DE2826272C2 - Temperaturkompensierte Verstärkerschaltung - Google Patents
Temperaturkompensierte VerstärkerschaltungInfo
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Description
a) der wenigstens eine Widerstand des Verstärker-Schaltungsabschnitt seine Temperaturcharakteri
stik gleich der Temperaturcharakteristik des Temperaturkompensations-Wideuiandes im Kompensationsschal tungsabschnitt aufweis:,
b) der Kompensationsschaltungsabschnitt einen ersten Strompfad mit einem ersten und einem
zweiten Transistor enthält deren Emitter-Kollektor-S; recken in Reihe geschaltet sind, wobei an den
Emitter einer der Transistoren der Temperaturkompensations-Widerstand abgeschlossen ist
c) der Kompensationsschaltungsabschnitt einen zweiten Strompfad mit einem dritten und einem vierten
Transistor enthält deren Emitter-Kollektor-Strekken in Reihe geschaltet sind, wobei durch den
zweiten Strompfad ein Strom fließt der ein
vorgegebenes Verhältnis zum Strom des ersten
d) ein Stromteiler an den ersten und den zweiten Strompfad und an den Verstärkerschaltungsabschnitt angeschaltet ist durch den der durch den
Verstärkerschaltungsabschnitt fließende Strom auf ein vorstellbares Verhältnis zum Strom des ersten
Strompfades eingestellt ist
Die genannte Aufgabe wird gemäß einem zweiten Lösungsvorschlag erfindungsgemäß dadurch gelöst daß
a) der wenigstens eine Widerstand des Verstärkerschaltungsabschnitts eine Temperaturcharakteristik gleich der Temperaturcharakteristik des
so Temperaturkompensations-Widerstandes im Kompensationsschal tungsabschnitt aufweist
b) der Kompensationsschaltungsabschnitt einen ersten Strompfad mit einem ersten und einem
zweiten Transistor enihält deren Emitter-Kollek
tor· Strecken in Reihe geschaltet sind, wobei an den
Emitter einer der Transistoren der Temperaturkompensations-V/iderstand abgeschlossen i;.t,
c) wenigstens ein zweiter Strompfad mit einem dritten und einsm vierten Transistor vorgesehen
ist deren Enr,tter-Kollektor-Strecken in Reihe geschaltet sind, zwischen die der Verstärkerschaltungsabsclinitt geschaltet ist und die den durch den
zweiten Strompfad fließenden Strom ?uf ein vorgegebenes Verhältnis zu dem durch den ersten
d) der erste Transistor des ersten Strompfades mit einem dritten Transistor des zweiten Strompfades
und der zweite Transistor des ersten StrnmnfaHpc
mit dem vierten Transistor des zweiten Strompfades verbunden ist.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Verstärkerschaltung wird das Verhältnis zwischen dem
elektrischen Strom, der durch die Lastwiderstände fließt, und dem elektrischen Strom, der durch den
Widerstand des Kompensationskreises fließt, konstant gemacht und konstant gehalten. Bei einer derartigen
Verstärkerschaltung ergibt sich, daß ihre Verstärkung sich nur minimal ändern kann, wenn sich die Temperatur
ändert.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 6 und
8.
Im folgenden sind bevorzugte Ausfiihrungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher
erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine TK-Verstärkerschaltung gemäß einer Ausführungsform mit Merkmalen nach der Erfindung,
bei welcher das Verhältnis der in die Strompfade von zwei Transistoren, die einen Teil einer Stromquelle
bilden, fließenden Ströme durch das Verhältnis der Emitterflächen dieser beiden Transistoren bestimmt
wird,
F i g. 2 ein Schaltbild einer anderen Ausführungsform der Erfindung,
F i g. 3 ein Schaltbild einer Abwandlung der Schaltung nach F i g. 2,
F i g. 4 ein Schaltbild einer Abwandlung der Schaltung nach Fig.3, bei welcher ein größerer Strom in einem
Verstärkerabschnitt fließen kann,
F i g. 5 ein Schaltbild einer Abwandlung der TK-Verstärkerschaltung
nach F i g. 2,
Fig.6 ein Schaltbild einer TK-Verstärkerschaltung mit mehreren Verstärkerabschnitten.
F i g. 7 ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, bei welcher der Verstärkerabschnitt aus
einem einzigen Transistor besteht,
F i g. 8 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels gemäß dem zweiten Lösungsvorschlag mit Merkmalen
nach der Erfindung,
F i g. 9 ein Schaltbild einer TK-Verstärkerschaltung, bei welcher die Stromquelle zum Teil durch in Reihe
geschaltete Dioden gebildet wird,
Fig. 10 ein Schaltbild einer TK-Verstärkerschaltung gemäß einer weiteren Ausführungsform mit Merkmalen
nach der Erfindung, bei welcher das Verhältnis dec in die Diodenreihenschaltung und in den Verstärkerabschnitt
fließenden Ströme durch das Widerstandsverhältnis bestiiiimt wird.
F i g. 11 ein Schaltbild einer TK-Verstärkerschaltung,
bei welcher ein Teil der Stromquelle durch eine Diodenschaltung und der Verstärkerabschnitt durch
einen einzigen Transistor gebildet werden,
F i g. 12 eine Abwandlung der Schaltung nach F i g. 9
und
F i g. 13 eine Abwandlung der Schaltung nach F i g. 2. Bei der in F i g. 1 dargestellten Ausfuhrungsform einer
temperaturkompensierten Verstärkerschaltung mit Merkmalen nach der Erfindung umfaßt ein Differenzverstärkerabschnitt
1 ein Paar von Transistoren 77? 1 und 77? 2, die an den Emittern zusammengeschaltet sind.
Der Transistor 77? 1 ist an der Basis mit einer ersten, gleichspannungsmäßig vergespannten Signalquelle 2
und am Kollektor mit der einen Seite eines Lastwiderstandes R1 verbunden. Der Transistor 77? 2 ist an seiner
Basis mit einer zweiten, gleichspannungsmäßig vorgenannten Signalquelle 3 und an seinem Kollektor mit der
einen Seite eines anderen Lastwiderstands R 2 verbunden. Die Lastwiderstände R 1 und R 2 sind bezüglich der
Temperaturkennlinie einander gleich. Die Widerstände Ri und R 2 sind dabei an ihren anderen Enden
zusammengeschaltet.
Bei der TK-Verstärkerschaltung gemäß Fig. 1 umfaßt ein Stromquellenabschnitt Transistoren
TR 3- TR 6. Der Emitter des Transistors TR 3 ist über einen Widerstand /?3 an eine Stromquellenklemme Vcc
angeschlossen. Der Transistor TR 4 ist am Emitter mit der Stromquellenklemme Vcc. an der Basis mil der Basis
des Transistors FR 3 sowie mit seinem eigenen Kollektor und am Kollektor mit den anderen Seiten der
Widerstände /? 1 und R 2 verbunden. Der Transistor TR 5 ist an der Basis mit dem Kollektor des Transistors
77? 3 sowie mit seinem eigenen Kollektor und am Emitter mit Masse verbunden. Der Transistor TR 6 vom
Mehrfachemitter-Typ ist mit seiner Basis an den Kollektor des Transistors IH 5. mit seinem Kollektor an
die Emitter der Transistoren TR 1 und TR 2 und mit seinen Emittern an Masse angeschlossen. Die Transistoren
TR 5 und 77? 6 sind so ausgebildet, daß das Emitterflächenverhältnis zwischen Transistor TR 5 und
TR6 I :Nbeträgt. Die Kollektorströme /1 und /2 der
Transistoren TR 3 und TR 4 stehen daher im Verhältnis gemäß folgender Gleichung: (1) zueinander:
/ L = N x / 1 .
Die Basis-Emitter-Spannungen VBEX und VBU der
Transistoren 77?3 und 7R4 besitzen die folgende Differenz Δ VBE:
λ vBE = vBE2 - vBfA = -*L in -LL
q /1
JiL
\nN
worin k die Boltzmannsche Konstante, q die Ladungsgröße eines Elektrons und T die Absoluttemperatur
bedeuten.
Die Differenzspannungen Δ VBE lassen sich auch wie
folgt ausdrücken:
= R3X1X.
O)
Anhand von Gleichungen (2) und (3) erhält man folgende Gleichung:
/1 =— x — XnN.
Ri q
(4)
In Gleichung (4) ist der Ausdruck -XnN von der
Temperatur unabhängig, so daß er als Konstante P
ausgedrückt werden kann. Im Hinblick hierauf kann Gleichung (4) wie folgt umgeschrieben werden:
/1 =
PT
A3
A3
(5)
Wenn in Gleichung (5) der Ausdruck / 1 gegenüber T teilweise differenziert wird, ergibt sich folgende
Gleichung:
R32
_ P ( ÖR3 T \
A3 V ST R3J'
A3 V ST R3J'
Der Verstärkungsfaktor GA des Verstärkerabschnitts 1 bestimmt sich wie folgt:
GA = -gm ■ Ä, ,
(7)
worin RL die Widerstandswerte der Widerstände R1 und
Ä2 und
bedeuten. Gleichung (7) kann daher wie folgt umgeschrieben werden:
ίο
GA = —S- ■
2k
(8)
Durch teilweises Differenzieren von GA gegenüber T
ergibt sich folgende Gleichung:
rGA _ - Q
Tr TU
(ττ·*'+/2
R1
T7
Damit der Verstärkungsfaktor GA von der Temperatur T unabhängig ist, muß die Bedingung —^— = 0
erfüllt sein. Dies bedeutet:
= 0. (10)
Gleichung (10) kann daher wie folgt umgeschrieben werden:
1 dll = 1 1 ?RL
Il dT T Ri dT
(ID
Anhand von Gleichung (I) erhält man folgende Gleichung:
dll
BT
en
(12)
peraturkompensation des Verstärkungsfaktors GA erreicht werden.
Bei Einsetzung von Gleichungen (1) und (4) anstelle von Gleichung (8) ergibt sich folgende Gleichung:
GA =■
Ik
N In N
Jk.
R3
(15)
Durch Einsetzen von Gleichung (12) in Gleichung (6)
ergibt sich folgende Gleichung:
en
dT
A3
dT Ri
-^r (13)
Anhand der Gleichungen (1), (5) und (13) erhält man folgende Gleichung:
JL sn
/Z dT
1 dR3
R3 dT
(H)
Wie aus Gleichung (15) hervorgeht, wird der Verstärkungsfaktor GA durch das Flächen verhältnis
der Emitter der Transistoren TA 5 und TR 6 sowie das
Widerstandsverhältnis zwischen dem Widerstand /?3 und dem Widerstand R 1 oder R 2 bestimmt.
Wenn die Schaltkreiselemente, wie Transistoren und Widerstände, mit relativen Bedienungsgrößen, etwa
vorbestimmten Flächen- und Widerstandsverhältnissen, hergestellt werden, kann unter Erfüllung der geforderten Bedingungen die Herstellung nach gewöhnlicher
integrierter Schaltkreistechnologie vergleichsweise einfach realisiert werden. Die TK-Verstärkerschaltung läßt
sich somit ohne weiteres in der Weise ausbilden, daß der Verstärkungsfaktor GA durch Temperaturänderung
wenig beeinflußt wird.
Eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen TK-Verstärkerschaltung ist in F i g. 2 dargestellt, in
welcher die den Teilen von Fig. 1 entsprechenden Schaltkreiselemente mit denselben Bezugszeichen wie
dort bezeichnet und daher nicht näher beschrieben sind.
Bei der Verstärkerschaltung nach Fig.2 sind die
Kollektoren der Transistoren TR 1 und TR 2, die einen Verstärkerabschnitt bilden, über Widerstände R 1 und
R 2 gemeinsam an die Stromquellenklemme Vcc und nicht an den Kollektor des Transistors TR 4 angeschlossen. Der Kollektor des Transistors TR 4 ist vielmehr mit
dem Kollektor eines Transistors TR 7 vom Mehrfachemitter-Typ, wie der Transistor 77? 6, verbunden. Die
Basis des Transistors 777 7 ist mit der Basis eines Transistors TR 5 sowie der Basis eines Transistors TR 8
verbunden, dessen Kollektor zu den Emittern der Transistoren TR 1 und TR 2 geschaltet ist, während der
Emitter an Masse liegt. Die Verstärkerschaltung enthält weiterhin Transistoren TR9 und TR 10. Der Kollektor
des Transistors TR 9 liegt an Masse, während sein Emitter und seine Basis mit Basis bzw. Kollektor des
Transistors 77? 4 verbunden sind. Der Transistor 77? 10 ist an Basis und Emitter mit dem Kollektor bzw. der
Basis des Transistors TR 5 und am Kollektor mit der Stromquellenklemme Vcc verbunden. Die Transistoren
TR9 und TR 10 dienen zur Kompensation von Fehlern im Verhältnis der Ströme /1 und /2 aufgrund der
Basisströme, die in die Basiselektroden der Transistoren
TR 3, TR 4, TR 5, TR 7 und TR 8 fließen.
Wie bei der Verstärkerschaltung gemäß F i g. 1 bestimmen sich die Kollektorströme /1, /2 und /3 der
Transistoren TR 3, TR 4 bzw. 77? 8 sowie der Verstärkungsfaktor GA des Verstärkerabschnitts 1 der
Schaltung nach F i g. 2 wie folgt:
Wenn Gleichung (14) mit Gleichung (11) koinzidiert.
bleibt der Verstärkungsfaktor GA von Temperaturände
rungea unbeeinflußt Mit anderen Worten: wenn die Widerstände gleiche TemperaturkennJinien besitzen,
d. h. wena
/1
-Jr-x— In/V,
A3 q
Il =—x— Intf,
A3 q
(16)
(17)
1 aRL 1 3*3
RL dT = A3 ST
(18)
erfüllt ist, kann im Verstirkerabschnitt 1 eine gute Tem- worin das Verhältnis der Emitterflächen der Tranmto-
1.0
ren 77?5 und 77?8 1/TV bzw.
/3 = Λ71 =
A3
InJV
teilweise difTerenziert werden, erhält man folgende
Gleichung:
HT
R32
k- T- InA/
CIi
betragen.
Durch Angleichunp der Tfmperaturkennlinien der
Widerstände Ri-R3 ist es somit möglich, den
Verstärkungsfaktor GA gegenüber Temperaturänderungen konstant zu halten.
Eine Abwandlung der TK-Verstärkerschaltung von Fig. 2 ist in Fig. 3 dargestellt, bei welcher die
Verstärkerschaltung praktisch derjenigen von F i g. 2 entspricht, nur mit dem Unterschied, daß der Widerstand R 3 und der Emitter des Transistors TR 4 an
Masse liegen, die Basis des Transistors TR 8 nicht mit den Basiselektroden der Transistoren TR 5 und TR 7,
sondern mit den Basiselektroden der Transistoren TJ? 3
und TR 4 verbunden ist, der Emitter des Transistors 20 bestimmt sich somit durch
TRS über einen "widerstand RS an Masse iiegi und die
Emitter der Transistoren TRS und TR7 mit der Stromquellenklemme Vccverbunden sind.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Transistor TR 7 vom Mehrfachkollektor-Typ, wobei die Zanl
seiner Kollektoren das Λί-fache des Kollektors des Transistors TR 5 beträgt Die Kollektorströme /1 und
/2 der Transistoren TR 3 und TR 4 bestimmen sich somit wie folgt:
/J 1_ CR3\
\T A3 C T J '
A3 CTJ'
(21)
Die Änderungsgröße des Stroms / 1 in Abhängigkeit von Temperaturänderung
1 /1
1 r/1 /1 CT
1 CR3 A3 CT
(22)
Die Änderungsgröße bzw. das Änderungsverhältnis des Stroms /1 in Abhängigkeit von Temperaturänderung
so
1 /2 '/2
VBEi _
kT
A3
Rl
■ InA/,
/2 = J^-■-*!-· InA/.
Λ3 q
(19)
(20)
ist der entsprechenden Größe im Fall des Stroms Il gleich.
Der Emitterstrom /3 des Transistors TR% bestimmt
sich durch folgende Gleichung:
Wenn beide Seiten von Gleichung (23) gegenüber 7"teilweise difTerenziert werden, ergibt sich die folgende
Gleichung:
r/3 = Ju_ £o_ ί j 1_ CRS + _1_ /_1_ CIl _ _]_ r/3\|
CT
q RS XT RS CT Co\n" CT /3 CT Ji
BRS + J_ /_J_ CIl
CT- Co\Il' CT
/3I-L--L·
Ir rs
1_ CI3 /3 CT
Co = In /V-^-
bcdeuten.
Gleichung (24) läßt sich wie folgt umschreiben: ν
(24)
| 8RS | ' Co | 1 | en | BR3 |
| BT | BIl | Il | cT | BT |
| 1 | BT | 1 | 1 | |
| Il | T | A3 | ||
(25)
/ J_\J_ Μλ = Λ 1 BRS ( \ f\ 1 BR3}
Zur ti zielung einer effektiven Temperaturkompensation
im Verstärkerabschnitt 1 muß
ι tn
/3 ar
gleich
_\ 1_ ßR3\
T Rl' öT J
IO
sein, so daß man anhand von Gleichung (26) die folgende Bedingungsgleichung erhält:
1 dRS
Λ3 er rs dT
15
(27)
Aus Gleichung (27) geht ohne weiteres hervor, daß eines Transistors TR 8 angeschlossen. Der über die
Diode D1 fließende Strom, d. h. der Strom entsprechend dem Strom über den Widerstand R 3, fließt durch
den Strompfad des Transistors TR 8. Auf diese Weise ist
in jedem Verstärkerabschnitt 1 ein Strompfad aus einer Kombination des Transistors 77? !2 mit der Diode D 1
gebildet Die Verstärkerabschnitte 1-1 und 1-2 werden somit in vorteilhafter Weise durch getrennte Steuersignale
angesteuert
In F i g. 7 ist noch eine andere Ausführungsform der Erfindung dargestellt welche im wesentlichen der
Ausführungsform nach F i g. 2 entspricht, nur mit dem Unterschied, daß der Verstärkerabschnitt 1 einen
Transistor TR 13 umfaßt, dessen Basis an die Verzweigrng zwischen den Kollektoren der Transistoren TA 5
und TR 3 angeschlossen ist, während sein Kollektor über einen Widerstand Λ 11 mit der Stromquelienklern
me Vex: und sein Emitter mit Masse verbunden sind. Wenn der Temperaturkoeffizient des Widerstands R 11
Hpr Vprsiär|tprahsrhnitt · mj>
'pmDeraturkomDensiert 20 mit demjenigen eines Widerstands R 3 koinzidierend
ausgelegt wird, kann der Verstärkungsfaktor des Transistors TR13 gegenüber Temperaturänderungen
praktisch konstant gehalten werden.
Fig.8 zeigt noch eine andere Ausführungsform der
Erfindung, bei welcher mehrere Verstärkerabschnitte 1-1 und 1-2 kaskadenartig zusammengeschaltet sind.
Das Verhältnis zwischen dem über den Strompfad eines Transistors TR 6 fließenden Strom und dem über den
Strompfad des Transistors TR 3 fließenden Strom wird durch die Widerstandswerte der Widerstände R 13 und
R14 bestimmt Der Widerstand R12 besitzt eine
ähnliche Funktion wie der Widerstand R 3 bei der Schaltung nach F i g. 1.
Eine TK-Verstärkerschaltung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist in F i g. 9 dargestellt.
Diese Schaltung enthält einen Transistor 77? 15, dessen Kollektor mit den Emittern der Transistoren TR 1 und
TR 2 verbunden ist, die einen Verstärkerabschnitt 1 bilden, sowie eine Reihenschaltung aus einem Widerstand
Λ 16 und Dioden D2\-D2-n. Die Anode der Diode D 2-1 ist an die Basis des Transistors TR15
angeschlossen.
Bei der Schaltung gemäß Fig.9 bestimmt sich der
Verstärkungsfaktor GA des Verstärkeranschni'ts 1
durch folgende Gleichung:
ist, wenn der Temperaturkoeffizient des Widerstands R 5 demjenigen des Widerstands R 3 gleich ist.
Eine Abwandlung der Ausführungsform nach Fig. 3 ist in Fig.4 dargestellt, wobei die Emitter der
Transistoren TR 3 und TRA über einen Widerstand Λ 3
zusammengeschaltet sind. Ein Transistor TR 11 ist am
Kollektor mit der Verzweigung zwischen dem Emitter des Transistors TRA und dem Widerstand R 3,
am Emitter mit Masse und an der Basis mit seinem eigenen Kollektor und mit der Basis des Transistors
TR% verbunden. Die Schaltung gemäß Fig.45 ist
insofern vorteilhaft als dabei eine ausreichend wirksame Temperaturkompensation erreicht wird und ein
größerer Treiberstrom durch den Verstärkerabschnitt 1 fließen kann. Möglich ist auch die Einfügung eines
Widerstands mit demselben Temperaturkoeffizienten wie bei den Widerständen R3,R\ und R 2 zwischen den
Emitter des Transistors TR 11 und Masse.
F i g. 5 zeigt eine Abwandlung der Schaltung gemäß F i g. 2, bei welcher Transistoren TR 5, TR 7 und TR 8 *o
auf ähnliche Weise miteinander verbunden sind. Das Widerstandsverhältnis zwischen Widerständen
R7 — R9, die jeweils zwischen die Emitter dieser
Transistoren und Masse eingeschaltet sind, bestimmt das Stromverhältnis der über die Kollektor-Emitter-Strecken
der Transistoren TR 5, TR 7 und 77? 8 fließenden Ströme. In diesem Fall müssen die Widerstände
Λ 7-Λ9 so gewählt werden, daß sie praktisch
denselben Temperaturkoeffizienten besitzen, und die Spannungsabfälle über die Widerstände R7-R9 so
werden größer gewählt als die Basis-Emitter-Spannungen Vecder Transistoren TR 5, 77? 7 und TR 8. Auf diese
Weise kann der Unterschied zwischen den Basis-Emitter-Spannungen der Transistoren TR 5, TR 7 und TRS
aufgrund der betreffenden, über diese Transistoren fließenden Ströme vernachlässigt werden. Das Verhältnis
der über die Transistoren TR 5, TR 7 und 77? 8 fließenden Ströme bestimmt sich somit durch das
Verhältnis der Widerstandswerte der Widerstände R 7, /? 8 und Λ 9.
Fig.6 zeigt eine Abwandlung der Schaltung nach
Fig.3, bei welcher mehrere Verstärkerabschnitte 1 getrennt angesteuert werden. Bei der Verstärkerschaltung
gemäß F i g. 6 fließt ein Strom, welcher dem aber
einen Widerstand R 3 fließenden Strom entspricht, über
einen einen Transistor TRVl und eine Diode Dl einschließenden Strompfad Die Verzweigung zwischen
der Diode D1 und dem Transistor 77? 12 ist an die Basis
GA
_ -q le RL
(28)
worin Ie den über die Kollektor-Emitter-Strecke des
Transistors 77? 1 oder TR 2.fließenden Strom bedeutet. Durch teilweises Differenzieren beider Seiten von
Gleichung (28) gegenüber T erhält man folgende Gleichung:
, dGA
Wenn angenommen wird, daß = 0 in Gleichung
δ Τ
(29) gilt, läßt sich diese Gleichung wie folgt umschreiben:
1 Bk _ 1 1_ BR1
k ' BT T R,' dT
(30)
Bei Erfüllung von Gleichung (30) kann die Abweichung des Verstärkungsfaktors des Verstärkerabschnitts
1 gernäß Fig. 9 in Abhängigkeit von Teiaperaturänderung weitgehend eingeschränkt werden.
Der Ober die den Widerstand R16 und die Dioden
D 2-1 bis Dl-n fließende Strom I0 ist wie folgt auf den
Strom He bezogen, der über die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors TR15 fließt:
Ie = mID.
Infolgedessen gilt
J_._SIe_ = J_ jB]d_
Ie BT ID' ST
(3D
(32)
Aus Gleichungen (30) und (32) ergibt sich somit die folgende Gleichung:
1* t 1 1 Λ D
^ ~ Jp _ 1 _ 1 On^
^ ~ Jp _ 1 _ 1 On^
ID ST ~Ύ ~R~l ' ST
(33)
Hierdurch wird bei der Schaltung gemäß Fig. 9 eine ausreichend effektive Temperaturkompensationswirkung gewährleistet.
Der über die Dioden D2-1 bis Dl-n fließende Strom
ID bestimmt sich wie folgt:
worin Vn, den Vorwärts- bzw. Durchlaßspannungsabfall
jeder Diode Dl-I bis Dl-n bedeutet. Der Ausdruck
| 1 | SIq | abgeleitet: | 1 | SR\6 |
| Id | ST | SVfD | RU | ,·τ |
| wird aus | Gleichung (35) | ~" ST | ||
| dVc] | -nVfu | |||
| 1 | SI0 _ ST | |||
| Id | ST VCi | |||
Da die Temperaturkennlinien der Widerstände R\ und Rl sowie des Widerstands /?16 gleich sind, erhält
man folgende Gleichung:
1 S R 16 _ 1 SRL
Ä16 ST RL' BT
(36)
Bei Ersatz bzw. Einfügung von Gleichung (33) und (36) in Gleichung (34) kann η von Gleichung (34) wie
folgt abgeleitet werden:
η = ■
(37)
Aus Gleichung (37) geht hervor, daß dann, wenn die Betriebsspannung VC\ und die Betriebstemperatur T
vorgegeben sind, die Zahl η der zweckmäßig zu verwendenden Dioden leicht berechnet werden kann.
Bei Verwendung der auf diese Weise berechneten Zahl η von Dioden kann somit die Änderung bzw.
Abweichung des Verstärkungsfaktors in Abhängigkeit
von Temperaturänderung bei der beschriebenen Schaltung weitgehend verringert werden,
F i g, 10 veranschaulicht noch eine weitere Ausführungsfcrm der Erfindung, bei welcher das Verhältnis
zwischen dem Strom, der durch eine Reihenschaltung aus einem Widerstand 7? 16 sowie einer Reihenschaltung von Dioden D 2-1 bis D 2-n fließt und dem über die
Stromstrecke des Transistors 77? 15 fließenden Strom durch einen Widerstand R17, der zwischen die Kathode
der Diode D 2-1 und Masse geschaltet ist sowie einen weiteren Widerstand R18 bestimmt wird, der zwischen
dem Emitter des Transistors 77? 15 und Masse liegt Für die Widerstände R17 und R18 werden Widerstände mit
gleichem Temperaturkoeffizienten verwendet deren
'S Widerstandswerte so gewählt sind, daß sie den
Durchlaßspannungsabfall über die Diode D 2-1 und die Basis-Emitter-Spannung des Transistors 77? 15 übersteigen. Mit der TK-Verstärkerschaltung gemäß F i g. 10
läßt sich eine ähnliche Temperaturkompensierwirkung
erreichen wie mit der Schaltung gemäß F i g. 9.
F i g. 11 zeigt noch eine weitere Ausführungsform der
TK-Verstärkerschaltung gemäß der Erfindung, bei welcher der Verstärkerabschiiitt 1 einen Transistor
TR16 aufweist dessen Kollektor über einen Lastwider
stand R19 mit der Stromquellenklemme VC2 verbunden
ist während sein Emitter an Masse liegt und seine Basis über einen Widerstand R 20 an die Anode der Diode
D 2-1 angeschlossen ist Bei dieser Schaltung sind die Temperaturkoeffizienten der Widerstände Ä16, Ä19
3C und R 20 wiederum gleich groß gewählt Die mit dieser
Ausführungsform erreichte Temperaturkompensierwirkung gleicht derjenigen bei der Ausführungsform
gemäß F ig. 9.
Fig. 12 veranschaulicht eine Abwandlung der TK-
Verstärkerschaltung nach F i g. 9. Die Schaltung gemäß
Fig. 12 entspricht im wesentlichen derjenigen gemäß
F i g. 9, nur mit dem Unterschied, daß der Widerstand R 16 weggelassen ist ein Widerstand R 21 zwischen die
Kathode der Diode D 2-1 und Masse geschaltet ist und
*o ein Mehrfachemitter-Transistor 77? 17 vorgesehen ist
der mit seiner Basis an die Kathode der Diode D 2-n, mit seinem Emitter an die Stromquellenklemme Vc ι und mit
seinem Kollektor über eine Diode £>3 an Masse angeschlossen ist Die Basis des Transistors 77? 15 ist
*5 mit der Anode der Diode D 3 verbunden.
Obgleich die Erfindung vorstehend in verschiedenenen Ausführungsformen beschrieben ist ist sie keineswegs auf diese beschränkt Beispielsweise können bei
der Ausführungsform unter Verwendung eines Diffe
renzverstärkers als Verstärkerabschnitt 1, etwa bei der
Schaltung gemäß Fig. 1, der Widerstand R2 und der
Transistor TR 2 weggelassen werden, während der Verstärkerabschnitt durch einen einzigen Transistor
gebildet sein kann.
Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 1 ist beispielsweise der Transistor TR 6 als Mehrfachemitter-Transistor ausgebildet der einen Strom mit einem vorbestimmten Verhältnis gegenüber einem durch den
Transistor 77? 5 fließenden Strom leitet Der Transistor
77? 6 kann jedoch auch durch einen gewöhnlichen
vorbestimmtes Mehrfaches größer ist als diejenige des
bei der Ausführungsform gemäß F i g. 2 weggelassen und Kollektor und Basis jedes Transistors TR 4 und
TRS auf die in Fig. 13 gezeigte Weise unmittelbar miteinander verbunden werden.
Claims (8)
1. Temperaturkompensierte Verstärkerschaltung, bestehend aus einem Kotnpensationsschaltungsabschnitt und aus einem Verstärkerschaltungsabschnitt, wobei der Kompensationsschaltungsabschnitt wenigstens einen Temperaturkompensations-Widerstand (R3) enthält und wobei der
Verstärkerschaltungsabschnitt wenigstens einen ι ο Transistor und wenigstens einen Widerstand enthält,
durch den der Laststrom des Verstärkerschaltungsabschnitts fließt, dadurch gekennzeichnet,
daß
15
a) der wenigstens eine Widerstand (R 1, R 2; RS;
R9; RU) des Verstärkerschaltungsabschnitts eine Temperaturcharakteristik gleich der Temperaturcharakteristik des Temperaturkompensation-Widerstandes (R 3) im (Compensations-
schaltungsabschnitt aufweist,
b) der Kompensationsschaltungsabschniu einen
ersten Strompfad mit einem ersten und einem zweiten Transistor (TR 3, 77? 5) enthält, deren
Emitter-Kollektor-Strecken in Reihe geschaltet sind, wobei an den Emitter einer der Transistoren (TR 3, 77? 5) der Temperaturkompensations-Widerstand (R 3) angeschlossen ist,
c) der Kompensationsschaltungsabschnitt einen zweiten Strompfad mit einem dritten und einem
vierten Transistor (TR 4, 77? 7) enthält, deren Emitter -Kollektor-Strecken in Reihe geschaltet
sind, wobei durch den zweiten Strompfad ein Strom fließt, der ein vorgegebenes Verhältnis
zum Strom des erstell Strompfades aufweist, und
d) ein Stromteiler (TR 8) an den ersten und den zweiten Strompfad und an den Verstärkerschaltungsabschnitt angeschaltet ist, durch den er
durch den Verstärkerschaltungsabschnitt fließende Strom auf ein voreinstellbares Verhältnis
zum Strom des ersten Strompfades eingestellt
ist (F ig. 2,3,4,5,6,7,13).
2. Verstärkerschaltung nach Anspruch 1, bei der der Verstärkerschaltungsabschnitt aus einem Differenzverstärker besteht, dadurch gekennzeichnet,
daß die Lastwiderstände bzw. die Kollektorwiderstände (Ri, R2) des Differenzverstärkers (TR I1
TR 2) aus Temperaturkompensations-Widerständen
mit gleicher Temperaturcharakteristik bestehen.
3. Verstärkerschaltung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter bis fünfter
Widerstand (R7, R8, R9) an die Emitter des
zweiten, vierten und fünften Transistors (TR 5, TR 7,
TP 8) angeschaltet sind, und daß diese Widerstände eine Temperaturcharakteristik wie die Temperaturcharakteristik des Temperaturkompensations-Widerstandes (R 3) aufweisen.
4. Verstärkerschaltung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Stromtreibereinrichtung in
Form eines Widerstandes, der an den Emitter des fünften Transistors (TR 8) angeschaltet ist und die
gleiche Temperaturcharakteristik wie die Temperaturcharakteristik des Temperaturkompensations-
Widerstandes (R 8) aufweist.
5. Verstärkerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Strompfad einen
fünften Transistor (TR U) enthält, dessen Emitter-Kollektor-Strecke mit dem Emitter des zweiten
Transistors (TR 3) über den Temperaturkompensations-WiderstaJid (R 3) verbunden ist, und daß eine
Stromtreibereinrichtung vorgesehen ist, die einen sechsten Transistor (TR 8) umfaßt, dessen Basis mit
der Basis und dem Kollektor des fünften Transistors (TR 11) und dessen Emitter-Kollektor-Strecke mit
dem Verstärkerschaltungsabschnitt ^77? 1, TA 2)
verbunden ist
6. Verstärkerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkerschaltungsabschnitt aus einem sechsten Transistor (TR 13 )
besteht, dessen Emitter-Kollektor-Strecke mit dem wenigstens einen Widerstand (R 11) verbunden ist,
daß weiter der Temperaturkompensations-Widerstand (R 3) mit dem Emitter des ersten Transistors
(TR3) verbunden ist, und daß eine Stromtreibereinrichtung in Form eines weiteren Widerstandes
vorgesehen ist, der zwischen Kollektor und Basis des
zweiten Transistors (TR 5) geschaltet ist, und daß ein weiterer Widerstand zwischen Kollektor des zweiten Transistors (TRS) und Basis des sechsten
Transistors (TR 13) geschaltet ist
7. Temperaturkompensierte Verstärkerschaltung, bestehend aus einem Kompensationsschaltungsabschnitt und aus einem Verstärkerschaltungsabschnitt, wobei der Kompensationsschaltungsabschnitt wenigstens einen Temperaturkompensations-Widerstand (R 3) enthält und wobei der
VerstärkerschaJtungsabschnitt wenigstens einen Transistor und wenigstens einen Widerstand enthält,
durch den der Laststrom des Verstärkerschaltungsabschnitts fließt, dadurch gekennzeichnet, daß
a) der wenigstens eine Widerstand (R 1, R 2; R 5;
R9; RU) des Verstärkerschaltungsabschnitts eine Temperaturcharakteristik gleich der Temperaturcharakteristik des Temperaturkompensations-Widerstandes (R 3) l,v. Kompensationsschaltungsabschnitt aufweist,
b) der Kompensationsschaliungsabschnitt einen ersten Strompfad mit einem ersten und einem
zweiten Transistor (TR 3, TRS) enthält, deren Emitter-Kollektor-Strecken in Reihe geschaltet
sind, wobei an den Emitter einer der Transistoren (TR3, TRS) der Temperaturkompensations-Widerstand (R 3) angeschlossen ist,
c) wenigstens ein zweiter Strompfad mit einem dritten und einem vierten Transistor (TR 4,
77? 6) vorgesehen ist, deren Emitter-Kollektor-Strecken in Reihe geschaltet sind, zwischen die
der Verstärkerschaltungsabschnitt geschaltet ist und die den durch den zweiten Strompfad
fließenden Strom auf ein vorgegebenes Verhältnis zu dem durch den ersten Strompfad
fließenden Strom einstellen, und
d) der erste Transistors (TR 3; 77? 6) des ersten Strompfades mit einem dritten Transistor
(TR 4; TR 5-1, TR 5-2) des zweiten Strompfades und der zweite Transistor (TR 5; TR 4) des
ersten Strompfades mit dem vierten Transistor (TR 6; 77? 3-1, TR 3-2) des zweiten Strompfades
verbunden ist (F i g. I und F i g. 8).
8. Verstärkerschaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkerschaltungsabschnitt aus zwei hintereinander geschalteten Diffe-
rsnzverstärkern (ί-S, 1-2) besteht und daß die
Kollektor-Widerstände (K 1-1, /12-1, Λ1-2, Ä2-2)
von wenigstens einem der Differenzverstärker aus Temperaturkompensations-Widerständen bestehen.
Die Erfindung betrifft eine temperaturkompensierte Verstärkerschaltung, bestehend aus einem Kompensationsschaltungsabschnitt und aus einem Verstärkerschaltungsabschnitt, wobei der Kompensationsschaltungsabschnitt wenigstens einen Temperaturkompensations-Widerstand enthält und wobei der Verstärkerschaltungsabschnitt wenigstens einen Transistor und
wenigstens einen Widerstand enthält, durch den der Laststrom des Verstärkerschaltungsabschnittes fließt
Es sind verschiedene Verstärkerschaltungen mit Bauteilen bekannt, deren Kennlinien sich in Abhängigkeit von Temperaturänderungen leicht ändern, beispielsweise mit Dioden, Transistoren und Widerständen.
Es wurde auch wiederholt versucht, einp; Änderung des
Verstärkungsfaktors soicher Verstärkerschaitungen bei
Temperaturänderungen zu verhindern. Die meisten dieser Versuche sind jedoch insofern unvorteilhaft als
die Temperaturkompensierwirkung bei komplexer Schaltungskonstruktion ungenügend ist
Aus der US-PS 39 79 689 ist eine Differenzverstärkerschaltung mit zusammengeschaltetem Emitteranschluß
bekannt während die Kollektoranschlüsse der beiden Transistoren über entsprechende Stromsenkeü mit
einem Bezugspotential verbunden sind.
Eine Ausführungsform dieser bekannten Differenzverstärkerschaltung bildet einen Niederspannungstransistorverstärker mit einem Differenzverstärker, einer
Stromquelle und einem Vorspann-Netzwerk, einem Paar von Stromsenken, einer Vorspannschaltung und
einer Stromregelschaltung und schließlich einer Ausgangsstufe. Die in den Kollektorkreis der beiden
Transistoren des Differenzverstärkers eingeschalteten Transistoren bilden einen Lastwiderstand, so daß diese
Lastwiderstänoe aus temperaturabhängigen Lastwiderständen bestehen.
In dem Aufsatz von H. Lennartz und W. Taeger
»Transistor-Schaltungstechnik« in der FT Sammlung, Beilage zur »Funktechnik«, Band 13, 1958, Nr. 14, Seite
21 ist ein Transistorverstärker bekannt, der mittels eines Spannungsteilers gleichspannungsstabiüsiert ist Bei
dieser bekannten Transistorverstärkerschaltung ist die Basis eines Transistors über einen Widerstand mit dem
Verbindungspunkt der zwei in Reihe geschalteten Widerstände des Spannungsteilers verbunden. Ferner
ist der Emitterwiderstand des Transistors durch einen Kondensator geeigneter Größe überbrückt um eine zu
starke Wechselstromgegenkopplung zu verhindern. Erhöht sich bei dieser ,Schaltung aus irgendeinem Grund
der Kollektorstrom, so wird das Emitterpotential zu negativen Werten hin verschoben. Dadurch werden die
negative Spannung zwischen Basis und Emitter sowie der Basisstrom vermindert und durch den sich dann
ebenenfalls verkleinernden Kollektorstrom tritt die angestrebte Stabilisierungswirkung ein.
Bei dieser bekannten Transistorverstärkerschaltung besteht der Emitterwiderstand nicht aus einem Temperaturkompensationswiderstand.
Schließlich ist aus der Zeitschrift »Valvo technische
Informationen für die Industrie«, Heft 13, 1962, Seite 8
ein Transistorverstärker für Gleichstrom bzw. ein
Gleichstrom-Millivoltmeter bekannt bei dem auch ein
Kompensationskreis vorhanden ist Bei dieser bekannten Verstärkerschaltung ist ein Transistor eines
Differenzverstärkers mit seiner Basis an einen Span-
nungsteiler angeschlossen, der den Korapensationskreis
bildet Auch bei dieser bekannten Verstärkerschaltung haben jedoch die Widerstände des Kompensationskreises eine andere Temperaturkennlinie als diejenige der
Lastwiderstände der Verstärkerschaltung.
ι ο Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht
darin, eine temperaturkompensierte Verstärkerschaltung der eingangs definierten Art zu schaffen, die bei
vergleichsweise einfachem schaltungstechnischen Aufbau eine minimale Änderung des Verstärkungsfaktors
aufgrund von Temperaturänderungen gewährleistet
Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Lösungsvorschlag erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
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