstärkers 22 vorhanden ist. Demzufolge ändert der als Operationsverstärker wirkende Differentialverstärker den Unterschied zwischen den Basis-Emitter-Spannungen der Transistoren 18 und 20 solange, bis die Spannungsabfälle an den Widerständen 14 und 16 einander gleich geworden sind, wodurch das Verhältnis ihrer Kollektorströme gleich bleibt, und ebenso das Verhältnis ihrer Stromdichtewerte. Somit ist diese Differenz der ^asis-Emitterspannungen direkt der Temperatur gemäß der obigen Gleichung proportional.

Es ist festzustellen, daß eine Änderung der Ausgangs spannung des Differentialverstärkers 22 eine größere Änderung in der Basis-Emitter-Spannung des Transistors 20 als in der Basis-Emitter-Spannung des Transistors 18 hervorruft,. Wenn demzufolge eine Temperaturänderung eintritt, die bewirkt, daß der Kollektorstrom des Transistors 20 stärker als der Kollektorstrom des Transistors 18 ansteigt, so fällt die Ausgangsspannung des Differentialverstärkers 22 und bewirkt dadurch ein stärkeres Absinken der Basis-Emitter-Spannung des Transistors 18 als bei der Basis-Emitter-Spannung des Transistors 20,

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Gemäß Fig. 2 wird der erfindungsgemäße Temperaturmeßfühler mit einer Speisespannung aus einer Stromquelle 36 versorgt, die eine Spannungsquelle 38 und einen Widerstand 40 einschließt. Der Ausgang des Differentialverstärkers 22 ist mit der Basis eines Transistors 4-2 verbunden, der über die Speisespannung an den Anschlüssen 4-3 und 4-4- geschaltet ist. Die Spannungsteilerschaltung 28 ist ebenfalls über die Speisespannung geschaltet. Wenn sich die Last an der Stromquelle ändert, so ändert sich ebenfalls die Speisespannung. Anstatt also die Ausgangsspammng des Differentialverstärkers 22 direkt der Spannungsteilerschaltung 28 zuzuführen, wie im Fall der Schaltung nach Fig. 1, wird diese Ausgangsspannung dem Transistor 4-2 zugeleitet, um die Spannung zu ändern, die dann der Spannungsteilerschal tung 28 zugeführt wird, damit also auch den am Widerstand 32 entwickelten Spannungsabfall. ■^::'

Wenn der Kollektorstrom des Transistors 20 mehr als der Kollektorstrom des Transistors 18 bei einer Temperaturänderung zunimmt, so nimmt, im Gegensatz zur Wirkungsweise der in Fig» 1 dargestellten Schaltung, die Ausgangsspannung des Differentialverstärkers 22 zu und bewirkt, daß der durch den transistor 4-2 fließende Strom ansteigt, und der Spannungsabfall zwischen den Anschlüssen 4-3 und 44-abnimmt. Eine derartige Absenkung der Speisespannung verringert den Spannungsabfall am Widerstand 32. Diese Absenkung des Spannungsabfalls am Widerstand 32 verursacht einen stärkeren Abfall der Basis-Emitter-Spannung beim Transistor 20 als beim Transistor 18. Demzufolge sinkt der Kollektorstrom des Transistors 20 stärker als der Kollektorstrom des Transistors 18 infolge der Einwirkung des als Operationsverstärker wirkenden Differentialverstärkers 22, der das

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Verhältnis der Kollektorstromwerte konstant hält» Jedoch ist während dieser Übergangsperiode die Ausgangsspannung des Differentialverstärkers 22 angestiegen, und die Speisespannung an den Anschlüssen 43 und 44 abgesunken und liefert somit eine Anzeige für die Temperaturänderung ο Die Spannungsteilerschaltung ist derart skaliert, daß die an den Anschlüssen 45 und 44 liegende Speisespannung, die dem Spannungsabfall am Widerstand 32 proportional ist, mit der Temperatur gemäß einer bekannten Temperaturskala direkt in Beziehung steht. Somit stellt die Schaltung nach Fig. 2 einen zweipoligen, unabhängigen Temperaturmeßfühler dar, wo die Speisespannung an denselben Anschlüssen angelegt wird, an denen die Temperaturanzeige abgegeben wird.

Die erfindungsgemäße Schaltung nach Fig_e 3 unterscheidet sich von der Schaltung nach Fig. 2 dadurch, daß die Transistoren 45 und 46 die Transistoren 18, bzw. 20 ersetzen, und daß der Widerstand 24 durch die Widerstände 52 und 54· und durch das Potentiometer 56 ersetzt wird. Jeder der Transistoren 45 und 46 ist mit zwei Emittern versehen« Die Emitter 48 und 50 des Transistors 45 haben verschieden große Flächen, und die Emitter des Transistors 46 haben gleich große Flächen. Falls die Schaltung nach Fig, 3 eine monolithische (oder integrierte) Schaltung ist, so ist dasPotentiometer 56 außerhalb dieser Schaltung angebracht. Die Erfassung und Anzeige der Temperatur stiiamen mit der Erfassung und Anzeige der Temperatur bei der Schaltung überein, die in Fig. 2 dargestellt ist. Jedoch kann die Schaltung nach Fig« 3 durch Abgleich des Potentiometers 56 geeicht werden. Wenn sich das Potentiometer 56 in seiner Mittenstellung befindet, so fließen gleich große Ströme durch die Emitter

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48 und 50. Die durch die beiden Emitter des Transistors 46 fließenden Ströme sind ebenfalls einander gleich. Wenn jedoch das Potentiometer 56 aus seiner Mittenstellung heraus verstellt wird, so fließen verschieden große Ströme durch die Emitter 48 und 50 und durch die Emitter des Transistors 46. Da die Emitter des Transistors 46 gleiche Flächen aufweisen, so bleiben ihre Stromdichtewerte einander gleich. Wegen der unterschiedlichen Flächen der Emitter 48 und 50 werden sich jedoch die Stromdichtewerte des Transistors 4-5 bei einer solchen Einstellung des Potentiometers 56 verändern. Somit gestattet das Potentiometer 56 den Abgleich des Verhältnisses der Stromdichten des einen Transistors zum Verhältnis der Stromdichten des anderen Transistors. Aus der obigen Gleichung folgt, daß eine derartige Abgleichmöglichkeit die Eichung der Differenz zwischen den Basis-Emitter-Spannungen der Transistoren 4-5 und 46, und damit der Ausgangsspannung an den Anschlüssen 4-3 und 44· schafft.

Die im Innern der Schaltung angeordneten Widerstände 52 und 54-erzeugen einen unerwünschten T emp or t^turko effizient en. Die erfindungsgemäße Schaltung nach Pig· 4 verwendet aus transistoren gebildete Stromquellen anstelle der Widerstände 52 und 54-, um diese unerwünschte Eigenschaft zu beseitigen. Genauer gesagt, wird ein Transistor 58, dessen Kollektor mit seiner eigenen Basis verbunden ist, in Reihe mit einem Widerstand 59 über die Stromversorgung geschaltet. Ein Transistor 60 wird zwischen einen ersten Emitter der Transistoren 45 und 46 und einen Anschluß 64- geschaltet, und ein Transistor 62 wird zwischen einen zweiten Emitter der Transistoren 45 und 46 und einen Anschluß 68 geschaltet. Der Schleifer eines Potentiometers ?0 ist mit einem Anschluß 72 verbunden,

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während seine Endanschlüsse mit den Anschlüssen 64 und 68 derart verbunden sind, daß die Ströme in den Transistoren 60 und 62 gegeneinander abgeglichen werden können. Wenn die Stromdichte des Transistors 58 von den Stromdichten der Transistoren 60 und 62 verschieden ist, so erscheint die Differenz zwischen ihren Emitter-Basis-Spannungen an den entsprechenden Teilstrecken des Potentiometers 70· Wenn demzufolge das Potentiometer 70 auf seine Mittenstellung gebracht worden ist, so ist der durch den Transistor 60 fließende Strom gleich dem Strom, der durch den Transistor 62 fließt» Unter diesen Bedingungen ist der durch den Emitter 48 fließende Strom gleich dem durch den Emitter 50 fließenden Strom. Die Verstellung des Potentiometers 70 aus seiner Mittenstellung heraus ruft eine Unsymmetrie bei diesen Strömen hervor, so daß die Stromdichte des Transistors 45 eingestellt werden kann. Da nach der obigen Gleichung der Spannungsabfall am Potentiometer 70 der Temperatur proportional ist, und da die Ströme zur Erzeugung dieses Spannungsabfalles durch die Transistoren 45 und 46 fließen, so haben die Stromquellen keinen Einfluß auf die Beziehung zwischen ihren Kollektorströmen und der Temperaturänderung„

Bei einem Äusführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das gebaut worden ist, wurden die folgenden Werte für die Widerstände verwendet:

Widerstände 14,16 und 24 20 kfl

Widerstände 50 und 54 25 kü

Widerstand 52 1 ^ Λ

Ferner war der Transistor 18 mit einer Emitterfläche ausgestattet worden, die zehnmal größer als die Emitterfläche des Transistors 20'

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war. Die Fläche des Emitters 48 war elfraal großer als die Flächen der Emitter des transistors 46, und die Flache des Emitters 50 war neunmal größer als die Flächen der Emitter des Transistors 46.

- Patentansprüche -

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1„) Temperaturmeßfühler, dadurch gekennzeichnet, daß er zwei Transistoren (18,20; 4-5,46) aufweist, die mit unterschiedlichen Stromdichten (J.,bzw. Jp) arbeiten, daß eine Verstärkerschaltung (22) zur Verstärkung der Differenz zwischen dem Spannungsabfall am ersten der beiden genannten Transistoren (18;45) und dem Spannungsabfall am zweiten der beiden genannten Transistoren (20; 46) vorgesehen ist, und daß eine Spannungsteilerschaltung (28) vorgesehen ist, die auf eine Ausgangsspannung der genannten Verstärkerschaltung (22) anspricht und eine Spannung liefert, die proportional zur genannten Ausgangsspannung an den Basen der genannten Transistoren (18, 20; 45, 46) ist„

2e Temperaturmeßfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkerschaltung einen Differentialverstärker (22) umfaßt, der zwei Eingänge aufweist, von denen jeweils einer mit einer Seite eines Kollektor-lmitter-Stromkreises eines entsprechenden Transistors der genannten Transistoren (18, 20; 45, 46) verbunden ist.

3« Temperaturmeßfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Spannungsteilerschaltung (28) eine Spannungsteileranordnung (30, 32, 34) umfaßt, die mit einem Ausgang der genannten Verstärkerschaltung (22) verbunden ist, daß die Basis des genannten ersten der beiden Transistoren (I8j45) mit einem Ausgang der genannten Spannungsteileranordnung (30, 32, 34) verbunden ist, und daß die Basis des zweiten der beiden genannten

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Transistoren (20 j46) mit einem anderen Ausgang der genannten Spannungsteileranordnung (30, 32, 34-) verbunden ist.

4. Temperaturmeßfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er zwei Widerstände (14,16) umfaßt, die jeweils in Reihe mit dem Kollektor-Eiaitter-Stromkreis eines entsprechenden Transistors der beiden genannten Transistoren (18, 20j 45, 46) geschaltet ist.

5. Teraperaturmeßfühler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden genannten Widerstände (14^. 16) gleiche Werte aufweisen, und daß die Emitterflächen der beiden genannten Transistoren (18, 20j 45, 46) verschieden groß sind.

6. Temperaturmeßfühler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandswerte der beiden genannten Widerstände (14, 16) verschieden groß sind, und daß die Emitterflächen der beiden genannten Transistoren (18, 20; 45, 46) gleich groß sind.

7. Temperaturmeßfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Stromquelle (36) aufweist, die mit den Kollektor-Emitter-Stromkreisen der beiden genannten Transistoren (18, 20 j 45, 46) verbunden ist, daß die genannte Spannungsteilerschaltung einen dritten Transistor (42) und eine Spannungsteileranordnung (30, 32, 34·) aufweist, die zueinander parallel geschaltet und ebenfalls parallel zu den Kollektor-Smitter-Stromkreisen der genannten beiden Transistoren (18, 20 j 45, 46) geschaltet sind, und daß die Basis des genannten dritten Transistors (4-2) mit einem Ausgang der genannten Verstärkerschaltung (22) verbunden ist.

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S„ Temperaturmeßfühler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der beiden genannten Transistoren (4-5, 46) zwei Kollektor-Emitter-Stromkreise umfaßt, daß die Eraitterflache (4-8) bei einem der Kollektor-Emitter-Stromkreise des genannten ersten Transistors (45) von der Emitterfläche (50) des anderen der genannten Kollektor-Emitter-Stromkreise des genannten ersten Transistors (45) verschieden ist«,

9. Temperaturmeßfühler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Verstärkerschaltung (22) zwei Eingänge aufweist, von denen jeweils einer mit einer Seite des Kollektor-Emitter-Stromkreises eines entsprechenden Transistors der beiden Transistoren (45, 46) verbunden ist«,

10. Temperaturmeßfühler nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß die andere Seite eines ersten Kollektor-Emitter-Stromkreises (48) des genannten ersten Transistors (4-5) mit der anderen Seite eines ersten Kollektor-Emitter-Stromkreises des genannten zweiten Transistors (46) verbunden ist, daß die andere Seite eines zweiten Kollektor-Emitter-Stromkreises (50) des genannten ersten Transistors (45) mit der anderen Seite eines zweiten Kollektor-Emitter-Stromkreises des genannten zweiten Transistors (46) verbunden ist, und daß ferner ein Potentiometer (56) eingeschlossen ist, das.zwischen die andere Seite der genannten ersten Kollektor-Emitter-Stromkreise und die andere Seite der genannten zweiten Kollektor-Emitter-Stromkreise geschaltet ist.

11. Zweipoliger Temperaturmeßfühler nach Anspruch 1, dadurch" gekennzeichnet, daß er zwei Anschlüsse (10,12$ 4-3, 4-4·) umfaßt, daß

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eine Stromquelle (36) zwischen die beiden Anschlüsse (10, 12} 43, 44) geschaltet ist, daß eine Meßfühlerstufe (18, 20, 22, 28; 45, 46, 42) zur Erfassung der Temperatur und zur Abgabe einer der Temperatur proportionalen Ausgangsspannung zwischen die beiden genannten Anschlüsse (10, 12j 43, 44) geschaltet ist, und daß der Kollektor, bzw. der Emitter eines Transistors (42) jeweils an einen der genannten Anschlüsse (43, 44) angeschlossen ist, und die Basis dieses Transistors (42) mit dem Ausgang der Meßfühlerstufe (45) derart verbunden ist, daß der Spannungsabfall zwischen den genannten Anschlüssen (10,12; 43, 44) direkt der Temperatur proportional ist β

12. Zweipoliger Temperaturmeßfühler nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Meßfühlerstufe zwei Transistoren (18, 20j 45, 46) und zwei Widerstände (14, 16) umfaßt, von denen jeweils ein Widerstand in Reihe mit einem 'entsprechenden der zwei Transistoren (18, 20; 45, 46) über die genannten Anschlüsse (10, 12; 43, 44) geschaltet ist, daß ein Differentialverstärker (22) zwei Eingänge aufweist, von denen jeder mit dem Kollektor-Emitter-Stromkreis eines entsprechenden der zwei Transistoren (18, 20; 45, 46) verbunden ist und die genannte, der Temperatur proportionale Ausgangsspannung abgibt, und daß eine Spannungsteilerschaltung (28) über die genannten Anschlüsse (10, 12; 43 , 44) geschaltet ist und zwei Ausgänge aufweist, von denen jeweils einer mit der Basis eines entsprechenden der beiden Transistoren (18, 20; 45, 46) verbunden ist.

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