DE2647132A1 - Halbleiter-bauelement - Google Patents
Halbleiter-bauelementInfo
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Description
Halbleit er-Baueleraent
Die Erfindung betrifft ein Halbleiter-Bauelement gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1·
Bei Halbleiter-Bauelementen, insbesondere bei aus mehreren diskreten Halbleiter-Bauelementen bestehenden Halbleiteranordnungen,
ist ein gleichmäßiges, überschaubares Temperaturverhalten von wesentlicher Bedeutung. Insbesondere sind temperaturabhängige
Arbeitspunktverschiebungen, auch Temperaturdrift genannt, unerwünscht. So verursachen derartige Temperaturdrifts
z.B. temperaturabhängige Fehler in dem Ausgangssignal von Digital-Analog-Umsetzern, wie sie aus den US-Patentschriften
3 685 045 und 3 747 088 bekannt sind, bei denen es erforderlich ist, den Emittern von mit einem den Strom wichtenden Widerstandsnetzwerk
verbundenen Stromquellen-Transistoren gleiche Spannungen vorzugeben, da nur dann jeder Emitter einen Strom
der entsprechenden Wertigkeit dem ihm zugeordneten Widerstand aufprägen kann. Bei ungleichen Emitterspannungen stehen daher
die jeweils einem Bit zugeordneten Ströme nicht in dem entsprechenden Verhältnis zueinander. Während die Widerstände des
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Widerstandsnetzwerkes derart abgeglichen werden können, daß sich anfängliche Fehler eliminieren lassen, ist eine derartige
Korrektur hinsichtlich einer Temperaturdrift nicht möglich.
Gemäß der US-Patentschrift 3 74? 088 besteht eine bekannte
Maßnahme zum Herstellen gleicher Emitterspannungen darin, die Emitterflächen derart zu bemessen, daß sämtliche Stromquellen-Transistoren
mit der gleichen Stromdichte arbeiten und demzufolge die gleiche Basis-Emitter-Spannung und gleiche Temperaturkennlinien
aufweisen. Da sämtliche Stromquellen-Transistoren mit einer gemeinsamen Basisspannung betrieben werden,
sind die Emitterspannungen ebenfalls gleich, und zwar auch bei Temperaturänderungen. Da bei derartigen Digital-Analog-Umsetzern
die Ströme im allgemeinen entsprechend einer binären Wertigkeit aufgeteilt sind, müssen die Emitterflächen ebenfalls
binär gewichtet sein. Bei Aufteilen der Stromquellen-Transistoren in einzelne 4-Bit-Module gemäß der US-Patentschrift
3 747 088 benötigt somit jede 4-Bit-Einheit Emitterflächen im Verhältnis von 8:4:2:1. Dadurch sind für einen derartigen
Modul insgesamt 15 Emitter-Flächeneinheiten· erforderlich, die bei Ausführung in integrierter Schaltkreistechnik
nachteiligerweise einen wesentlichen Teil der gesamten, zur Verfügung stehenden Chip-Fläche in Anspruch nehmen.
Eine bekannte Maßnahme zur Vermeidung dieses Nachteils und Verringerung der Chip-Fläche bei weiterhin akzeptabler Leistungsfähigkeit
eines derartigen Digital-Analog-Umsetzers besteht darin, Stromquellen-Transistoren mit gleichen Emitterflächen
in Verbindung mit einer Reihe fester·Spannungswerte
zwischen den Basen der Stromquellen-Transistoren zu verwenden.
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- t-
Die festen Spannungswerte sind hierbei derart zu wählen, daß
sie die Spannungsdifferenz über der jeweiligen Basis-Emitter-Strecke
dem Stromdichteverhältnis von 2:1 bei aufeinanderfolgenden Transistoren annähern. Bei diesem Vorschlag besteht ein
Problem darin, daß die Spannungsdifferenz über der Basis-Emitter-Strecke
des jeweiligen Transistors entsprechend den verschiedenen Stromdichten eine Funktion der absoluten Temperatur
ist· Dementsprechend läßt sich mit dieser Methode der festen Spannungswerte nur eine sehr geringe^ Kompensation der
Temperaturdrift erzielen, was sich speziell bei multipilizierenden Digital-Analog-Umsetzern, bei denen die jeweilige
Spannung über den Stromquellen-Transistoren auf sehr kleine Werte eingestellt ist, nachteilig auswirkt.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, gute Temperaturkennwerte bzw. ein gutes Temperaturverhalten von gleichförmig ausgebildeten
und daher mit verschiedenen Stromdichten arbeitenden Stromquellen-Transistoren mittels eines Halbleiter-Bauelementes
zu erzielen, das vollständig kompatibel mit den Eingangs- und Ausgangs schaltungen von in integrierter Schaltkreistechnik
hergestellten Digital-Analog-Umsetzern ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des
Patentanspruchs 1 gelöst, während die Unteransprüche vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung betreffen.
Erfindungsgemäß wird somit ein vorteilhaftes Halbleiter-Bauelement
vorgeschlagen, das zumindest einen ersten und einen zweiten Transistor aufweist, deren leitfähige Flächen das
gleiche Verhältnis, z.B. 2:1, wie das Verhältnis der Strom-
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dichten von nachfolgenden Stromquellen-Transistoren aufweisen,
wobei eine Einrichtung vorgesehen ist, tun den ersten und den
zweiten Transistor zur Bildung unterschiedlicher Basis-Emitter-Spannungen entsprechend den unterschiedlichen Stromdichten
gleiche Ströme aufzuprägen. Ein Bauelement, z.B. ein Widerstand, der zwischen die Emitter des ersten und zweiten Transistors
geschaltet ist und den durch einen der Transistoren fließenden Strom führt, spricht auf die Differenz der Basis-Emitter-Spannungen
an und erzeugt einen Strom, der der temperaturafchängigen
Differenz der Basis-Emitter-Spannungen entspricht „
Eine Ausführungsxorm der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben.
Die einzige Figur der Zeichnung zeigt in Form eines Schaltbildes ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Halbleiter-Bauelementes
.
.Die in der Figur veranschaulichte Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Halbleiter-Bauelementes dient zur Erzeugung eines Stromes I™, der sich linear mit der absoluten Temperatur
ändert, und weist einen ersten Transistor 74 und einen zweiten Transistor 76 auf, deren Emitterflächen in einem Verhältnis
von 1:2 zueinander stehen, sowie einen Emitterwiderstand 82, dessen Widerstandswert mit 2R bezeichnet ist. Durch die Transistoren
74 und 76 werden gleiche Ströme mittels eines regenerativ angekoppelten Transistorkreises 102 getrieben, wobei
"der Transistorkreis 102 hinsichtlich des Einprägens gleicher Stromwerte sehr genau arbeitet. Wie in der Figur dargestellt
ist, weist der Transistorkreis 102 ein erstes Transistorpaar
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aus zwei abgeglichenen NPN-Transistoren 104, 106, ein zweites
Transistor paar aus zwei abgeglichenen PNP-Transi stören 108,
und ein drittes Transistorpaar aus zwei abgeglichenen PNP-Transistoren 112 und 114 auf. Die Emitter der Transistoren
und 114 sind mit einer Stromversorgungsleitung 71 verbunden, wobei die drei Transistorpaare regenerativ miteinander gekoppelt
sind, wie der Figur zu entnehmen ist, damit die in den beiden Teilen der Schaltungsanordnung fließenden Ströme gleiche ¥erte
annehmen. Durch einen Feldeffekttransistor i-tö wird ein Starkstrom
vorgegeben, wobei die Steuerelektrode des Feldeffekttransistors
mit einer negativen Spannungsversorgungsleitung 72 verbunden ist und die Quellenelektrode und die Senkenelektrode
des Feldeffekttransistors der Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 104 parallel geschaltet sind, Der Feldeffekttransistor
116 bewirkt das Fließen eines gesteuerten Leckstroms, der einen für die Aufsteuerung der Schaltungsanordnung ausreichend
hohen Wert aufweist, jedoch andererseits klein genug ist, um die gewünschte Wirkungsweise der. Schaltungsanordnung
nicht ernsthaft zu beeinflußen, wenn deren regenerative Stromrückgewinnungsarbeitsweise
einsetzt. Der von dem erfindungsgemäßen Halbleiter-Bauelement abgegebene Strom IT ist durch
folgenden Ausdruck gegeben:
1T = BE = ± . kT__ . In 2 .
R R q
Der von dem erfindungsgemäßen Halbleiter-Bauelement abgegebene
Strom IT ist der Temperatur im hohem Maße proportional und
gibt bei Digital-Analog-Umsetzern ein gutes Temperaturverhalten vor.
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Entsprechend ermöglicht die Verwendung -von Zwischenbasis-Widerständen
R in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Halbleiter-Bauelement
die Verwendung von Stromquellen-Transistoren mit gleichförmigen Emitterflächen in Digital-Analog-Umsetzern,
ohne daß durch Temperaturdrift bedingte Genauigkeitseinbüßen
auftreten. Das erfindungsgemäße Halbleiter-Bauelement ist derart konzipiert, daß es vollständig kompatibel mit den weiteren
Schaltungskomponenten eines in integrierter Schaltkreistechnik hergestellten Digital-Analog-Umsetzers ist, z.B. auch mit
Stromquellen-Transistoren, die gerichtete Emitterflächen aufweisen.
Da nunmehr sämtliche bzw. zumindest einige der in einem derartigen Digital-Analog-Umsetzer verwendeten Stromquellen-Transistoren
eine gleichförmige Emitterfläche aufweisen können, lassen sich wesentliche Einsparungen hinsichtlich der
für den Digital-Analog-Umsetzer erforderlichen IC-Chip-Fläche erzielen.
Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Halbleiter-Bauelementes,
das einen sich linear mit der absoluten Temperatur ändernden Strom abgibt, wird im wesentlichen dadurch erreicht,
daß durch den ersten und den zweiten Transistor zwar der gleiche Strom fließt, die Transistoren jedoch verschiedene
Stromdichten führen, so daß unterschiedliche Basis-Emitter-Spannungen auftreten, wobei ein Bauelement, in diesem Falle
beispielhaft ein Emitterwiderstand, auf die Differenz der Basis-Emitter-Spannungen zur Bildung eines Stromes anspricht,
der entsprechend der Differenz der Basis-Emitter-Spannungen sich linear mit der Temperatur ändert.
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Claims (12)
- PatentansprücheHalbleiter-Bauelement mit zwei Anschlüssen, das nach Anlegen an eine externe Gleichspannungsquelle über die beiden Anschlüsse einen gesteuerten Strom abgibt, der sich linear zu der absoluten Temperatur des Halbleiter-Bauelementes ändert, gekennzeichnet durch einen ersten Transistor (74) und einen zweiten Transistor (76), die leitfähige Flächen vorgegebener Größe aufweisen, durch eine Schaltungsanordnung, die jeden der beiden Transistoren mit den beiden Anschlüssen zur Bildung des gesteuerten Stromes, der von der externen Gleichspannungsquelle über die beiden Anschlüsse zu den beiden Transistoren fließt, koppelt, wobei die Schaltungsanordnung eine von dem gesteuerten Strom aktivierte erste Einrichtung aufweist, die mit zumindest einem der beiden Transistoren gekoppelt ist, um die Relativbeträge der Ströme durch den ersten und den zweiten Transistor auf Werten zu halten, bei denen sich ein vorgegebenes Verhältnis einstellt, das sich von dem Verhältnis der Stromdichten durch die leitfähigen Flächen der Transistoren unterscheidet, wodurch der Wert ^V517 der beiden Transistoren der absoluten Temperatur direkt proportional wird, und wobei die Schaltungsanordnung eine auf den Wert £Vn„ ansprechende zweite Einrichtung aufweist, die den Betrag des den Wert AV-m? direkt proportionalen gesteuerten Stromes derart aufrechterhält, daß der über die beiden Anschlüsse fliessende Strom der absoluten Temperatur direkt proportional ist, wodurch das Halbleiter-Bauelement bei Anschluß an ein Ende einer Zweidrahtleitung, die an ihrem anderen Ende mit einer Gleichspannungsquelle verbunden ist, als Temperaturwandler dient.709812/1027 original inspected
- 2. Halbleiter-Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung durch den gesteuerten Strom vollständig mit Strom versorgt wird.
- 3. Halbleiter-Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Transistor leitfähige Flächen unterschiedlicher Größe aufweisen, und daß eine Schaltungseinrichtung in Form zumindest eines regenerativ angekoppelten Transistorpaares (104, 106) mit den Kollektoren des ersten und des zweiten Transistors verbunden ist, um gleiche Ströme durch den ersten und den zweiten Transistor zu treiben, so daß in den Transistoren Ströme unterschiedlicher Stromdichten fließen und dadurch unterschiedliche Basis-Emitter-Spannungen an dem ersten und dem zweiten Transistor ausgebildet werden«
- 4. Halbleiter-Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf den ¥ertAVßE ansprechende Einrichtung einen Widerstand (82) umfaßt, der zwischen die Emitter des ersten (74) und des zweiten (76) Transistors zur Führung des Stromes durch einen der beiden Transistoren geschaltet ist.
- 5. Halbleiter-Bauelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die durch den ersten und den zweiten Transistor fließenden Ströme zur Bildung des sich linear mit der absoluten Temperatur ändernden Stromes aufsummiert werden.
- 6. Halbleiter-Bauelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Transistor leitfähige Flächen aufweisen, die zueinander in einem Verhältnis von 2:1 stehen.709812/1027
- 7. Halbleiter-Bauelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Basen des ersten und des zweiten Transistors miteinander verbunden sind, und daß die auf die Differenz der Basis-Emitter-Spannungen des ersten "und des zweiten Transistors ansprechende Einrichtung einen zwischen die Emitter des ersten und des zweiten Transistors geschalteten Widerstand (82) umfaßt, der derart angeordnet ist, daß er den durch denjenigen der beiden Transistoren fließenden Strom führt, der mit der niedrigeren Stromdichte betrieben wird.
- 8· Halbleiter-Bauelement nach Anspruch 3 j dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Betreiben des ersten und des zweiten Transistors mit gleichen Strömen zwei regenerativ gekoppelte Transistoren (112, 114) eines zu denjenigen des ersten und des zweiten Transistors komplementären Transistortyps aufweist, deren Basen miteinander verbunden sind und deren Emitter miteinander verbunden sind und die derart geschaltet sind, daß sie den Kollektoren des ersten und des zweiten Transistors Ströme zuführen·
- 9· Halbleiter-Bauelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem mit der höheren Stromdichte betriebenene ersten oder zweiten Transistor die Basis mit dem Kollektor verbunden ist, und daß bei dem den jeweils anderen ersten oder zweiten Transistor Strom zuführenden komplementären Transistor die Basis ebenfalls mit dem Kollektor verbunden ist.
- 10. Halbleiter-Bauelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Betrieb des ersten (74) und des709812/1027zweiten (?6) Transistors mit gleichen Strömen ein erstes Transistorpaar aus Transistoren (104, 106) des gleichen Transistortyps wie der erste und der zweite Transistor aufweist, deren Basen miteinander verbunden sind und die derart geschaltet sind, daß über ihre Emitter den Kollektoren des ersten und des zweiten Transistors Ströme zugeführt werden, ein zweites Transistorpaar aus Transistoren (108, 110) eines zu demjenigen des ersten und des zweiten Transistors komplementären Transistortyps aufweist, deren Basen miteinander verbunden sind und die derart geschaltet sind, daß über ihre Kollektoren den Kollektoren des ersten Transistorpaares (104, 106) Ströme zugeführt werden, und ein drittes Transistorpaar aus Transistoren (112, 114) eines zu demjenigen des ersten und des zweiten Transistors komplementären Transistortyps aufweist, deren Basen miteinander verbunden sind und deren Emitter miteinander verbunden sind und die derart geschaltet sind, daß sie über ihre Kollektoren den Emittern des zweiten Transistorpaares (108, 110) Strom zuführen.
- 11· Halbleiter-Bauelement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei demjenigen ersten oder zweiten Transistor, der mit der höheren Stromdichte betrieben wird, die Basis mit dem Kollektor verbunden ist, und daß bei abwechselnden Transistoren (106 bzw. 108 bzw. 114) des ersten, zweiten und dritten Transistorpaares (104, 106; 108, 110; 112,114) die Basen mit den jeweiligen Kollektoren verbunden sind.
- 12. Halbleiter-Bauelement nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Auf Steuer einrichtung (116), die den regenerativ gekoppelten Transistoren zur Einleitung des Stromrückgewinnungsbetriebes einen Strom zuführt.709812/1027
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