DE2750998A1

DE2750998A1 - Bezugsspannungsschaltung

Info

Publication number: DE2750998A1
Application number: DE19772750998
Authority: DE
Inventors: John Edward Hanna
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1976-12-08
Filing date: 1977-11-15
Publication date: 1978-06-15
Also published as: US4091321A; IT1088983B; SG46583G; JPS5926046B2; HK50583A; JPS5372155A; GB1575081A; CA1105995A

Description

Dlpl.-Phye. O.E. Weber ·* d-s München 71 HofbrunnstraBe 47

Telefon: (089)7915050

Telegramm: monopolweber manchen

M 620

MOTOROLA, INC.
East Algonquin

East Algonquin Road
Schaumburg, 111. 60196, USA

Be zugs sp annungs s cha1tung

809824/0608

Die Erfindung betrifft allgemein elektronische Bezugsschaltungen und bezieht sich insbesondere auf eine Niederspannungs-Bezugsspannungsquelle, welche dazu in der Lage ist, eine Ausgangsspannung zu liefern, die gegen TemperaturSchwankungen und gegen Schwankungen in der Energieversorgung unabhängig ist. Die Ausgangsspannung kann geringer sein als die Silizium-Bandlückenspannung. Die Bezugsschaltung kann gemäß der Erfindung auch derart ausgebildet sein, daß sie einen Bezugsstrom liefert.

Es sind eine große Zahl von Schaltungen bekannt, welche dazu dienen, eine Spannung zu regeln, zu stabilisieren oder eine Bezugsspannung zu liefern. Viele dieser bekannten Schaltungen leiden jedoch unter dem Nachteil, daß sie eine unzureichende Temperaturkompensation haben und deshalb für eine Verwendung in logischen Schaltungen nicht geeignet sind, welche gut geregelte oder stabilisierte Energiequellen benötigen. In einem Festkörper-Spannungsregler, der keine Temperaturkompensation aufweist, hat die Ausgangsspannung die Tendenz, bei Veränderungen in der Umgebungstemperatur zu sdwanken. In den meisten Fällen rührt die Schwankung des Ausgangssignals von einem negativen Temperaturkoeffizienten her, welcher der Basis-Emitter-Spannung von Transistoren eigen ist, die im Hegler verwendet werden. Wenn die Temperatur zunimmt, nimmt der Basis-Emitter-Spannungsabfall Vg-g ab, und in umgekehrter Weise steigt V-g-g bei abnehmender Temperatur an. Es ist in der Vergangenheit versucht worden, Spannungs-Bezugsschaltungen oder Regler dadurch temperaturunabhängig werden zu lassen, daß ein Bauelement mit einem positiven Temperaturkoeffizienten mit der negativen Temperaturkoeffizientenspannung einer Basis-Emitter-Strecke verbunden wurde, so daß die zwei unterschiedlichen Temperaturkoeffizienten einander aufheben und auf diese Weise ein Ausgangssignal gebildet wird, welches temperaturunabhängig ist.

809824/0608

Eine Möglichkeit zur Erreichung eines Signals mit einem positiven Temperaturkoeffizienten besteht darin, die Differenz zwischen der Emitter-Basis-Spannung von zwei verschiedenen Transistoren zu nehmen, welche bei zwei verschiedenen Strompegeln arbeiten. Diese Methode wurde bei einer Schaltung angewandt, die in der US-PS J 617 859 beschrieben ist. Die Bezugsspannung, welche bei dieser bekannten Schaltung gebildet wird, wird auch als Bandlücken-Bezugsspannung bezeichnet, weil die erzeugte Bezugsspannung gleich der Bandlücken-Energie der Emitter-Basis-Strecken-Spannung Vqq ist. Um niedrigere Spannungen als Vqq zu erreichen, muß das Ausgangssignal der Bezugsspannungseinrichtung beispielsweise durch ein Spannungsteilernetzwerk vermindert werden. Dann wird die abgeschwächte Spannung gewöhnlich durch einen Verstärker mit dem Verstärkungsfaktor eins gepuffert. Eine derartige Methode ist jedoch sehr aufwendig und erfordert eine zusätzliche Schaltungsanordnung, um die Bezugsspannung zu dämpfen oder abzuschwächen und um die Bezugsspannung zu isolieren.

Aufgrund der engen Toleranzen im logischen Pegel auf vielen bekannten logischen Schaltungen ist es wünschenswert, eine niedrige Spannung zur Verfügung zu haben, welche von Temperaturschwankungen und anderen Schwankungen unabhängig ist. Dies gilt umso mehr, wenn niedrige Spannungen als Versorgungsspannungen für die logische Schaltung verwendet werden, beispielsweise bei einer tragbaren Einrichtung, welche durch Trockenzellenbatterien mit Energie versorgt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ausgangsspannung oder einen Ausgangsstrom bei einer Schaltung zu liefern, so daß ein einstellbarer Temperaturkoeffizient oder ein Temperaturkoeffizient von Null bei Spannungen erreicht werden kann, welche kleiner sind als die Silizium-Bandlückenspannung.

809824/0608

Weiterhin soll gemäß der Erfindung eine Bezugsspannung oder ein Bezugsstrom geliefert werden, die gegen TemperaturSchwankungen und EnergieversorgungsSchwankungen unabhängig sind, wobei zugleich Ausgangsspannungen erzeugt werden sollen, die kleiner sind als die Silizium-Bandlückenspannung.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen insbesondere die im Patentbegehren niedergelegten Merkmale.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes wird eine Spannung erzeugt, welche von Schwankungen in der Energieversorgung unabhängig ist, indem eine Spannung gebildet wird, die einem Bruchteil eines Basis-Emitter-Spannungsabfalls an einem Transistor entspricht. Die entsprechende Schaltungseinrichtung zur Erzeugung einer solchen Spannung ist mit der Spannungsversorgungseinrichtung verbunden. Die Bezugsschaltung hat vorzugsweise auch eine Ausgangsstufe oder Ausgangsschaltung, welche dazu dient, eine entsprechende Ausgangsspannung zu liefern. Die Ausgangsstufe wird durch die Spannung gesteuert, welche durch die Einrichtung zur Lieferung einer Spannung gebildet ist, so daß die Ausgangsepannung gegen TemperaturSchwankungen im wesentlichen unempfindlich ist und geringer sein kann als die Silizium-Bandlückenspannung. Die Bezugsspannung kann gemäß der Erfindung auch derart ausgebildet sein, daß sie eine Bezugsstromquelle darstellt.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen:

Fig. 1 eine graphische Darstellung, welche den Basis-EmitterSpannungsabfall über der Temperatur veranschaulicht,

Fig.2 ein Schaltschema einer bevorzugten Ausführungeform des Erfindungsgegenstandes,

Fig. 3 ein weiteres Schaltschema einer bevorzugten Aueführungs-Form gemäß der Erfindung und

809824/0608

Fig. 4 eine leichte Abänderung der in der Fig. 3 dargestellten Anordnung.

In der Fig. 1 ist in einer graphischen Darstellung der Basis-Emitter-Spannungsabfall eines typischen Silizium-Transistors über der Temperatur dargestellt. Der Basis-Emitter-Spannungsabfall ist entlang der Ordinate in Volt aufgetragen, während die Temperatur in Grad Kelvin entlang der Abszisse dargestellt ist. Die Kurve 10 veranschaulicht einen typischen Silizium-Transistor, der bei einem vorgegebenen Strompegel arbeitet. Bei 0° Kelvin würde die Basis-Emitter-Spannung auf ihrem Maximum liegen, d.h. beim Funkt 11, und diese Spannung würde theoretisch 1,205 Volt betragen. Der Punkt 12 entlang der Kurve 10 könnte ein typischer Arbeitspunkt bei Umgebungstemperatur eines Transistors sein, und eine entsprechende Temperatur könnte beispielsweise bei 500° Kelvin liegen. Es ist an sich bekannt, daß mit zunehmendem Strom durch einen Transistor seine Basis-Emitter-Spannung ebenfalls ansteigt. Diese bekannte Tatsache kann dazu ausgenutzt werden, einen offenbar positiven Temperaturkoeffizienten zu erreichen· Die Kurve 13 veranschaulicht einen typischen Transistor, der bei einem höheren Strompegel arbeitet, als es durch die Kurve 10 dargestellt ist. Obwohl die Kurve 13 die Arbeitsweise bei einem höheren Strompegel veranschaulicht, ist dennoch bei 0° Kelvin die Bandlückenspannung gleich der Spannung am Punkt 11. Bei einem typischen Arbeitepunkt bei Umgebungstemperatur, d.h. 300°K, würde die Basis-Emitter-Spannung jedoch am Punkt 14 liegen. Wenn daher der Strom eines Transistors am Punkt 12 erhöht wird, wird auch der Basis-Emitter-Spannungsabfall entsprechend erhöht, wie es durch den Punkt 14 veranschaulicht ist. Venn zwei ähnliche Transistoren, die beispielsweise auf einem Chip in einer integrierten Schaltung angeordnet sind, bei derselben Temperatur, jedoch bei unterschiedlichen Strompegeln arbeiten, ergibt sich eine unterschiedliche Basis-Emitter-Spannung, wobei die Differenz 4Vgg zwischen den Punkten 12 und 14 in der graphischen

809824/0608

Darstellung gemäß Fig. 1 abzulesen ist. Die Ausnutzung einer solchen Differenz, um einen positiven Temperaturkoeffizienten zu erreichen, wird unten näher erläutert. Die Spannung, welche entlang den Kurven 10 und 13 dargestellt ist, kann gleich der Silizium-Bandlücken-Spannung gemacht werden, welche der Energiedifferenz zwischen dem Leitungsband und dem Valenzband des Halbleitermaterials entspricht.

In der Fig. 2 ist ein vereinfachtes Schaltschema dargestellt, mit welchem eine Ausgangsspannung erzeugt werden kann, die geringer ist als die Silizium-Bandlückenspannung. Die Ausgangsspannung ist im wesentlichen vollständig temperaturkompensiert. Ein Transistor 18 hat seinen Kollektor mit einer Stromquelle 19 verbunden. Der Kollektor ist auch mit der Basis eines Transistors 20 verbunden. Der Kollektor des Transistors 20 ist mit der Hauptspannungsversorgung V" an der Klemme 27 verbunden, während sein

CC

Emitter mit einem Widerstand 21 verbunden ist. Der Widerstand 21 ist auch mit der Basis des Transistors 18, mit einem weiteren Widerstand 22 und mit dem Kollektor eines Transistors 26 verbunden. Der Transistor 26 hat einen Emitter, welcher mit einem Widerstand 23 verbunden ist. Diejenige Spannung, welche am Widerstand 22 abfällt, ist gleich der Basis-Emitter-Spannung, welche am Transistor 18 abfällt, weil die beiden Bauelemente parallel zueinander angeordnet sind. Dieser Spannungsabfall führt zu einem Strom durch den Widerstand 22. Ein solcher Strom fließt auch durch den Widerstand 21. Der Widerstand 21 führt jedoch auch einen Strom, welcher durch den Transistor 26 und den Widerstand 23 fließt. Deshalb ist der durch denWiderstand 21 fließende Strom die Summe aus den Strömen, welche durch den Widerstand 22 und den Widerstand 23 fließen. Es ist zu bemerken, daß diejenige Spannung, welche am Widerstand 23 abfällt, offenbar einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweist,

809824/0608

da die Differenz zwischen den Basis-Emitter-Spannungeabfällen der Transistoren 26 und 29 dafür verantwortlich ist, wobei die beiden Transistoren bei verschiedenen Strompegeln arbeiten. Demgemäß läßt sich die Spannung, welche am Widerstand 21 gebildet wird, folgendermaßen ausdrucken:

^VH21 ^{= V}BE18 552" ^{+ ΔΥ} 12

wobei V|>21 ^β^^ηβ Spannung ist, welche am Widerstand 21 abfällt, wobei Vg₁MQ der Basis-Emitter-Spannungsabfall am Transistor 18 ist, wobei Rpi* ^ß22 ^{und ß}23 ^{der onmscne} Wert jedes entsprechenden Widerstandes 21, 22 und 23 ist und wobei AV^ die Differenz zwischen den Basis-Emitter-Spannungsabfällen der Transistoren 26 und 29 ist. Der Strom durch den Transistor 29 wird durch den Widerstand 28 geliefert, welcher zwischen dem Emitter des Transistors 20 und dem Knoten 25 angeordnet ist, an welchen auch der Kollektor und die Basis des Transistors 29 sowie die Basis des Transistors 26 angeschlossen sind.

Es wird nun erkennbar, daß die Spannung am Widerstand 21 nicht nur auf einen Temperaturkoeffizienten von Null eingestellt werden kann, sondern auch auf einen negativen oder einen positiven Temperaturkoeffizienten, und zwar durch die Wahl des Verhältnisses von

bB18 Β

R22 H2T

Es ist BU bemerken, daß die am Emitter des Transistors 20 ent stehende Spannung gleich dem Spannungsabfall am Widerstand 21 ist, plus dem Basis-Emitter-Spannungsabfall am Transistor 18.

9er Emitter des Transistors 20 let mit der Basis eines Transie tore 31 und mit einem Widerstand 28 verbunden. Der Widerstand 28 wirkt mit dem Transistor 29 lusammen, um eine Vorspannung für den Transistor 26 zu erzeugen. Der Transistor 29

•09824/0608

hat seine Basis-Kollektor-Strecke derart geschaltet, daß sie elektrisch als Diode wirkt. Der Transistor j>1 ist mit einem Widerstand 32 verbunden, und zwar mit seinem Emitter, mit welchem auch eine Klemme 3^ verbunden ist, die eine Ausgangsspannungsklemme darstellt. Nunmehr ist ersichtlich, daß die Spannung am Emitter des Transistors 31 gleich der Spannung am Emitter des Transistors 20 ist, minus dem Basis-Emitter -Spannungsabfall am Transistor 31· Somit läßt sich die Gleichung für die Spannung am Emitter des Transistors 31 folgendermaßen schreiben:

^VE31 BE18 ^{+ V}K21 ^VBE>1 *

Wenn V_13n-,-, = Vr₁₁-,-., so heben diese beiden Terme in der obigen Gleichung sich heraus, so daß die Spannung am Emitter dey Transistors 31 gleich den Spannungsubfall am Widerstand 21 ist. Wie oben bereits ausgeführt wurde, kann der Spannungsabfall aci Widerstand 21 temperaturunabhangig sein. Weiterhin ist zu bemerken, daß der Spannungsabfall am Widerstand 28 gleich der Emitterspannung am Transistor 20 ist, minus dem Spannungsabfall V_ßE am Transistor 29. Wenn nun der Basis-Emitter-Spannungsabfall am Transistor 29 gleich dem Basis-Emitter-Spannungsabfall am Transistor 18 ist, dann ist der Spannungsabfall am Widerstand 28 gleich dem Spannungsabfall am Widerstand 21 Somit werden die Ströme durch die Widerstände 28 und 32 über die Temperatur entsprechend nachgeführt und hängen nur von dem Temperaturkoeffizienten der Widerstände ab. Deshalb kann der Strom, welcher durch den Transistor 31 fließt, von der Temperatur unabhängig werden, weil derselbe Strom durch den Widerstand 32 fließt.

Die Größe der Spannung an der Klemme 33 ist dann etwa gleich dem Spannungsabfall am Widerstand 21 und kann auf fast jeden gewünschten Wert eingestellt werden, indem der Widerstand 21 entsprechend gewählt wird. Es ist ersichtlich, daß durch geeignete Auswahl des Widerstandes 21 die Spannung an der Aus-

809824/0608

gangsklemme 33 so eingestellt werden kann, daß sie geringer ist als die Silizium-Bandlücken-Spannung. Weiterhin ist zu bemerken, daß AV_B£, der Widerstand 22 oder der Widerstand 23 unabhängig gewählt werden können und dennoch eine Null-Temperaturkompensation erreicht werden kann.

Der Kollektor des Transistors 31 ist mit einer Klemme 35 verbunden. Die Klemme 35 ist mit einem entsprechenden Verbindungsstück oder einer Brücke 36 mit der Klemme 34 verbunden. Der Zweck der Klemmen 34- und 35 sowie der Brücke 36 besteht darin, die Anpassungsfähigkeit der Schaltung zu veranschaulichen, um eine Bezugsstromquelle zu bilden. Die Brücke 36 kann herausgenommen werden, und die Schaltung, welche einen Bezugsstrom erfordert, kann dann zwischen den Klemmen 34 und 35 in Reihe eingesetzt werden. Da die Spannung am Widerstand 32 durch den Spannungsabfall am Widerstand 21 gesteuert wird, wird dann auch derjenige Strom gesteuert, welcher in dem Kollektor des Transistors 31 fließt.

Die Fig. 3 ist ein Schaltschema der bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes. Es ist ersichtlich, daß die Schaltung gemäß Fig. 3 leicht modifiziert werden kann, um unter Umständen auftretende positive Rückführprobleme zu überwinden, welche bei der Schaltung gemäß Fig. 2 bestehen könnten. Derartige Probleme könnten insbesondere bei entsprechenden Werten von AVgg auftreten. In der Fig. 3 ist der Widerstand 40 zu dem Widerstand 41 und zu dem Kollektor eines Transistors 43 in Reihe geschaltet. Ein Widerstand 42 ist mit dem Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 40 und 41 sowie mit der Basis eines Transistors 47 verbunden. Der Kollektor des Transistors 47 ist mit der Hauptspannungsversorgungsklemme 45 verbunden, während sein Emitter mit einem Widerstand 46 verbunden ist. Der Widerstand 46 ist mit der Baäs eines Transistors 43 verbunden und weiterhin mit der Basis eines Transistors 48 und einem Widerstand 44. Der Kollektor des Transistors 48 ist mit der Basis des Transistors 47 verbunden, während sein Emitter mit einem Widerstand 51 verbunden ist. Der Spannungsabfall am

809824/0608

Widerstand 44 wird durch den Basis-Emitter-Spannungsabfall am Transistor 43 gesteuert und ist natürlich gleich dem Basis-Emit ter-Spannungsabfall am Transistor 48, plus dem Spannungsabfall am Widerstand 51. Der Spannungsabfall am Widerstand ist dann gleich dem Strom, welcher durch den Widerstand 46 fließt, multipliziert mit dem Wert des Widerstandes 46. Der Strom, welcher durch den V/iderstand 46 fließt, ist gleich dem Strom, welcher durch den Widerstand 44 fließt, v/eil dieser Strom sehr viel größer gehalten werden kann als die Basisströme der Transistoren 43 und 48, so daß die Basisströme vernachlässigt werden können, wenn der Strom durch die Widerstände berechnet wird. Da die Spannung am Widerstand 44 dem negativen Temperaturkoeffizienten von V-q_E des Transistors 43 folgt,wird auch der Strom durch den Widerstand 46 aufgrund von V_Bp demselben negativen Temperaturkoeffizienten folgen. Der durch den Widerstand 51 fließende Strom wird durch die Differenz in den Spannungsabfällen der Basis-Emitter-Strecken in den Transistoren 43 und 48 festgelegt. Somit kann die am Widerstand 51 gebildete Spannung gleich ^Vg_E werden, wodurch offenbar ein positiver Temperaturkoeffizient erreicht wird.

Der Widerstand 40 führt zu einem Strom durch den Transistor 43, während der Widerstand 41 Veränderungen in Vjvg des Transistors 43 kompensiert, welche durch Veränderungen im Kollektorstrom des Transistors 43 hervorgerufen werden. Die Veränderungen im Kollektorstrom werden durch Veränderungen in der Hauptspannungsversorgung hervorgerufen, welche an der Klemme 45 auftreten. Folglich wird der ohm'sche Wert des Widerstandes 41 so gewählt, daß Veränderungen in der Spannung an der Klemme 45 keine Veränderungen in der Spannung am Knoten 49 am Kollektor des Transistors 43 erzeugen. Eine Rückführschleife wird über den Widerstand 40, den Transistor 43, den Widerstand 44, den Widerstand 46, den Transistor 47 und die Verbindung von der Basis des Transistors 47 zu dem Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 40 und 41 gebildet. Diese Rückführschleife trägt dazu bei, den Strom durch den Transistor

809824/0608

43 auf einem Wert zu halten, so daß der Transistor 43 in seinem linearen Bereich arbeiten kann. Der Widerstand 44 ermittelt den Basis-Emitter-Spannungsabfall am Transistor 43 und führt somit zu dem entsprechenden Strom durch den Widerstand 46. Daraus ergibt sich, daß der Spannungsabfall am Widerstand 46 gleich dem Basis-Emitter-Spannungsabfall V-g-g des Transistors 43 ist, multipliziert mit dem Verhältnis zwischen den Widerständen 46 und 44. Der Spannungsabfall am Widerstand 46 ist so gewählt, daß er einen Bruchteil der Basis-Emitter-Spannung am Transistor 43 darstellt, und dies wird dadurch erreicht, daß der Wert des Widerstandes 44 größer gewählt wird als der Wert des Widerstandes

Der Widerstand 42 ist ein Lastwiderstand für den Transistor 48 und erzeugt somit eine verstärkte Version der Differenz zviiüchen den Basis-Emitter-Spannungen der Transistoren 43 und 48. Wie oben bereits ausgeführt wurde, scheint diese Differenz in der Basis-Emitter-Spannung einen positiven Temperaturkoeffizienten zu haben und kompensiert daher den negativen Temperaturkoeffizienten des Bruchteils der BasLs-Emitter-Spannung des Transistors 43, welcher am Widerstand 46 in Erscheinung tritt, plus anderen Effekten aufgrund von Veränderungen im Strom, welcher durch den Transistor 43 fließt. Die Werte der Widerstände 42 und 46 sind so gewählt, daß die Temperaturkoeffizienten der Spannungen, welche an diesen Widerständen gebildet werden, virtuell aufgehoben werden, und die Summe der Spannungen, welche gebildet werden, stellt den größten Teil der gewünschten Ausgangsspannung dar. Somit ist die Spannung am Knoten 49 gleich V„-g des Transistors 43, plus V_ß£. des Transistors 47 plus der Summe der Spannung, welche an denWiderständen 42 und 46 gebildet wird, minus der kleinen Korrekturspannung, welche am Widerstand 41 entsteht. Der Knoten 49 ist mit der Basis eines Transistors 55 verbunden. Der Transistor 55 ist zwischen der Spannungsklemme 45 und einem Widerstand 52 angeordnet. Der Emitter des Transistors 53 ist mit der Basis eines Transistors 5^ verbunden. Der Kollek-

809824/0608

tor des Transistors 5^ ist mit der Spannungsklemme 45 verbunden, während der Emitter des Transistors 54 mit einem Widerstand 56 verbunden ist. Die Basis-Emitter-Spannungsabfälle der Transistoren 53 und 5^- werden von der Spannung subtrahiert, welche am Knoten 49 erscheint, um die Basis-Emitter-Spannungsabfälle der Transistoren 43 und 47 aufzuheben, so daß dadurch die Spannung vermindert wird, welche an der Klemme 57 auftritt, und zwar auf einen Pegel unterhalb der Silizium-Bandlückenspannung. Die Ausgangsspannung von der Schaltung kann am Emitter von 5^ abgegriffen werden oder sie kann dann, wenn ein Strombezugswert erwünscht ist, von den Klemmen 58 und 59 abgenommen werden, wenn die Brücke herausgenommen wird. Es dürfte nunmehr ersichtlich sein, daß durch Abnahme der Ausgangsspannung von dem Emitter des Transistors 5^ eine Spannungsquelle mit verhältnismäßig geringer Ausgangsimpedanz gebildet wird.

Bei der Schaltung nach Fig. 3 können etwa folgende Widerstandswerte verwendet werden:

Widerstand 40 4070 Ohm

Widerstand 41 79 Ohm

Widerstand 42 8700 0hm

Widerstand 46 168 0hm

Widerstand 51 4700 0hm

Widerstand 52 2060 0hm

Widerstand 56 600 0hm

Die Fig. 4 veranschaulicht ein Schaltschema, welches eine etwas abgewandelte Version der bevorzugten Ausführungsform gemäß Fig. 3 darstellt. Der Hauptunterschied zwischen Fig. 3 und Fig. 4 besteht darin, daß in der Fig. 4 der Widerstand 41 aus der Fig. 3 durch einen Transistor 65 ersetzt wurde. Der Emitter des Transistors 65 ist mit einem Knoten 49 verbunden, während seine Basis mit dem Kollektor verbunden ist. Die Wider-

809824/0608

stände in der Schaltung gemäß Fig. 4 haben verschiedene Bezugszahlen, welche sich von der Bezeichnung in der Fig.3 unterscheiden, um anzuzeigen, daß die ohm¹sehen Werte der Widerstände gemäß Fig. 4- von den ohm¹ sehen Werten der Widerstände gemäß Fig. t> etwas unterschiedlich sein können. Die Arbeitsweise der Schaltung gemäß Fig. 4 ist im wesentlichen dieselbe wie die Arbeitsweise nach Fig. 3.

Es dürfte ersichtlich sein, daß gemäß der Erfindung eine Ausgangsbezugsspannung geliefert wird, welche geringer ist als die Silizium-Bandlückenspannung, indem ein Bruchteil eines Basis-Emitter-Spannungsabfalls ausgenutzt wird. Auf diese Weise ermöglicht die Erfindung nicht nur, daß die Ausgangsspannung einen Temperaturkoeffizienten von Null hat, es kann vielmehr auch die Ausgangsspannung eine einstellbare Temperaturkompensation haben. Außerdem ist die Ausgangsspannung unabhängig von SpannungsSchwankungen, welche in der Hauptenergieversorgung auftreten können.

809824/0608

Leerseife

Claims

Patentansprü cn e

71. JTemperaturkompensierte elektronische Bezugsschaltung, dadurch g ekennzeichnet , daß eine Einrichtung vorgesehen ist, welche dazu dient, eine Spannung zu liefern, welche von Veränderungen in der Hauptenergieversorgungseinrichtung (43, 47, 48) unabhängig ist, daß weiterhin eine Einrichtung (53» 54) vorhanden ist, um eine Spannung zu erzeugen, welche ein Bruchteil eines Basis-Emitter-Spannungsabfalls eines Transistors ist, wobei diese Einrichtung mit der Einrichtung zur Lieferung einer von Schwankungen unabhängigen Spannung verbunden ist, daß weiterhin eine Ausgangseinrichtung (57) vorgesehen ist, um eine Ausgangsspannung zu liefern, ^obei die Ausgangseinrichtung durch die Spannung gesteuert wird, welche durch die Einrichtung zur Lieferung einer Spannung geliefert wird, und daß die Ausgangsspannung im wesentlichen gegenüber Temperaturschwankungen unempfindlich ist und kleiner ist als die SiIiz ium-Bandlückenspannung.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung einer Spannung einen Widerstand und einen Transistor (43) aufweist.

3. Temperaturkompensierte Schaltung mit wenigstens einer Hauptenergieversorgungsklemme und wenigstens einer Ausgangsklemme, dadurch gekennzeichnet , daß eine Stromquelle (40, 64) mit der Hauptenergieversorgungsklemme verbunden ist, daß weiterhin ein erster Transistor (43) vorgesehen ist, welcher eine Basis, einen Emitter und einen Kollektor aufweist und dessen Kollektor mit der Stromversorgungseinrichtung verbunden ist, daß weiterhin ein zweiter Transistor (47) vorhanden ist, welcher eine Basis, einen Emitter und einen Kollektor aufweist und dessen Basis mit der Stromquelle verbunden ist, während sein Kollektor mit der Energieversorgungsklemme

809824/0808

ORIGINAL INSPECTED

verbunden ist, daß weiterhin ein zweiter (46, 68) und ein dritter (44, 67) Widerstand in Reihe angeordnet sind, daß der zweite Widerstand mit dem Emitter des zweiten Transistors verbunden ist, daß die Basis des ersten Transistors mit einem Verbindungspunkt zwischen dem zweiten und dem dritten Widerstand verbunden ist, daß weiterhin ein dritter Transistor (48) vorgesehen ist, welcher eine Basis, einen Emitter und einen Kollektor hat und dessen Basis mit dem Verbindungspunkt zwischen dem zweiten und dem dritten Widerstand verbunden ist, während sein Kollektor mit der Basis des zweiten Transistors verbunden ist, daß weiterhin ein vierter Widerstand (51) mit dem Emitter des dritten Transistors verbunden ist, daß weiterhin ein vierter Transistor (54) vorgesehen ist, welcher eine Basis, einen Emitter und einen Kollektor hat und dessen Basis mit dem Kollektor des ersten Transistors verbunden ist, während sein Kollektor mit der Energieversorgungsklemme verbunden ist, und daß die zumindest vorhandene eine Ausgangsklemme (57) mit dem Emitter des vierten Transistors verbunden ist.

4. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Last zwischen dem Kollektor des vierten Transistors und der Energieversorgungsklemme angeordnet werden kann, so daß die Schaltung zu einer Stromversorgungsquelle wird.

5. Schaltung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß ein fünfter Widerstand (56, 79) mit dem Emitter des vierten Transistors verbunden ist.

6. Schaltung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß ein fünfter Transistor (53) vorgesehen ist, welcher eine Basis, einen Emitter und einen Kollektor aufweist und dessen Kollektor mit der Energieversorgungsklemme verbunden ist, daß die Basis und der Emitter zwischen der

809824/0608

Basis des vierten Transistors und dem Kollektor des ersten Transistors angeordnet sind und daß ein sechster Widerstand (52) mit dem Emitter des fünften Transistors verbunden ist.

7. Schaltung nach Anspruch ^>, dadurch gekennzeichnet, daß ein siebter Widerstand (4-1, 65) in Reihe zwischen dem Kollektor des ersten Transistors und der Stromquelle angeordnet ist und daß ein achter Widerstand (42, 69) zwischen einem Verbindungspunkt, welcher durch den ersten und den siebten Widerstand festgelegt ist,und der Basis des zweiten Transistors angeordnet ist.

8. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelleneinrichtung ein Widerstand ist.

Temperaturkompensierte Niederspannungs-Bezugsquelle zur Lieferung einer Ausgangsspannung, welche von Temperaturschwankungen und Versorgungsspannungsschwankungen unabhängig ist, dadurch gekennzeichnet , daß ein erster Transistor (43) vorgesehen ist, welcher eine Basis, einen Emitter und einen Kollektor hat, daß weiterhin eine Rückführeinrichtung (47) an den ersten Transistor angeschlossen ist, um die Spannung am Kollektor des ersten Transistors auch dann konstant zu halten, wenn die Versorgungsspannung schwankt, daß die Rückführeinrichtung mit dem ersten Transistor zusammenwirkt, um einen Bruchteil des Basis-Emitter-Spannungsabfalls am ersten Transistor zu liefern, daß weiterhin eine Einrichtung (48) an die Rückführeinrichtung angeschlossen ist, um einen positiven Temperaturkoeffizienten zu erzeugen, so daß dadurch ein negativer Temperaturkoeffizient kompensiert wird, welcher dem Basis-Emitter-Spannungsabfall des ersten Transistors eigen ist, daß weiterhin ein Ausgangstransistor (54) mit dem Kollektor des ersten Transistors verbunden ist, so daß der Ausgangstransistor eine

809824/0608

Stromsteuerung liefert, und daß der Ausgangstransisbor derart ausgebildet ist, daß er eine Ausgangsspannung liefert, welche kleiner ist als die Silizium-Bandlückenspannung.

10. Temperaturkompensierte Schaltung zur Lieferung einer niedrigen Bezugsspannung, dadurch gekennzeichnet , daß eine erste Schaltungseinrichtung (43, 47) an eine Hauptenergieversorgungsklemme angeschlossen ist und einen Transistor (43) aufweist, daß weiterhin eine Rückführeinrichtung mit der ersten Schaltungseinrichtung verbunden ist, so daß zumindest ein Punkt in der ersten Schaltung auf einer Spannung gehalten werden kann, welche von Spannungsschwankungen in der Hauptenergieversorgungseinrichtung unabhängig ist, daß die Rückführeinrichtung und die erste Schaltungseinrichtung in der Weise zusammenarbeiten, daß ein Bruchteil eines Basis-Emitter-Spannungsabfalls am Transistor geliefert wird, daß weiterhin eine Einrichtung (48) mit der Rückführeinrichtung verbunden ist, um ein positives Temperaturkoeffizientensignal zu liefern, wobei der positive Temperaturkoeffizient dadurch erreicht wird, daß eine Differenz zwischen einem Basis-Emitter-Spannungsabfall der zwei verschiedenen Transistoren hervorgerufen wird, daß die Einrichtung, welche mit der Rückführeinrichtung verbunden ist, die Möglichkeit bietet, den zumindest vorhandenen einen Punkt auf einem Spannungspegel zu halten, der einen vorgegebenen Temperaturkoeffizienten hat, daß weiterhin eine Ausgangsschaltung (54) mit dem zumindest vorhandenen einen Punkt verbunden ist, so caß die Ausgangsschaltung mit einer Stromsteuerung ausgestattet ist, und daß die Ausgangsschaltung dazu in der Lage ist, eine Ausgangsspannung zu liefern, welche temperaturkompensiert ist und kleiner ist als die Silizium-Bandlückenspannung.

809824/0608