DE2717042A1

DE2717042A1 - Stromverteilerschaltung zum erhalten einer anzahl von stroemen, die ein sehr genaues gegenseitiges groessenverhaeltnis aufweisen

Info

Publication number: DE2717042A1
Application number: DE19772717042
Authority: DE
Inventors: Rudy Johan Van De Plassche
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1976-04-29
Filing date: 1977-04-18
Publication date: 1977-11-10
Also published as: AU511268B2; JPS52132765A; JPS5731809B2; CA1086821A; AU2458177A; DE2717042B2; ES458221A1; FR2349874A1; SE432674B; DE2717042C3; GB1526642A; US4125803A; NL7604570A; IT1071573B; FR2349874B1; SE7704752L; HK39379A

Description

PHN 8376

Dr. li;;i . ■: : :·'Λ\^1//, S* SCHS/Va/JV/CB

!, ,, , it IO.I2.I976

N. V. Philip Ο!« , ; .ur.pcufabdekeD 2717042

Stromverteilerschaltung zum Erhalten einer Anzahl von Strömen, die ein sehr genaues gegenseitiges Grossenverhaltnis aufweisen.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Stromverteilerschaltung zum Erhalten einer Anzahl von Strömen, die ein sehr genaues gegenseitiges Grossenverhaltnis aufweisen, das in ganzen Zahlen ausgedrückt werden kann.

Bei versnhiedenen elektronischen Schaltungen liegt der Bedarf an solchen Schaltungen vor, z.B. als Bezugsstromquelle in Messanlagen, bei denen man z.B. aus verschiedenen Verhältnissen im Zusammenhang mit dem Umschalten des Messbereiches auswählen will, und in Dititäl-Analog-Wandlern, in denen das analoge Signal dadurch erhalten wird, dass nach dem digitalen Code eine Anzahl von Strömen zueinander addiert werden.

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Eine derartige Präzisionsstromverteilerschaltung ist aus der DT-OS 25 15 759 bekannt. Diese bekannte Schaltung ist mit einer mehrfachen Stromquelle versehen, von der jeder Strom auf zyklisch permutierende Weise zu jeweils einem anderen Ausgang geführt wird, wobei die Anzahl von Ausgängen gleich der Anzahl von Ausgängen der mehrfachen Stromquelle ist. Die Schaltung ist derart eingerichtet, dass stets an jedem Ausgang einer der Ausgangsströme der mehrfachen Stromquelle erscheint, wodurch alle Ausgangsströme der Stromverteilerschaltung nach Filterung einander genau gleich sind und wodurch das gegenseitige Grössenverhältnis stets gleich 1 ist.

Die Erfindung bezweckt, eine Stromverteilerschaltung der eingangsgenannten Art zu schaffen, bei der die gegenseitigen Grössenverhältnisse der Ströme ungleich 1 gewählt werden können und diese gegenseitigen Grössenverhältnisse erwünschtenfalls einstellbar sind.

Die Erfindung ist dazu dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungenthält: eine erste mehrfache Strom— quelle, die q annäherend gleiche Ströme an q Eingänge eines ersten Kopplungskreises liefern kann, der ρ Ausgänge aufweist und der q p-fache Schalter enthält, wobei jeder p-fache Schalter zwischen jeweils einem anderen Eingang und allen ρ Ausgängen angeordnet ist, sowie Steuermittel zur Steuerung der Schalter auf den Befehl eines

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Taktsignals, damit auf zyklisch permutierende Weise ein derartiges Verbindungsmuster zwischen den q Eingängen und den ρ Ausgängen erhalten wird, dass während jedes Zeitintervalle jeder Ausgang stets mit einer gleichen Anzahl stromführender Eingänge verbunden ist; dass während jedes Zeitintervalls stets mindestens ein Ausgang mit mehr als einem Eingang verbunden ist und dass von jedem pfachen Schalter stets nur einer während jedes Zeitinervalls geöffnet ist, wenn der betreffende Eingang stromführend ist.

Der Erfindung üegt die Kombination von Erkenntnissen zugrunde, dass die Anzahl von Ein- und Ausgängen des Kopplungskreises nicht gleich zu sein braucht, dass die Anzahl von Strömen, die in jedem Zeitintervall zu jedem Ausgang fliesst, nicht gleich 1 zu sein braucht und dass ausserdem die Anzahl von Strömen, die in jedem Zeitintervall zu jedem Ausgang fliessen, voneinander verschieden sein dürfen.

Dadurch, dass die Anzahl in jedem Zeitintervall zu jedem Ausgang fliessender Ströme nicht auf 1 beschränkt ist, kann durch eine geeignete Steuerung der Schalter das Verhältnis der Ausgangsströme geändert werden. So kann mit einer Schaltung nach Fig. 1 mit einem aus 22 Transistoren aufgebauten Kopplungskreis das Verhältnis 1 : 10, aber auch 2:9, 3:8, 4:7, 5:6, 6:5. 7:4, 8:3, 9:2, 10 : 1, 11:0 und 0:11 erzielt werden.

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Bei einer Stromverteilerschaltung nach der Erfindung kann es vorteilhaft sein, dass die mehrfache Stromquelle q einschaltbare Stromquellen enthält, die auf den Befehl des Taktsignals einschaltbar sind, derart, dass während jedes Zeitinervalls stets ene gleiche Anzahl von Stromquellen eingeschaltet sein kann, wobei diese eingeschalteten Stromquellen alle annähernd identische Ströme liefern.

Durch diese Massnahme ist die Anzahl möglicher Verhältnisse bei einem Kopplungskreis mit einer festen Anzahl von Transistoren maximal. Für z.B. ρ = 2 sind alle Verhältnisse, die mit den ganzen Zahlen aus der Reihe 0,1,2...q möglich sind, erzielbar, vorausgesetzt, dass die Summe der beiden das Verhältnis ausdrückenden Zahlen nicht grosser als q ist.

Weiter kann es günstig sein, dass die mehrfache Stromquelle zwischen den q Eingängen des¹; ersten Kopplungskreises und einem gemeinsamen Anschlusspunkt die Hauptstrombahnen von q Transistoren zur Lieferung nahezu identischer Ströme an die q Ausgänge enthält, und dass die Schaltung weiter enthält : einen zweiten Kopplungskreis, der dem ersten Kopplungskreis entspricht, wobei ein erster Ausgang des zweiten Kopplungskreises mit dem genannten gemeinsamen Anschlusspunkt verbunden ist, sowie eine zweite mehrfache Stromquelle, die annähernd identische Ströme an die Eingänge des zweiten Kopplungskreises liefern kann. 709845/079 5

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Durch diese Massnahme können mit einer Kombination zweier Stromverteilerschaltungen sehr grosse Stromverhältnisse erzielt werden, die zwar auch mit einer einzigen Stromverteilerschaltung erzielt werden könnten, aber dann wäre die Anzahl benötigter Schalter, meist Transistoren, sehr gross.

Bei einer derartigen Kombination kann es weiter vorteilhaft sein, dass die Anzahl von Schaltern und somit die Anzahl von Eingängen beider Kopplungskreise gleich 10 ist; dass die Schalter des ersten Kopplungskreises derart steuerbar sind, dass das Verhältnis der Ströme an zwei der Ausgänge des zuerst genannten Kopplungskreises gleich 1:r ist, wobei r als ganze Zahl zwischen 0 und 9 variieren kann, und dass die Schalter des zweiten Kopplungskreises derart steuerbar sind, dass das Verhältnis der Ströme am ersten Ausgang und einem zweiten Ausgang des zweiten Kopplungskreises gleich 1 : s ist, wobei s ebenfalls als ganze Zahl zwischen 0 und 9 variieren kann.

Ausserdem kann eine weitere Massnahme bei einer Kombination von Stromverteilerschaltungen dadurch gekennzeichnet sein, dass die Schaltung enthält : einen dritten Kopplungskreis, der dem ersten Kopplungskreis entspricht, sovie eine dritte mehrfache Stromquelle, die zwischen jedem Eingang des dritten Kopplungskreises und einem zweiten gemeinsamen Punkt die Hauptstrombahn eines Transistors zur-Lieferung mitej.nander nahezu identischer

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Ströme an die Eingänge des genannten dritten Kopplungskreises enthält, wobei der zweite gemeinsame Punkt mit einem zweiten Ausgang des zweiten Kopplungskreises verbunden ist.

Was die Regelung der absoluten Grosse der Ausgangsströme einer Stromverteilerschaltung nach der Erfindung anbelangt, kann diese dadurch gekennzeichnet sein, dass in Reihe mit einem der Ausgänge des ersten Kopplungskreises eine Stromquelle angeordnet ist, und dass eine Stroragtgenkopplung zwischen diesem einen Ausgang des ersten Kopplungskreises und der ersten mehrfachen Stromquelle angeordnet ist.

Bei einer Kombination von Stromverteilerschaltungen nach der Erfindung ist diese Massnahme . dadurch gekennzeichnet, dass in Reihe mit einem der Ausgänge des ersten Kopplungskreises eine Stromquelle angeordnet ist, und dass eine Stronigegenkopplung zwischen diesem einen Ausgang des ersten Kopplungskreises und der zweiten mehrfachen Stromquelle ange— ordnet ist.

Um die gegenseitigen Grössenverhaltnisse der Ströme an den Ausgängen des Kopplungskreises bei einer Verteilerschaltung nach der Erfindung leicht variieren zu können, ist es vorteilhaft, dass die Schaltung wenigstens ein Schieberegister zur zyklisch permutierenden Steuerung der genannten Schalter und einen Taktgene-

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rator enthält, mit dessen Hilfe ein Taktsignal Takteingängen aller in der Schaltung vorhandenen Schieberegister zugeführt wird.

Die Erfindung wird nachstehend beispielsweise an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen :

Fig. 1 eine Stromverteilerschaltung nach der Erfindung, die aus q zweifachen Schaltern aufgebaut ist,

Fig. 2 eine Abwandlung der vorhergehenden Ausführungsform, bei der die Eingangsströme des Kopplungskreises schaltbar sind,

Fig. 3 eine Stromverteilerschaltung nach der Erfindung, die aus q p-fachen Schaltern aufgebaut ist,

Fig. h eine Anwendung von Stromverteilerschaltungen nach der Erfindung bei der Bildung einer dezimal einstellbaren Stromquelle, und

Fig. 5 eine Kombination von Stromverteilerschaltungen nach der Erfindung, mit deren Hilfe sehr grosse Stromverhältnisse, z.B. 1 : 100, erzielt werden können.

Fig. 1 zeigt eine Stromverteilerschaltung nach der Erfindung mit zwei Ausgängen. Die Schaltung enthält q zweifache Schalter. Jeder Schalter ist aus zwei Transistoren T . und T aufgebaut, wobei der Index i die Reihen-Ordnung des Schalters angibt; z.B. bilden die Transistoren

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/ι

T₁₁ und Τ_1? den ersten Schalter, die Transistoren

T₀, und T₀₀ den zweiten Schalter und T. und T₀ Z1 22 1 q 2q

den q-ten Schalter. Der zureite Index gibt die Lage eines Transistors in einem Schalter, bezogen auf einen Ausgang, an. Von den Transistoren T . ist der

Emitter jeweils mit einem Eingang i. (i = 1,2,...q), der Kollektor mit einem Ausgang U₁ und die Basis mit einem Ausgang S₁. (i = 1,2,...q) eines Schieberegisters S₁ verbunden. Von den Transistoren T„. ist der \10 Emitter jeweils mit dem Emitter des entsprechenden Transistors T₁., die Basis mit einer Bezugsspannung

V ->.. und der Kollektor mit einem Ausgang U„ verbunden.

Den Eingängen i. werden mit Hilfe einer mehrfachen Stromquelle M Ströme I. (i = 1,2,...q) zugeführt, die alle nahezu identisch sind, und dies erfolg t z.B. auf die dargestellte Weise, dadurch,dass jeder Eingang i. mit dem Kollektor eines Transistors T . verbunden ist, wobei die Basis-Emitter-Ubergänge dieser Transistoren parallelgeschaltet sind. Die Emitter sind mit einem Punkt fester Spannung, in diesem Falle Erde, und die Basis-Elektroden sind mit einem ein Bezugspotential

V „_o führenden Punkt verbunden. Sind alle Transistoren ref 2

T . einander nahezu gleich, so sind auch die Ströme I. si i

einander nahezu gleich. Diese Ströme I. werden dabei durch die Spannung V „_ bestimmt. Auch können die Ströme

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I. auf andere Weise erhalten werden, z.B. dadurch, dass eine Stromquelle zwischen den Emittern der Transistoren T . und Erde angeordnet wird.

Da von allen Transistoren T . die Basis-Elektroden und die Kollektor-Elektroden miteinander verbunden sind, können diese Transistoren in integrierten Schaltungen durch einen einzigen Transistor T_? nrit einem q-fachen Emitter ersetzt werden.

Dem Schieberegister S₁ wird über einen Eingang S_1ft ein von einem Taktgenerator C stammendes Taktsignal zugeführt. Dadurch wird die im Schieberegister gespeicherte Information bei jedem Impuls des Taktsignals zyklisch stets um einen Schritt weitergeschoben. Das Schieberegister S₁ weist q Stellen auf, und zwar eine für jeden Ausgang S.... Die Information in diesen Stel·- len kann, als logisches Signal ausgedrückt, den Wert oder 1 aufweisen. Dieses logische Signal weist in bezug auf die Referenzspannung V „ derartige Pegel 0 oder 1 auf, dass, wenn das Signal an einem bestimmten Ausgang S₁. den Wert 1 aufweist, der Transistor T₁- im leitenden Zustand und der Transistor T„. in Sperrichtung polarisiert ist, und dass, wenn das Signal an diesem Ausgang S₁. den Wert 0 aufweist, der Transistor T₁. in der Sperrichtung und der Transistor T„. in der

Durchlassrichtung polarisiert ist. Dadurch ist stets

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einer der beiden Transistoren T nnd T_. leitend und wird der Strom I. stets an einen der beiden Ausgänge U. und U„ weitergeleitet. Obgleich in diesem Beispiel jedes Transistorpaar T , T„. an eine der Basis-Elektroden geschaltet wird, ist es selbstverständlich auch möglich, beide Transistoren differential zu schalten.

Ist die im Schieberegister gespeicherte Information derart, dass in r dor q Stellen eine 1 und in den übrigen Stellen, eine 0 vorhanden ist, so sind stets r Transistoren T₁ im leitenden Zustand polarisiert. Dabei sind alle (q-r) nicht mit diesen r Transistoren T übereinstimmenden Transistoren T„ im leitenden Zustand polarisiert, so dass r Ströme

I. an den Ausgang U und (q-r) Ströme I. an den Ausgang U_ weitergeleitet werden.

Weisen die Ströme I. einen Mittelwert I und je eine Abweichung Δ. von diesem Mittelwert auf, so gilt, dass I. = I + £± . (i = 1,2,...q), wobei.die Summe aller Abweichungen ^V und somit der Mittelwert O ist, weil I als der Mittelwert definiert ist. Bei jedem vollständigen Zyklus des Schieberegisters S. erscheint jeder Strom I. r Male am Ausgang U. und (q - r) Male am Ausgang U„, so dass die Ströme I_yi und I an den Ausgängen U bzw. U₂ sich durch-

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schnittlich über einen vollständigen Zyklus genau wie r : q-r verhalten. Diese Ströme I und I bestehen aus einer konstanten Komponente rl bzw. (q-r)l und einer Welligkeit mit einem Mittelwert gleich 0 und einer Hauptfrequenz gleich der Frequenz des Taktsignals des

Taktgenerators C. Werden diese verhältnismässig geringen Velligkeitsströme z.B. mit RC-Netzwerken gefiltert, so werden die Ströme I und I gleich rl bzw. (q-r)l . Indem das Schieberegister S₁ programmiert wird, ist jedes Verhältnis r : q-r, wobei 0 <^ r < q ist, erzielbar. Z.B. für q = 5 sind die Verhältnisse O : 5_f 5:0, 1:4, 2:3, 3:2 und 4 : 1 erzielbar.

Mit Hilfe der Schaltung nach Fig. 1 lässt sich nicht jedes Verhältnis erzielen: im vorliegenden Beispiel fehlen z.B. die Verhältnisse 1:1,1:2, 2:1, 1:3 und 3 : 1· Dies ist der Tatsache zuzuschreiben, dass die Grosse q nichv veränderbar ist. Dazu wäre es z.B. erforderlich, die Anzahl von Eingängen und Schaltern veränderbar zu machen.

Fig. 2 zeigt eine Schaltung nach der Erfindung mit einer veränderbaren Anzahl von Schaltern und Eingängen, wobei nicht die absolute Anzahl, sondern die aktive Anzahl veränderbar ist.

Die Schaltung nach Fig. 2 ist dieselbe wie die nach Fig. 1, mit Ausnahme der mehrfachen Stromquelle M.

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Diese mehrfache Stromquelle M enthält in diesem Beispiel eine Stromquelle I , deren Strom über die Emitter-Kollektor-Wege von q einschaltbaren Transistoren T . (i = 0,1,...q), über die q Eingänge i. verteilt ist. Die Basis-Elektrode jedes Transistors T . ist mit jeweils einem Ausgang S . eines Schieberegisters S verbunden, das weiter einen Takteingang S„_o Hufweist, dem das vom Taktgenerator C herrührende Taktsignal zugeführt wird.

Wird im Schieberegister auf gleiche Weise wie beim Schieberegister S₁ ein bestimmtes Muster von Nullen und Einsen gespeichert, so verschiebt sich dieses Muster auf den Befehl des Taktsignals schrittweise. Es sei angenommen, dass dieses Muster derart ist, dass stets S der q Transistoren leitend sind, wobei

- . dieses Muster im Vergleich zu dem im Schieberegister S.. gespeicherten Muster derart ist, dass, wenn ein Transistor T₁. leitend ist, auch stets der Transistor T . leitend ist. Würde ein leitender Transistor T₁. stets mit einem nichtleitenden Transistor T . zusammenfallen, so wirkt die Schaltung auf gleiche Weise, wie wenn die Anzahl (r) Transistoren T₁., die zu jedem Zeitpunkt leitend ist, um 1 kleiner ist, also (r-i).

Bei der Schaltung nach Fig. 2 wird die Gleichheit der Ströme I. durch die Gleichheit der Transistoren

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T . bestimmt. Um an den Ausgängen U₁ und U möglichst kleine Welligkeitsströme zu erhalten, sollen die Transistoren T . daher einander völlig gleich sein. Wenn die Anzahl von Schaltern gleich q, die Anzahl zu jedem Zeitpunkt leitender Transistoren T .

S X

gleich s und die Anzahl zu jedem Zeitpunkt leitender Transistoren T ., wobei die zugehörigen Transistoren T . ebenfalls leitend sind, gleich r ist, fliessen

S J-

stets r Ströme I. zum Ausgang U₁ und s-r Ströme I.

zum Ausgang U„. Da pro Zyklus jeder Strom I. r Male am Ausgang U₁ und (S-r) Male am Ausgang U_ erscheint, ist das Verhältnis der Ströme JL₁ und I_IIP gleich r : s - r (abgesehen von den einfach wegzufilternden Welligkeitsströmen). Dabei ist S maximal gleich q und minimal gleich r.

In dem Zahlenbeispiel bei der Schaltung nach Fig. 1 mit q = 5 konnten sechs verschiedene Verhältnisse erzielt werden. Durch die zusätzliche Massnahme nach Fig. 2 können ausserdem alle anderen Verhältnisse, die mit den Zahlen 0., 1, 2, 3, k und 5 gebildet werden können, erhalten werden, vorausgesetzt, dass die Summe dar dieses Verhältnis ausdrückenden Zahlen nicht grosser als 5 ist, wie 1:1, 1:2, 1:3, 2:1 und 3 : Im allgemeinen können mit q Schaltern T₁., T„. alle Verhältnisse, die mit den Zahlen 0, 1, 2...q möglich

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sind, vorausgesetzt, dass die Summe der dieses Verhältnis ausdrückenden Zahlen nicht grosser als q ist, mit der Schaltung nach Fig. 2 erzielt werden.

Fig. 3 zeigt eine Schaltung nach Fig. die zu ρ Ausgängen erweitert ist. Bei der mehrfachen Stromquelle M wird die Bezugsspannung V „„ in diesem Beispiel dadurch erzeugt, dass ein Bezugsstrom I über

einen als Diode geschalteten Transistor T geführt

wird, der zwischen dem Bezugsspai.uungspunkt V _„ und Erde angeordnet ist.

Jeder Schalter enthält ρ Transistoren T₁., T„ .,...T..,...T ., wobei der Index j die Rangordnung der Transistoren T.. in jedem mehrfachen Schalter angibt. "Von jeder Gruppe von ρ Transistoren T.. (j = 1,2,...p) sind die Emitter gemeinsam mit dem Eingang

i. verbunden. Die Kollektoren jeweils aller q Transistoren T.. (i= 1,2,...q) sind gemeinsam mit einem Aus-3 ^-

gang U. verbunden.Jeweils allen q Transistoren T..

(i = 1,2,...q) ist ein Schieberegister S. mit Aus-

gangen S.. (i = 1,2,...q) hinzugefügt, wobei diese Ausgänge S.. jeweils mit den Basis-Elektroden jeweils eines Transistors T.. verbunden sind, mit Ausnahme aller q Transistoren T ., deren Basis-Elektroden mit einem an eine Bezugsspannung angeschlossenen Punkt V „ verbunden sind. Die Takteingänge S. aller (p-i)

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Schieberegister S . empfangen ein Taktsignal von dem Taktsignalgenerator C.

Wenn angenommen wird, dass alle Schieberegister S. derart programmiert sind, dass jeweils nur ein Transistor jeder Gruppe von ρ Transistoren T..

(j = 1»2,...p) leitend sein kann und dass die Anzahl von Transistoren pro Gruppe T.. (i = 1,2,...q), die jeweils leitend ist, gleich r. ist, verhalten sich

die Mittelwerte der Ströme I . an den Ausgängen U.

wie T₁ : r_? :...: r .:...: r : q-(r₁+r„ + ... + r.+ ... + r_₁).

Gilt z.B., dass r₁ = 2, r = k, r_ = 8, ρ = k und q = 15, so verhalten sich die Ströme an den Ausgängen U , U₂, U„ und U^ wie 2:4:8: 1.

Weitere Möglichkeiten ergeben sich, wenn, wie bei der Schaltung nach Fig. 2, die Schaltung nach Fig.3 mit schaltbaren Stromquellen an den Eingängen !.versehen wird.

Die Schieberegister S. bei den Schaltungen nadi den Figuren 1, 2, und 3 sind programmierbar. Dazu enthalten diese Schieberegister Programmiereingänge Sp. Diese Programmierung kann auf bekannte Weise dadurch erfolgen, dass in einer bestimmten Stelle des Schieberegisters jeweils eine Null oder eine Eins eingefügt wird. Die eingefügte Information verschiebt sich bei

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jedem Impuls des Taktsignals um eine Stelle weiter, bis alle Stellen "gefüllt" sind und das Schieberegister programmiert ist.

Bei den Schaltungen nach den Figuren 1»2, und 3 ist das gegenseitige Verhältnis der Ausgangsströme I . stets genau bestimmt, aber dies ist für ihren Absolutwert nicht der Fall, der von dem Mittelwert I abhängig ist und z.B. von der Bezugsspannung V oder von der Anzahl eingeschalteter Transistoren T . (Fig. 2) abhängt. Fig. h zeigt ein Beispiel einer Schaltung nach der Erfindung, bei dem auch der Absolutwert der Ausgangsströme genau eingestellt werden kann.

Die Schaltung nach Fig. k enthält eine programmierbare Stromverteilerschaltung 1, z.B. nach Fig. 3· Bei dieser Stromverteilerschaltung 1 gilt, dass ρ = 3 und q s 10 ist. Die drei Ausgänge sind mit U₁₁, U₁₂ und U rj und die zehn Eingänge mit i ₁ , i₁₂» ... !,q» ip_O bezeichnet. Die diesen zehn Eingängen i... hinzugefügte zehnfache Stromquelle M enthält zehn einander möglichst gleiche Transistoren mit sowohl miteinander verbundenen Basis-Elektroden als auch miteinander verbundenen Emitter-Elektroden. Die Kollektor-Elektroden führen je zu einem Eingang i der Stromverteilerschaltung 1. Es wird angenommen, dass die Stromverteilerschaltung 1 derart programmiert

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ist, dass die Ausgangsströme I , I bzw. I an den Ausgängen U₁, U.« bzw. U sich wie 1 : d : (9-Ci₁) (siehe für die Programmierung die Beschreibung der Fig. 3) verhalten. Dem Eingang U wird mit Hilfe einer Stromquelle k ein Bezugsstrom I zugeführt, wobei der Ausgang U₁ über einen nichtinvertierenden Stromverstärker A₁, der also den Unterschied I - I₁₁ liefert, mit den gemeinsamen Basis-

Xv Uli

Elektroden der Transistoren dieser zehnfachen Stromquelle M₁ verbunden ist. Infolge dieser Gegenkopplung wird also der Strom I am Ausgang U₁₁ stets nahezu gleich dem Bezugsstrom I₀ sein, wobei das Ausmass

XV

der Gleichheit durch den Verstärkungsfaktor des Verstärkers A₁ bestimmt wird.

Infolge der Gegenkopplung und der Programmierung sind die Ströme I .. .. , I .. „ und I .. „ gleich I_n d.I-3 bzw. (9-d..)l_D, wobei d. alle Wert 0, 1 bis

XV , I XV I XV I

9 annehmen kann. Der Gesamtemitterstrom I _Λ der

e 1

Transistoren der zehnfachen Stromquelle M₁ ist dann gleich 10 I_.

Iv

Die Schaltung nach Fig. k enthält weiter eine zweite und eine dritte Stromerteilerschaltung 2 bzw.3t z.B. nach Fig. 3, mit ρ = 3 und q = 10. Diese Stromverteilerschaltungen 2 und 3 enthalten je drei Ausgänge U₂₁, U₃₃, U₂„ bzw. U , U„₂, U an denen die

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Ströme I „., I „„, I _„, I _,, I _„ bzw. u21 u22 u23 u31 u32

fliessen, und je zehn Eingänge i_?i» i?o bzw.JL·,! bis i^Q- Diesen Eingängen i bzw. i werden Ströme mitllilfe zweier zeluifacher Stromquellen M bzw* M_ zugeführt, die aus je zehn möglichst gleichen Transistoren mit gemeinsamen Basissowie gemeinsamen Emit tor-Elektroden bestehen. Die Kollektor-Elektroden führen zu den entsprechenden Eingängen i„. und i~.. Die Ausgänge U .. und U^₁ sind über nichtinvertierende Stromverstärker A₂ bzw. A„ mit den gemeinsamen Basis-Elektroden der Transistoren der zehnfachen Stromquellen M bzw. M„ verbunden. Dem Ausgang U„₁ der Stromverteilerschaltung 2 wird der Gesamtemitterstrom I „ der Transistoren der zehnfachen

e 1

Stromquelle M₁ und dem Ausgang U„.. der Stromverteiler— schaltung 3 der Gesamtemitterstrom I der Transistoren der zehnfachen Stromquelle M„ zugeführt.

Ist die Stromverteilerschaltung 2 derart programmiert, dass die Ausgangsströme I „-, I _ und I ₂ sich wie 1 : d₂ : 9-d₂ verhalten, so gilt, weil I_e1 = 10 I_R ist, dass I_u21 = 10 I_Rt ^22 ⁼ ^{10 d}2 ¹R' ¹U₂₃ ^{= I0} (⁹^)¹R ^{Und X}e2 ^{= 10}

100 I . Ist dl Stromverteilerschaltung 3 derart ti

programmiert. ^s die Ausgangsströme I ^₁, I „₂ und

I ^ sich wie i : d : 9-d verhalten, so gilt, weil

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^Ie2 ^{= 10}° ¹R ^{ist>
dasS U}31 ^{= 10}° ¹R' ^U32

= 100 (9-d_)l_ und I = 1000 I_D. Dabei kann der

Strom I _ wieder einer folgenden Stromverteilerschaltung zugeführt werden.

Die Ausgänge U₁₂, U_o„ und U„„ sind mit einem Ausgangsanschlusspunkt 5 verbunden. Der Strom I , der diesen Ausgangsanschlusspunkt 5 durchfHessen kann, ist dann gleich I ₂ + I_u22 ^{+ I}u32' ^{oder at>er :}

I_d = ((I₁ + 10 d₂ + 100 d₃)l_R,

wobei d , d_? und d„ alle Werte von 0 bis 9 annehmen können. Durch Einstellung der Pamater d.. , d„ und d„ sind also alle ganzen Vielfachen I von 0 bis 999 I_D einstellbar. Die Schaltung bildet eine dezimal einstellbare Präzisionsstroraquelle. Durch Erweiterung der Anzahl von Stromverteilerschaltungen lassen sich mehrere Dizimale erhalten. Auch ist es möglich, diese Einstellung mittels eines digitalen Signals durchzuführen, wodurch also ein dezimal arbeitender Digital-Analog-Wandler erhalten wird.

In der Schaltung nach Fig. h ist jede Stromverteilerschaltung über einen Verstärker gegengekoppelt. Es ist aber auch möglich, vom Ausgang U₁₁ der Stromverteilerschaltung 1 her direkt auf die gemeinsamen Basis-Elektroden der Transistoren der zehnfachen Stromquelle M„ gegenzukoppeln.

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Wenn ein sehr grosses Stromverhältnis verlangt wird, sind die Schaltungen nach den Figuren 1, 2 und 3 nicht geeignet, weil die Anzahl benötigter Transistoren dann sehr gross wird. Es ist aber möglich, durch Kombination von Stromverteilerschaltungen mit kleineren Verhältnissen dennoch ein grosses Stromverhältnis zu erzielen. Fig. 5 zeigt beispielsweise eine Kombination dreier Stromverteilerschaltungen zur Erzielung eines Verhältnisses von 1 : 100.

Die Schaltung nach Fig. 5 enthält drei Stromverteilerschaltungen 6, 7 und 8, z.B. nach Fig. 1. Diese drei Stromverteilerschaltungen sind derart eingerichtet und programmiert, dass q = 11, ρ = 2 und r = ist, oder mit anderen Worten: die Ausgangsströme an den beiden Ausgängen U₁ und U_ verhalten sich wie 1 : 10. Diesen Stromverteilerschaltungen 6, 7 und 8 sind elffache Stromquellen M^, M₇ bzw. Mg hinzugefügt, die je elf möglichst gleiche Transistoren enthalten, von denen bei jeder Stromquelle M^, M₇ und Mg die Basis-Elektroden sowie die Emitter-Elektroden miteinander verbunden sind, während die Kollektor-Elektroden je zu einem Eingang der zugehörigen Stromverteilerschaltungen 6, 7 bzw. 8 führen. Die gemeinsamen Basis-Elektroden der zu den Stromquellen M,- und M- gehörigen Transistoren sind mit

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einer Bezugsspannung V „„ bzw. V _. verbunden, wobei diese Spannungen vorzugsweise einander gleich sind. Jede der drei Stromverteilerschaltungen enthält zwei Ausgänge U₁ und U_, wobei sich die Ströme durch diese Ausgänge in diesem Beispiel wie 1 : 10 verhalten (selbstverständlich sind auch andere Verhältnisse möglich). Die Ausgänge U₁ bzw. U_ der Stromverteilerschaltung 3> an denen die Ströme I s bzw. I _ fliessen, sind mit den gemeinsamen Emitter-Elektroden der Transistoren der elffachen Stromquellen My- bzw. M_ verbunden. Der Eingang U₁ der Stromverteilerschaltung 6 ist mit dem Ausgang einer Stromquelle 9, die

einen Strom I „ führt, und über einen nichtinvertieref

renden Stromverstärker A mit den gemeinsamen Basis-Elektroden der Transistoren der elffachen Stromquelle M₈ verbunden, wobei die gemeinsamen Emitter-Elektrode dieser Transistoren mit einem an eine Bezugsspannung angeschlossenen Punkt, hier Erde, verbunden sind.

An den Ausgängen U und U„ der Strons-Verteilerschaltungen 6 und 7 fliessen die Ströme In. I ιοί !„οι ^bzw· ¹TiOO. wobei gilt, dass I „ :

¹UiI ^{= 1}U₂₂ ^{: 1}U₂I = ^{10 : 1}· Infolge der Gegenkopp lung über den Stromverstärker A gilt stets : I , ·. =

und also I _1O = 10 I „. Der Strom I ^ ist dann gleich u12 rei eo

11 I_ref· Da exakt gilt, dass I- = 10 I_egf gilt auch

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dass I _ = 110 I ,, ist. Dieser Strom I _ wird e7 rei e7

über die Ausgänge U und U der Stromverteilerschaltung 7 in einem exakten Verhältnis von 1 : 10 geteilt, so dass gilt : I „. = 10 I „ und I __ = 100

u21 ref u22

Auf diese Weise verhalten sich die Ströme I .., I „, I_u21 bzw. I_u22 wie 1 : 10 : 10 : 100.

Die Erfindung beschränkt sich nicht

auf die dargestellten Ausführungsbeispiele. So können die Schalter durch andere dazu geeignete Elemente, z.B. durch Feldeffekttransistoren, ersetzt werden und können diese Schalter auf andere Weise als mittels eines Schieberegisters betätigt werden.

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Claims

PHN 8376 10.12.1976

PATENTANSPRÜCHE:

1. ! Stromverteilerschaltung zum Erhalten

"einer Anzahl von Strömen, die ein sehr genaues gegenseitiges Grössenverhältnis aufweisen, das in ganzen Zahlen ausgedrückt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung enthält: eine erste mehrfache Stromquelle (Μ), die q annähernd identische Ströme (i, bis I ) an q Eingänge (i. bis i ) eines ersten Kopplungskreises liefern kann, der ρ Ausgänge (u.

bis U ) aufweist und der q p-fache Schalter (T₁₁ bis T ) enthält, wobei jeder p-fache Schalter zwischen jeweils einem anderen Eingang und allen ρ Ausgänge angeordnet ist, sowie Steuermittel (S₁), mit deren Hilfe auf den Befehl eines Taktsignals die Schalter gesteuert werden, damit auf zyklisch permutierende Weise ein derartiges Verbindungsmuster zwischen den q Eingängen und den ρ Ausgängen erhalten wird, dass während jedes Zeitintervalls jeder Ausgang stets mit derselben Anzahl stromführender Eingänge verbunden ist; dass während jedes Zeitintervalls stets mindestens ein Ausgang mit mehr als einem Eingang verbunden ist, und dass von jedem p-fachen Schalter stets nur einer während jedes Zeitintervalls geöffnet ist, wenn der betreffende Eingang stromführend ist.

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ORIGINAUWSREGTED

PlIN 8376 10.12.1976

2. Stroniverteilerschaltung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, dass die mehrfache Stromquelle (m) q einschaltbare Stromquellen (T . bis T ) enthält, die auf den Befehl des Taktsignals eingeschaltet werden können, derart, dass während jedes Zeitintervalls stets eine gleiche Anzahl von Stromquellen eingeschaltet sein kann, wobei alle diese eingeschalteten Stromquellen annähernd gleiche Ströme liefern (Fig.2). 3· Stromverteilersch^ tung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, dass -die mehrfache Stromquelle 'i·', My-) zwischen den q Eingängen ( i.,-. bis i_?., i bis 3-I₁) des ersten Kopplungskreises (1, 6) und einem gemeinsamen Anschlusspunkt (U-.., U₁) die Hauptstrombahnen von q Transistoren zur Lieferung nahezu identischer Ströme an die q Eingänge enthält, und dass die Schaltung weiter enthält: einen zweiten (2, 8) dem ersten entsprechenden Kopplungskreis, wobei ein erster Ausgang (U₂₁, U-) des zweiten Kopplungskreises mit dem genannten gemeinsamen Anschlusspunkt verbunden ist, und eine zweite mehrfache Stromquelle (m_?, M_ft)> die annähernd identische Ströme an die Eingänge (i₂₁ ^bis i-n' """I ^bis *11^ ^des zweiten Kopplurgskreises liefern kann (Figur k bzw. Figur 5).

4. Stromverteilerschaltung nach Anspruch 3»

dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl von Schaltern und

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somit die Anzahl von Eingängen der beiden Kopplungskreise (1 und 2) gleich 10 ist; dass die Schalter des ersten Kopplungskreises (i) derart steuerbar sind, dass das'. Verhältnis der Ströme an zwei der Ausgänge (U₁₁, ^i?) ^^{es zuers}* genannten Kopplungskreises gleich 1 : r ist, wobei r als ganze Zahl zwischen 0 und 9 variieren kann, und dass die Schalter des zweiten Kopplungskreises (2) derart steuerbar sind, dass das Verhältnis der Ströme an dem ersten Ausgang (U₉₁) und an einem zweiten Ausgang (u_??) des zweiten Kopplungskreises gleich 1 : s ist, wobei s als ganze Zahl zwischen 0 und 9 variieren kann.(Figur 4).

5· Stromverteilerschaltung nach Anspruch 3»

dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung enthält :

einen dritten (7) dem ersten (6) entsprechenden Kopplungskreis, sowie eine dritte (M,,) mehrfache Stromquelle, die zwischen jedem Eingang (i bis I₁₁) des dritten Kopplungskreises (7) und einem zweiten gemeinsamen Punkt (U₉) die Hauptstrombahn eines Transistors zur Lieferung einander nahezu gleicher Ströme an die Eingänge des genannten dritten Kopplungskreises enthält, wobei der zweite gemeinsame Punkt (42) mit einem zweiten Ausgang (u„) des zweiten Kopplungskreises (8) verbunden ist. (Figur 5)

6. Stromverteilerschaltung nach Anspruch 1

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oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Reihe mit einem der Ausgänge (U₁₁) des ersten Kopplungskreises (i) eine Stromquelle (i ) angeordnet ist, und dass eine Stromgegenkopplung (A₁) zwischen diesem einen Ausgang des ersten Kopplungskreises und der ersten mehrfachen Stromquelle (M ) angeordnet ist. (Figur ^t). 7. Stromverteilerschaltung nach Anspruch

3, k oder 5_t dadurch gekennzeichnet, dass in Reihe mit einem der Ausgänge (U₁) des ersten Kopplungskreises

(6) eine Stromquelle (l „) angeordnet ist, und dass eine Stromgegenkopplung (a) zivischen diesem einen Ausgang (U₁) des ersten Kopplungskreises (6) und der zweiten mehrfachen Stromquelle (Mo) angeordnet ist (Figur 5).

8. Stromverteilerschaltung nach einem

der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung wenigstens ein Schieberegister (S-), mit dessen Hilfe auf zyklisch permutierende Weise die genannten Schalter gesteuert werden, und einen Taktgenerator (c) enthält, mit dessen Hilfe ein Taktsignal Takteingängen (S_1Q) aller in der Schaltung vorhandenen Schieberegister zugeführt wird.(Fig. 1).

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