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SCHALTUNG FÜR STABILISIERTE STROMQUELLEN
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Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Radioelektronik, und
insbesondere auf Schaltungen für stabilisierte Stromquellen.
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Die Erfindung kann Anwendung für stabilisierte Stromquellen in integrierten
Schaltungen solcher Gebiete der Radioelektronik finden wie Rechen-, Meß-, Radar-
und Impulstechnik.
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Eine besonders breite Anwendung in der Radioelektronik haben Schaltungen
für Stromquellen gefunden, die einen Widerstand und eine Spannungsquelle umfassen
(Skokan Z.E.
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Emitter function logic-logic family for LSI JEEE, 1973VSC -8 Nr. 5
p. 356-361). Solche Schaltungen für Stromquellen enthalten eine geringe Zahl von
Komponenten, zum Beispiel, einen Widerstand pro eine Stromquelle. Jedoch zeichnen
sie stärke sich durch eine wesentliche Abnhängigkeit des Stromwertes einer von Änderung
der Spannungsquelle aus. Um deren inneren Widerstand erhöhen zu können, verwendet
man außerdem eine stärke Speisehoch spannungO damit sich der Strontbrskt bei Änderung
der
Signalspannungspegel nicht ändert. Das führt dazu, daß diese Quellen eine große
Leistung verbrauchen und der Widerstand mit einem großen Nennwert in der integrierten
Schaltung eine große Fläche einnimmt.
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Zur Zeit haben auch stabilisierte Stromquellen eine breite Anwendung
gefunden, die als Stromquelle Transistostärke ren verwenden. Die Stabilisierung
des Stromwertes in diesen Schaltungen erfolgt durch einen Stabilisierungsblock.
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Bekannt ist eine Schaltung fiir stabilisierte Stromquellen (Mikroelektronik
und Halbleitergeräte, Nr. 2, Moskau, "SowJetskoje radio", 1977, S. 65-79). Diese
Schaltung enthält eine verhältnismäßig geringe Komponentenzahl, zum Beispiel einen
Transistor pro Stromquelle. Jedoch zeichnen sie sich durch einen niedrigen Stabilisierungsgrad
des st;iirke ei ner Stro ert es aus, der wesentlich von Anderung der Speise-Spannung,
der Temperatur sowie von technologischer Streu-und der Eingangs-Stromspannungskennlinien
der Transistoren abhängt.
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Bekannt ist eine Schaltung für stabilisierte Stromquelien ( GB-PS
1 410 o21). Diese Schaltung enthält eine geringe Komponentenzahl, zum Beispiel ein
Vielkollektortransistor <erfüllt> Funktionen von zwei bis vier Stromquellen.
Jedoch zeichnet sie sich durch eine niedrige Stabilität der Stromquellen aus. Der
Stromstärkewert der Stromquellen in dieser Schaltung hängt wesentlich von der Streuung
des Verstärkungskoeffizienten ß1 der einer Transistoren sowie von Spannungsänderung
der Speisungsquellen und der Temperatur ab.
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Bekannt ist eine Schaltung für stabilisierte Stromquellen (Mikroelektronik
Nr. 5, Moskau, "Sowjetskoje radio", 1973, 5. 273-281). Diese Schaltung enthält Transistor--Widerstand-Stromquellen
und einen Stabilisierungsblock, an dessen Ausgang Basen von Stromquellentransistoren
angeschlossen werden, d£ren Emitter über einen Widersind stand un einer gemeinsamen
Schiene gekoppelt. Als Ausgang die der Stromquellen dienen Kollektoren der Transistoren.
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Diese Schaltung kennzeichnet sich durch eine starke den geringe Abhängigkeit
des Stromwertes von Transistorkenndaten, wobei je größer die Größe des Widerstandes,
um so gejedoch ringer diese Abhängigkeit ist. ie enthält eine große Komponentenzahl,
d.h. einen Widerstand und einen Transistor pro Stromquelle. Jede Stromquelle wird
auch in einer gesonderten isolierten Tasche ausgeführt. Außerdem verfügen die Stromquellen
über eine geringe Stabilität bei Anderung von Temperatur und Speisespannung.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung für stabilisierte
Stromquellen anzugeben, die die Anzahl der Komponenten und Isolierbereiche in integrierten
Schaltungen zu gestattet.
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vermindern sowie die Stabilität der Stromquellen zu erhöhen gemäß
cht, Dies wird der Erfindung dadurch errei daß in einer Schaltung für stabilisierte
Stromquellen, die Transistoren enthält, deren Basen an den Stabilisierungsblock
und deren Kollektoren an Radipelektronikelemente angeschlossen sind, erfindungsgemäß
als Transistoren n Vielkollektortransistoren verwendet sind,
1 Kollektoren enthält, wobei
einer der m Kollektoren eines beliebigen
Transistors an die erste Zuleitung des Belastungswiderstandes angeschlossen ist,
deSsen andere Zuleitung an die erste gemeinsame Schie-und ne angeschaltet ist, der
Stabilisierungsblock eine Eichspannungsquelle, einen Verstärker und eine Vergleicher
seinheit enthält, deren ein Eingang an den Ausgang der en r Eichspannungsquelle
und der andere Eingang an die erste Zuleitung des Belastungswiderstandes angeschlossen
ist, wihrend der Ausgang der Vergleichseinheit mit dem Verstärker-und eingang verbunden
ist, der Verstärkerausgang an die Basen der Vielkollektortransistoren angeschlossen
ist, deren Emitter an die zweite gemeinsame Schiene gekoppelt sind.
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Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Bildung großer integrierter
Schaltungen mit einem hohen Integraeine tionsgrad und dadurch zum Beispiel Le istung
se rhöhung von elektronischen Rechenmaschinen.
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Nachstehend wird die Erfindung durch ein Ausführungsdie beispiel
mit Bezug auf Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt: einer Fig. 1 Ausführungsbeispiel
erfindungsgemäßen Schaltung für stabilisierte Stromquellen; Fig. 2 elektrische Schaltung
des erfindungsgemäßen Stabilisierungsblocks.
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Die Schaltung für stabilisierte Stromquellen enthält Stromquellen,
die mit Vielkollektortransistoren 1i 1n (F;go 1) bestückt sind
m Kollektoren, die
an Radioelektronikelemente 2 angeschlossen sind,
und einen Stabilisierungsblock 3 besitzt. Der Stabilisierungsblock 3 schließt eine
Eichspannungsquelle 4, eine Vergleichseinheit 5 und einen Verstärker 6 ein. Der
Eingang 7 der Vergleichseinheit 5 ist an den Ausgang der Eichspannungsquelle 4 und
der Eingang 8 an die erste ZuLeitunG eines Belastungswiderstandes 9 angeschlossen.
An die erste Zuleitung des Belastungswiderstandes 9 wird auch einer der m Kollektoren
eines jeden der n Vielkollektortranßistoren I1 ... In angeschlossen. Die andere
Zuteitunir. des Belastungswiderstandes 9 ist an eine gemeinsame Schiene 10 angeschlossen,
Der Ausgang der Vergleichseinheit 5 wird mit dem Eingang des Verstärkers 6 gekoppelt.
Der Ausgang 11 des Ver-stärkers 6 ist an die Basen der Vielkollektortransistoren
I1 ... In angeschlossen, deren Emitter an eine gemeinsame Schiene 12 angeschlossen
sind.
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die In Fig. 2 ist elektrische Schaltung des Stabilisierungsblocks
3 dargestellt, enthaltend Widerstände 13 und 14, Verschiebungsstufen des Eingangsspannungspegels
auf Emitterfolgern, wobei der erste Emitterfolger mit einem Transistor 15,mit einem
Widerstand 16 und der zweite mit einem Transistor 17 einem Widerstand 18 ausgeführt
ist, einen zum Vergleich von Spannung und Spannungsverstärkung bestimmten Differentialverstärker,
der mit Transistoren 19, 20 und Widerständen 21, 22 ausgeführt ist, einen Stromverstärkermit
dem dritten Emitterfolger, der mit einem Transistor 23 und einem Widerstand 24 bestückt
iste Die Widerstände 13 und 14 sind in
Reihe geschaltet, dabei ist
der Widerstand 13 an die gemeinsame Schiene 10 und der Widerstand 14 an die gemeinsame
Schiene 12 angeschlossen. Der Verbindungspunkt der Widerstände 13, 14 ist an die
Basis des Transistors 15 angeschlossen, dessen dessen Kollektor an die gemeinsame
Schiene 10 und Emitter an die Basis des Transistors 20 sowie über den Widerstand
16 an die gemeinsame Schiene 12 angeschlossen ist. Der Emitter des Transistors 20
ist mit dem Emitter des Transistors 19 und über den Widerstand 21 mit der gemeinsamen
Schiene 12 ge-Der koppelt. Kollektor des Transistors 20 ist mit der Basis des Transistors
23 und über den Widerstand 22 mit der gemeinsamen Schiene 10 gekoppelt.
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Der Kollektor des Transistors 19 ist an die gemeinsame wihrend Schiene
10 angeschlossen,«die Basis an den Emitter des Transistors 17 und über den Widerstand
18 an die gemeinsame ist Schiene 12 angeschaltet/. Der Kollektor des Transistors
17 während an die gemeinsame Schiene 10 angeschlossen,Vdie Basis ist mit einem der
m Kollektoren eines beliebigen der Vielkollektortransistoren I1...In (Fig. 1) und
über den Belastungsist widerstand 9 mit der gemeinsamen Schiene 10 gekoppelt/. Der
Kollektor des Transistors 23 (Fig. 2) ist an die gemeinsame während Schiene 10 angeschaltet,Vder
Emitter - mit den Basen der n Vielkollektortransistoren I1 ... In (Fig. 1) und über
den Widerstand 24 (Fig. 2) mit der gemeinsamen Schiene 12 verbunden ist.
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Die Eichspannungsquelle 4 (Fig. 1) ist mit Widerständen 13 und 14
bestückt. Die Vergleichseinheit 5 (Fig. 1) ist mit
den Transistoren
15 (Fig. 2), 17, 19, 20 und Widerständen 16, 1, 21, 22 bestückt. Der Verstärker
6 ist mit den Transistoren 19 (Fig. 2), 20, 23 und Widerständen 21, 22, 24 bestückt.
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Zur Arbeitsweise der Schaltungrür stabilisierte Stromstärke quellen:
Der Stromwert der Stromquellen wird durch den Spannungswert der Eichspannungsquelle
4 (Fig. 1) vorgegeben. Diese Spannung wird in den Eingang 7 der Vergleichseinheit
5 eingespeist. Dem Eingang 8 der Vergleichseinheit 5 wird die Spannung vo# Belastungswiderstand
9 zugeführt. Infolge einer Änderung des stromverstärkungskoeffizienten B1 der Vielkollektortransistoren
11 ... Ins Anderung der Temperatur und Speisespannung ändert sich die Spannung am
Belastungswiderstand 9, d.h. sie wird geringer oder größer als die Spannung ergibt
der Eichspannungsquelle 4, dabei sich am Ausgang der Vergleichseinheit 5 ein Differenzeignal,
das durch den Verstärker 6 verstärkt und den Basen der Vielkollektortransistoren
I1 ... In zugeführt wird und dabei die Spannung am Belastungswiderstand 9 ändert,
d.h. diese erhöht oder verstärke ringert. Bei einer Spannung, die dem Stromwert
am Belastungswiderstand 9 proportional und der Spannung der Eichspannungsquelle
4 gleich ist, stellt sich ein Differenzsignal vom Ausgang der Vergleichseinheit
5 ein, das gleich Null ist. Dabei stärke stellt sich der Strom/wert der Stromquelle,
die mit einem Vielkollektortransistor In bestückt ist, proportional der ein stärke
Spannung der Eichspannungsquelle 4/. Der Strom/wert von Stromquellen, die alif n-I
Vielkollektortransistoren I1 In 1
ausgeführt sind, stellt sich
infolge der Identität der Transistorkenndaten, die integrierten Schaltungen eigen
ist, gleich stärke dem Stromwert ein, der . den Belastungswiderstand 9 durchfließt.
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Die Verwendung von Vielkollektortransistoren gibt die Möglichkeit,
vier Stromquellen, welche acht Komponenten enthalten und vier Isolierbereiche in
integrierten Schaltungen einnehmen, durch einen Vielkollektortransistor zu ersetzen,
der keinen Isolierbereich erfordert. Dies gestattet, den Integrationsgrad großer
integrierter Schaltungen zu erhöhen.
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und Temperaturänderung ahnliche Datenänderungen der Transistoren
15 (Fig. 2) 17, 19, 20, 23 und der Vielkollektor-<> transistoren I1 ... In
(Fig. 1) bei einem großen Verstärkungskoeffizienten K des Verstärkers 6 und bei
einem geringen Ausgangswiderstand<üben>praktisch keinen Einfluß auf Stromänderungen
der stabilisierten Stromquellen aus, da diese Ändurch derungen den Verstärker 6
um das Kfache geringer werden.
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Somit ergibt sich aus der Anwendung tier Erfindung die Möglichkeit,
den Integrationsgrad großer integrierter Schaltungen sowie die Stabilität der Stromquellen
zu erhöhen.
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Es sei nun die Arbeit der elektrischen Schaltung des Stabilisierungsblocks
3 (Fig. 2) ausführlich behandelt. Die Spannung vom Zusammenschlußpunkt der Widerstände
13, 14 wird dem Eingang des ersten Emitterfolgers zugeführt, der mit dem Transistor
15 und dem Widerstand 16 bestückt ist. Diese Spannung hängt von der Temperaturanderung
praktisch nicht ab. Vom Ausgang dieses Emitterfolgers wird die Spannung einem der
Eingänge
des Differentialverstärkers zugeführt, der mit Transistoren
19, 20 und Widerständen 21, 22 bestückt ist. Die Spannung vom Belastungswiderstand
9 (Fig. 1) wird an den Eingang des zweiten Emitterfolgers gelegt, der mit dem Transistor
17 (Fig. 2) und dem Widerstand 18 ausgeführt ist. Die Spannung vom Ausgang des zweiten
Emitterfolgers wird dem anderen Eingang des Differentialverstärkers zugeführt. Aus
der Verwendung der Emitterfolger an den Eingängen des Differentialverstärkers ergibt
sich die Möglichkeit, dessen Spannungsverden von stärkungskoeffizienten zu erhöhen
und linearen Bereich dessen Übertragungskennlinie auszudehnen und diesen vom Erreichen
des Sättigungsgebiets bei einem breiten Änderungsbereich der destabilisier iaktoren
zu schützen. Der Differentisldie verstärker erfüllt Funktionen des Spannung-Spannungsverstärkung-Vergleichs.
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Mit den Widerständen 21, 22 wird die Arbeitsweise des Differentialverstärkers
sowie dessen Verstärkungskoeffizient ausgewählt. Die Spannung vom Ausgang des Differentialverstärkers
wird dem Eingang des dritten Emitterfolgers zugeführt, der mit dem Transistor 23
und dem Widerstand 24 bestockt ist.
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Die Spannung vom Ausgang dieses Emitterfolgers wird den Basen der
n Vielkollestortransistoren 11 555 In (Fig. 1) zufir den geführt. Der dritte Emitterfolger
gewährleistet Differentialversärker einen geringen Ausgangswiderstand, daraus ergibt
sich die Möglichkeit, den Einfluß der Änderung des Verstärkungskoeffizienten der
Vielkollektortransistoren I1 ... In
stärke auf die Änderung des
Stromwertes der stabilisierten Stromquellen, die mit diesen Transistoren I1 ...
In ausgeführt sind, zu verringern.
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Dieser Stabilisierungsblock 3 verfügt über einen großen Verstärkungskoeffizienten,
einen geringen Ausgang widerstand und eine hohe Belastungsfähigkeit. An den Ausgang
zu des Stabilisierungsblocks 3 können bis zehn Vielkollektortransistoren Ii ...
In angeschlossen werden, d.h. bis 40 Stromquellen. Er ermöglicht die Stabilisierung
der Stromquellen in einem breiten Änderungsbereich der Transistorkenndaten und Temperaturparameter.
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Die vorliegende Erfindung gibt die Möglichkeit, die Anzahl der Komponenten
und Isolierbereiche in großen integrierten Schaltungen zu reduzieren und gleichzeitig
die Stabilität der Stromquellen zu erhöhen.