DE2548457A1 - Konstantspannungsschaltung - Google Patents

Konstantspannungsschaltung

Info

Publication number
DE2548457A1
DE2548457A1 DE19752548457 DE2548457A DE2548457A1 DE 2548457 A1 DE2548457 A1 DE 2548457A1 DE 19752548457 DE19752548457 DE 19752548457 DE 2548457 A DE2548457 A DE 2548457A DE 2548457 A1 DE2548457 A1 DE 2548457A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
constant voltage
fet
circuit
fets
voltage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE19752548457
Other languages
English (en)
Inventor
Yoshikazu Araki
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Publication of DE2548457A1 publication Critical patent/DE2548457A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05FSYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F3/00Non-retroactive systems for regulating electric variables by using an uncontrolled element, or an uncontrolled combination of elements, such element or such combination having self-regulating properties
    • G05F3/02Regulating voltage or current
    • G05F3/08Regulating voltage or current wherein the variable is dc
    • G05F3/10Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics
    • G05F3/16Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices
    • G05F3/20Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations
    • G05F3/24Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations wherein the transistors are of the field-effect type only
    • G05F3/242Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations wherein the transistors are of the field-effect type only with compensation for device parameters, e.g. channel width modulation, threshold voltage, processing, or external variations, e.g. temperature, loading, supply voltage
    • G05F3/247Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations wherein the transistors are of the field-effect type only with compensation for device parameters, e.g. channel width modulation, threshold voltage, processing, or external variations, e.g. temperature, loading, supply voltage producing a voltage or current as a predetermined function of the supply voltage

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Description

  • Konstantspannungsschaltung Die Erfindung betrifft eine Konstantspannungsschaltung. . Insbesondere betrifft die Erfindung eine Konstantspannungsschaltung, die einen Feldeffekttransistor (im folgenden FET) mit isoliertem Steuerbereich (im folgenden zusammengefasst kurz MISFET) verwendet.
  • Seit langem ist eine Konstantspannungsschaltung bekannt, bei der ein Widerstand und eine Zenerdiode in Reihe geschaltet sind, wobei die Ausgangsspannung über die Zenerdiode abgenommen wird. Diese Schaltung basiert darauf, dass beim Anlegen und allmählichen Erhöhen einer Sperrspannung an der Zenerdiode von einem bestimmten Spannungswert an schlagartig ein Strom zu fliessen beginnt, wobei die über die Zenerdiode abgegriffene Ausgangsspannung konstant bleibt. Der Reihenwiderstand ist bei dieser Schaltung zur Begrenzung des durch die Zenerdiode fliessenden Stromes erforderlich.
  • Andererseits sind mit der jüngsten Entwicklung der FET auch zahlreiche integrierte Schaltungen, die FET enthalten, bekannt geworden. Insbesondere bei solchen Schaltungen treten jedoch erhebliche Konstantspannungsprobleme auf. So ist es heute beispielsweise gebräuchlich, Taktimpulsgeneratoren unter Verwendung von FET als integrierte Schaltungen herzustellen.
  • Dabei lässt sich jedoch nicht vermeiden, dass die Ausgangsimpulsfrequenz eine Funktion der Versorgungsspannung ist und daher in ihrer Konstanz an diese gekoppelt ist. Bei einer solchen Schaltung stellt also die Schwankung der Versorgungsspannung ein schwieriges Problem dar.
  • Zur Unterdrückung der Speisespannungsabhängigkeit im zuvor beschriebenen Beispiel könnte man beispielsweise die eingangs beschriebene Konstantspannungsschaltung zwischen die Speisespannungsquelle und den Taktgenerator schalten. Die bekannte Schaltung sieht jedoch eine Reihenschaltung einer Diode und eines Widerstandes vor, was zu Schwierigkeiten bei der Integration der Schaltung auf einem Halbleiterplättchen führt.
  • Zur Realisation dieser Schaltung sind zahlreiche zusätzliche Herstellungsverfahrensstufen erforderlich, die die Kosten für die integrierte Schaltung spürbar erhöhen. Ein weiteres Problem liegt dabei darin, dass bei der industriellen Grossserienfertigung herstellungsbedirigt die Betriebsspannungen der integriert hergestellten Dioden um bis zu 50 % schwanken können. Dadurch wird eine zuverlässig und reproduzierbar herstellbare Taktfrequenz nicht mehr einstellbar.
  • Der Erfindung liegt angesichts dieses Standes der Technik die Aufgabe zugrunde, eine Konstantspannungsschaltung zu schaffen, die problemlos und preiswert in der Halbleitertechnik integrierbar ist und auch bei grösseren Versorgungsspannungsschwankungen eine ausgezeichnete Konstanz der Ausgangsspannung zeigt.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Konstantspannungssschaltung vorgeschlagen, die erfindungsgemäss gekennzeichnet ist durch eine mit einer Speisespannung beaufschlagte Reihenschaltung aus einem Sperrschichtkanal-Feldeffekttransistor und Widerstandselementen, durch einen Abgriff zwischen dem Sperrschichtkanal-Feldeffekttransistor und den Widerstandselementen für den Ausgangsanschluss und durch einen Widerstandswert der Widerstandselemente, der den durch den Sperrschichtkanal-Feldeffekttransistor fliessenden Strom so begrenzt, dass dieser im Konstantstrombereich der Transistorkennlinie liegt.
  • Zusammengefasst schafft die Erfindung also eine Konstantspannungsschaltung, bei der eine Versorgungsspannung an eine Reihenschaltung gelegt wird, die aus einem Sperrschichtkanal-FET und einem Widerstandsbauelement besteht. Dieses Widerstandsbauelement ist nach einer Weiterbildung der Erfindung vorzugsweise ein im Verstärkungsmode arbeitender FET. Ein Verknüpfungspunkt zwischen dem Sperrschichtkanal-FET und dem Widerstandsbauelement, nach der Weiterbildung der Erfindung also ein Verknüpfungspunkt zwischen dem Sperrschichtkanal-FET und dem im Verstärkungsmode arbeitenden FET, dient als Abgriffpunkt für den Ausgangsanschluss der Konstantspannungsschaltung. Dabei wird der Widerstand des Widerstandsbauelementes so eingestellt, dass der über den Sperrschichtkanal-FET fliessende Strom in dem durch einen konstanten Strom gekennzeichneten Bereich der Strom-Spannungs-Kennlinien dieses FET liegt Dadurch tritt am Ausgangsanschluss stets eine konstante Spannung auf, und zwar selbst dann, wenn die Speisespannung in grösserem Umfang schwankt.
  • In der zuvor beschriebenen Weise führt insbesondere die Verwendung eines im Verstärkungsmode arbeitenden FET als Widerstandsbauelement zu ausgezeichneten Ergebnissen.
  • Sowohl der Stand der Technik als auch die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen sind im folgenden in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung; Fig. 2 Strom-Spannungs-Kennlinien zur Erläuterung der Wirkungsweise der in Fig. 1 gezeigten Schaltung; Fig. 3 einen unter Verwendung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung aufgebauten Taktimpulsgenerator und Fig. 4 eine Konstantspannungsquelle nach dem Stand der Technik.
  • In der Fig. 4 ist die eingangs beschriebene Konstantspannungsschaltung nach dem Stand der Technik gezeigt. Der Widerstand R und die Zenerdiode Dz sind in Reihe zur Speisespannungsquelle geschaltet. Die Ausgangsspannung wird über die Zenerdiode abgegriffen. Diese Schaltung weist die zuvor beschriebenen Nachteile auf.
  • In der Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt.
  • Ein im Sperrschichtmode arbeitender p-Kanal-FET M1 und ein im yerstärkungsmode arbeitender p-Kanal-FET M2 sind in Reihe geschaltet. Die Senke des FET M1 ist mit dem Versorgungsspannungsanschluss VDD verbunden. Quelle und Steuerelektrode des FET M1 sind kurzgeschlossen. Die Quelle des FET M2 ist geerdet oder liegt an einem anderen Bezugspotential. Die Steuerelektrode ist zur Senke kurzgeschlossen. Der Verbindungspunkt zwischen dem FET Ml und dem FET M2 dient gleichzeitig als Abgriff für die Ausgangsspannung Vout.
  • Solange VDD-Vout > VthD, arbeitet der FET M1 im Sättigungsbereich, so dass über den FET M1 ein konstanter Strom fliesst.
  • In der vorstehenden Gleichung ist dabei VthD die Schwellenspannung des FET Ml. Ferner sei VG1 die Steuerspannung am FET M1 und VS1 die Quellenspannung des FET M1 sowie ßl das Verhältnis W/L, wobei W die Breite und L die Länge des Kanals ist. Für diesen FET M1 ist dann der Strom 11 = -(ßl/2)(VGl-VSl-VthD)2 (1) Da jedoch beim FET Mi die Steuerelektrode und die Quelle kurzgeschlossen sind, ist VGl = VS1. Die Gleichung (1) wird damit zu I1 = -(ßl/2)(VthD)2 (2) Ferner sei VG2 die Steuerspannung des FET M2, VS2 die Quellenspannung des FET M2, VthE die Schwellenspannung des FET M2 und ßd das Verhältnis W'/L' zwischen der Breite W' und der Länge L' des Kanals des FET M2. Der über den FET M2 fliessende Strom I2 ist dann 2 12 = -(f3d/2)(VG2-V52-VthE) (3) Wenn,wie in dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung angenommen, die Quelle des FET M2 geerdet ist, gilt VS2 = O. Die Gleichung (3) wird damit zu I2 = -(ßd/2)(VG2-VthE)2 (4) Weiterhin ist beim FET M2 die Steuerelektrode mit der Senke kurzgeschlossen, wobei die an der Steuerelektrode auftretende Spannung gleich der Ausgangsspannung Vout ist.
  • Gleichung (4) wird damit zu I2 = -(ßd/2)(Vout - VthE)2 (5) Der FET M1 und der FET M2 sind in Reihe zueinander geschaltet.
  • Über beide Bauelemente fliesst also der gleiche Strom, so dass also I1 = 12. Aus den Gleichungen (2) und (5) folgt damit 2 2 -(f3l/2>(VthD) = -(ßd/2)(Vout-VthE) (6) Schliesslich erhält man aus der Gleichung (6) für die Ausgangsspannung Vout folgenden Ausdruck: Vout = VthE + (nR)1/2(-VthD) (7) In der Gleichung (7) ist ßR = ßl/ßd. Die Gleichung (7) zeigt die Wirkungsweise der Konstantspannungsschaltung der Erfindung, indem Vout unabhängig von der Versorgungsspannung VDD ist. Die Ausgangsspannung ist allein eine Funktion der Schwellenspannungen der beiden FET und der geometrischen Abmessungen dieser beiden Bauelemente.
  • Diese Verhältnisse sind graphisch in den in Fig. 2 gezeigten Kennlinien näher erläutert. Die Kurven M1 und M2 beziehen sich auf die Kennlinien der FET M1 und FET M2.
  • Die Ausgangsspannung Vout der in Fig. 1 gezeigten Schaltung ist durch den Schnittpunkt der beiden FET-Kennlinien bestimmt. Die Lage dieses Schnittpunktes wird durch Festlegen des Wertes für die Grösse ßR (Gleichung 7) eingestellt.
  • Wählt man ßR so, dass der Schnittpunkt der beiden Kennlinien im Konstantstrombereich der Kennlinien für den FET M1 liegt, dann ist Vout konstant. Die konstante Ausgangsspannung kann durch eine Vergrösserung der Werte für ßR in der in Fig. 2 gezeigten Weise von BR1 bis ßR3 erzielt werden.
  • Selbst wenn also in der in Fig. 2 gezeigten Weise die Versorgungsspannung vom Wert VDD1 über den Wert VDD2 zum Wert VDD3 driftet, bleibt die Ausgangsspannung Vout unabhängig von diesen Versorgungsspannungsschwankungen konstant. In der ebenfalls aus Fig. 2 ersichtlichen Weise kann eine konstante Ausgangs spannung Vout jedoch dann nicht mehr erhalten werden, wenn der Wert für ßR einmal für eine bestimmte konstante Ausgangsspannung Vout festgelegt ist und die Versorgungsspannung unter diesen Grenzwert abfällt, wie das beispielsweise für die Versorgungsspannung VDD4 in Fig. 2 dargestellt ist. In der Praxis stellt man daher den Wert für ßR so ein, dass der Versorgungsspannungswert VDD1 in Fig. 2 gleich der kleinsten möglichen Versorgungsspannung ist.
  • In der Fig. 3 ist die Verwendung der Konstantspannungsschaltung der Erfindung für einen Taktimpulsgenerator gezeigt.
  • Zwischen dem Anschluss für die Ausgangs spannung Vout der Konstantspannungsschaltung der Erfindung und Erde liegen drei Inverter (M3, M6; M4, M7; M5, M8) in Kaskadenschaltung, wobei der Ausgang der Endstufe dieser Inverterkaskade auf den Eingang der ersten Stufe gegeben ist.
  • Die in der Fig. 3 gezeigte Schaltung liefert am Ausgangsanschluss eine Signalfrequenz, die von der Versorgungsspannung VDD unabhängig ist, die also auch bei Veränderungen der Versorgungsspannung VDD konstant bleibt. Diese Wirkung kann dadurch weiter verbessert werden1 dass man vorzugsweise einen Quellenfolger oder eine entsprechende Schaltung ausgangsseitig mit der Konstantspannungsquelle verbindet, um eine Impedanzumsetzung zu erzielen.
  • Die Erfindung ist vorstehend unter Verwendung eines im Verstärkungsmode arbeitenden FET als Widerstandselement peschrieben. Sie ist jedoch nicht auf diese Ausbildung beschränkt. Statt des im Verstärkungsmode arbeitenden FET können beispielsweise auch ein im Sperrmode arbeitender FET oder ein einfacher Widerstand eingesetzt werden.
  • Vorzugsweise ist die Konstantspannungsschaltung jedoch in der beschriebenen Weise ausgebildet, wodurch sie in besonders einfacher und billiger Weise in Halbleiterschaltungen zu integrieren ist, die aus FET aufgebaut sind.

Claims (2)

Patentansprüche
1))Konstantspannungsschaltung, g e k e n n z e i c h n e t durch eine mit einer Speisespannung beaufschlagte Reihenschaltung aus einem Sperrschichtkanal-Feldeffekttransistor und Widerstandselementen, durch einen Abgriff zwischen dem Sperrschichtkanal-Feldeffekttransistor und den Widerstandselementen für den Ausgangsanschluss und durch einen Widerstandswert der Widerstandselemente, der den durch den Sperrschichtkanal-Feldeffekttransistor fliessenden Strom so begrenzt, dass dieser im Konstantstrombereich der Transistorkennlinie liegt
2. Konstantspannungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Widerstandselemente durch einen im Verstärkungsmode arbeitenden FET gebildet werden, dessen Steuerelektrode mit der Steuerelektrode des Sperrschichtkanal-FET und dem Ausgangsanschluss der Schaltung verbunden ist.
DE19752548457 1974-10-30 1975-10-29 Konstantspannungsschaltung Pending DE2548457A1 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP12442074A JPS5150446A (ja) 1974-10-30 1974-10-30 Teidenatsukairo

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE2548457A1 true DE2548457A1 (de) 1976-05-06

Family

ID=14885026

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19752548457 Pending DE2548457A1 (de) 1974-10-30 1975-10-29 Konstantspannungsschaltung

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JPS5150446A (de)
DE (1) DE2548457A1 (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2832155A1 (de) * 1977-07-22 1979-01-25 Hitachi Ltd Konstantstromschaltung mit misfets und ihre verwendung in einem signalumsetzer
DE2840740A1 (de) * 1978-09-19 1980-03-20 Siemens Ag Mos-integrierte konstantstromquelle
US4628250A (en) * 1984-11-20 1986-12-09 Thomson Components-Mostok Corporation Power conserving CMOS reference voltage source

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS52112754A (en) * 1976-03-18 1977-09-21 Sharp Corp Mos transistor constant-voltage circuit
JPS5491740A (en) * 1977-12-28 1979-07-20 Nippon Precision Circuits Semiconductor apparatus and method of producing same
JPS54119653A (en) * 1978-03-08 1979-09-17 Hitachi Ltd Constant voltage generating circuit
JPS554647A (en) * 1978-06-27 1980-01-14 Nippon Precision Saakitsutsu Kk Constant voltage circuit
JPS5629718A (en) * 1979-08-15 1981-03-25 Nec Corp Reference voltage circuit device
JPS60215223A (ja) * 1984-04-10 1985-10-28 Mitsubishi Electric Corp 直流電圧発生回路
JPS60150115A (ja) * 1984-11-28 1985-08-07 Hitachi Ltd 電圧検出装置
JPS60150113A (ja) * 1984-11-28 1985-08-07 Hitachi Ltd 基準電圧発生装置
JPS60150116A (ja) * 1984-11-28 1985-08-07 Hitachi Ltd 定電圧発生回路装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2832155A1 (de) * 1977-07-22 1979-01-25 Hitachi Ltd Konstantstromschaltung mit misfets und ihre verwendung in einem signalumsetzer
DE2840740A1 (de) * 1978-09-19 1980-03-20 Siemens Ag Mos-integrierte konstantstromquelle
US4628250A (en) * 1984-11-20 1986-12-09 Thomson Components-Mostok Corporation Power conserving CMOS reference voltage source

Also Published As

Publication number Publication date
JPS541014B2 (de) 1979-01-19
JPS5150446A (ja) 1976-05-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3626795C2 (de)
DE3523400C2 (de) Schaltungsanordnung für eine Ausgangsstufe der Klasse AB mit großer Schwingungsweite
DE3912713C2 (de)
EP0483537B1 (de) Stromquellenschaltung
DE2308819A1 (de) Selbsttaetige vorspannungsschaltung zur steuerung der schwellenspannung einer mos-vorrichtung
DE3625949A1 (de) Schaltung zum erzeugen eines stabilisierten stromes, insbesondere fuer integrierte mos-schaltungen
DE2855303C2 (de)
DE3024936C2 (de) Wechselspannungsverstärker in Form einer integrierten Schaltung
DE2620187C3 (de) Monostabile Multivibratorschaltung
DE2548457A1 (de) Konstantspannungsschaltung
DE2359647A1 (de) Schaltungsanordnung zur erzeugung einer kompensierten steuerspannung
DE19938054B4 (de) Stromvergleichseinrichtung
DE3933986A1 (de) Komplementaerer stromspiegel zur korrektur einer eingangsoffsetspannung eines "diamond-followers" bzw. einer eingangsstufe fuer einen breitbandverstaerker
DE2524496A1 (de) Rechteckwellen-generator
DE102017126060B4 (de) Ansteuerschaltung für ein transistorbauelement
DE2749051A1 (de) Mos-eingangspuffer mit hysteresis
DE2631916C3 (de) Auf einem Halbleiterchip aufgebauer Differenzverstärker aus MOS-Feldeffekttransistoren
DE19533768C1 (de) Stromtreiberschaltung mit Querstromregelung
WO1991006839A1 (de) Integrierbare temperatursensorschaltung
DE3024014C2 (de) Wechsel-Gleichspannungswandler in Form einer integrierten Schaltung
DE2607045C3 (de) Elektronische Schaltung mit einem Verstärker
DE2751886A1 (de) Monolithisch integrierte, rueckgekoppelte verstaerkerschaltung
DE3721221C2 (de) Spannungsverstärkerschaltung geringer Klirrverzerrung für widerstandsbehaftete Lasten
DE4129334A1 (de) Praezisions-mos-widerstand
DE112021001229T5 (de) Konstantspannung-Erzeugungsschaltung