DE2849153A1

DE2849153A1 - Schaltungsanordnung zur erzeugung einer konstanten hilfsgleichspannung

Info

Publication number: DE2849153A1
Application number: DE19782849153
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dr Ing Wilhelm
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1978-11-13
Filing date: 1978-11-13
Publication date: 1980-05-14
Also published as: DE2849153C2

Description

Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer konstanten
HilfsgleichsDannung.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine derartige Schaltungsanordnung ist durch die DE-AS 25 33 199 bekannt. Die Unabhängigkeit der erzeugten Ausgangsgleichspannung, die vorzugsweise als Hilfsspannung für Logikschaltungen in EdL-Technik dient, von Schwankungen der Versorgungsgleichspannung wird durdnKompensation erreicht. Zu diesem Zweck werden die Schwankungen der Versorgungsspannung voll auf den Eingang eines mit der instabilen Versorgungsspannung betriebenen invertierenden Verstärkers mit der konstanten Verstärkung v = - 1 übertragen. Die Ausgangsspannung des Verstärkers bleibt damit ebenfalls konstant.
Zur Erzielung eines geringen Innenwiderstands der Hilfsspannungsquelle ist dem invertierenden Verstärker ein Transistor nachgeschaltet, an dessen Emitter die Hilfs- gleichspannung abgenommen wird. Der Innenwiderstand einer solchen Emitterfolgerschaltung beträgt Ri = (Rg + RQ)/F*UT/IE + RE Dabei ist R3 bzw. RE der Basis bzw. Emitterbahnwiderstand des Transistors RQ der Innenwiderstand der ansteuernden Spannungsquelle die Stromverstärkung des Transistors UT die Temperaturspannung ( = 26 mV) IE der Euiitterstrom.
Der Innenwiderstand eines Emitterfolgers ist zwar von Natur aus klein, aber doch nicht immer klein genug, wenn sich die Ausgangsspannung auch bei stark schwankender Belastung praktisch nicht ändern soll und die Dimensionierung etwa der anderer Teile einer integrierten Schaltung entspricht. Um Innenwiderstände von wenigen Ohm zu erzielen, ist ein großflächiger Transistor, ein hoher Emitterstrom und eine niederohmige Ansteuerschaltung notwendig. Aus Gründen des erheblichen Platzbedarfs und der hohen Verlustleistung sind diese Maßnahmen oft nicht realisierbar, mindestens aber unerwUnscht.
Niedrige Innenwiderstände besitzen auch Regelschaltungen mit hoher Schleifenverstärkung. Aber auch hier führen die zur Unterdrückung der Selbsterregung erforderlichen Kapazitäten, die in integrierten Schaltungen durch Sperrschichten gebildet werden, zu einem hohen Platzbedarf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die durch die DE-AS 25 33 199 bekannte Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer von Änderungen der Versorgungsspannung unabhängigen Hilfsspannung so weiterzubilden daß ohne gleichzeitige Erhöhung der Verlustleistung auch starke Belastungsschwankungen praktisch keinen Einfluß auf die Höhe der erzeugten Hilfsspannung ausüben0 Nit anderen Wor- ten ausgedrückt bedeutet das, daß der Innenwiderstand der Schaltungsanordnung sehr klein werden soll.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe mit Hilfe der kennzeichnenden Merkmale im Patentanspruch 1 gelöst. Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausfühuungsbeispiels näher erläutert.
Die in der Zeichnung dargestellte Schaltungsanordnung enthält einen einstufigen invertierenden Verstärker mit dem Transistor T1, dem Kollektorarbeitswiderstand R1 und dem Emitterwiderstand R2. Mit der Einfügung eines als Diode geschalteten Transistors T2, der die gleichen Kennwerte wie der Transistor T7 aufweist, und durch die Wahl gleicher Werte für die Widerstände R1 und R2 wird die Spannungsverstärkung v unabhängig vom Emitterstrom und nimmt den Wert v = - 1 an. Bei konstanter Steuerspannung an der Basis des Transistors T1 -machen sich aber mögliche Schwankungen der voraussetzungsgemäß instabilen Versorgungsspannung Uv am Kollektor des Transistors T7 noch voll bemerkbar. Um diesen Einfluß der Versorgungsspannung auszuschalten, wird die Basis des Transistors T1 über einen Spannungsteiler angesteuert, der zwischen dem Anschluß für die Versorgungsspannung Uv und dem Bezugspotential liegt und Schwankungen der Versorgungsspannung ebenfalls voll auf die Basis des Transistors T1 überträgt. Damit führt der Kollektor des Transistors T1 eine konstante Spannung.
Der eine, einseitig am Bezugspotential anliegende Zweig des Spannungsteilers besteht aus einer Konstantstromquelle, die durch den Transistor T3 und seinem Emitterwiderstand R3 gebildet ist. Die Steuerspannung für den Transistor T3 wird aus der konstanten Hilfsspannung abgeleitet.
Der zweite, einseitig an dem Versorgungsspannungsanschluß Uv anliegende Zweig des Spannungsteilers besteht aus der Serienschaltung der Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors T4 und zweier Dioden D21 und D22. Der zunächst als konstant angenommene Spannungsabfall am Transistor T4 und die Anzahl der in Serie geschalteten Dioden bestimmen, wie bekannt, die Höhe der erzeugten Hilfsspannung.
Die am Kollektor des Transistors T1 ahgenommene Ausgangsspannung des invertierenden Verstärkers steuert einen Transistor T5 in Emitterfolgerschaltung. Der Emitterarbeitswiderstand für den Transistor T5 wird durch die Serienschaltung eines Widerstandes R4 und zweier Dioden D31 und D32 gebildet. An dem mit dem Emitter des Transistors T5 verbundenen Ausgang A liegt die erzeugte Hilfsspannung Uh an. Der über den Dioden D31 und D32 entstehende Spannungsabfall dient zur Steuerung des Transistors T3, der zusammen mit dem Widerstand R3 die bereits erwähnte Konstantstromquelle bildet.
Eine Änderung des über den Ausgang A fließenden Stroms I um einen Betrag aI infolge einer Belastungsänderung hat eine Änderung a ob. des Spannungsabfalls am Transistor T5 zur Folge. Um zu verhindern, daß sich die Änderung des Spannungsabfalls am Ausgang A bemerkbar macht, ist in den Kollektorzweig des Transistors T5 die Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors T6 eingefügt, der den gleichen Aufbau und damit die gleichen Parameter wie der Transistor T5 aufweist. Die Basis des Transistors T6 ist über einen Widerstand R5, der den gleichen Wert wie der Kollektorwiderstand R1 bzw. der Emitterwiderstand R2 des Transistors T3 besitzt, mit dem Kollektor des Transistors T6 bzw. mit dem Versorgungsspannungsanschluß Uv verbunden. Wegen der übereinstimmenden Eigenschaften der Transistoren T5 und T6 und der im wesentlichen gleichen Innenwiderstände der Spannungsquellen zur Ansteuerung der beiden Transistoren T5 und T6 ändert sich der Spannungsabfall am Transistor T6 bei einer Stromänderung a 1 ebenfalls um einen Betrag u. Diese Änderung wird über den Transistor T4 auf die Basis des Transistors T1, d. h. auf den Eingang des invertierenden Verstärkers übertragen. Damit wirkt sich die Spannungsänderung bu mit dem umgekehrten Vorzeichen an der Basis des Transistors T5 aus und kompensiert den Spannungsabfall u am Transistor T5.
Für die Ausgangsspannung Uh gilt bei Vernachlässigung der Basisströme Uh = Uv - Ui - UT5O - RiT5 1 mit Ui = Uv - UT60 - RiT6I - UT4 - 2UD Dabei ist UT50 = UT60 die Basis-Emitter-Spannung der Transistoren T5 und T6 ohne Belastung des Ausgangs A (1 3 RiT5 = RiT6 der differentielle Widerstand der Basis-Emitter-Strecke der beiden Transistoren T5 und T6 und UT4 und UD die Spannungsabfälle am Transistor T4 und an den Dioden D21 und D22.
Aus den beiden vorstehend angegebenen Beziehungen ergibt sich Uh = UT4 + 2 UD Uh ist somit unabhängig von Uv und I. Es ist nochmals darauf hinzweisen, daß der Transistor T4 und die beiden Dioden D21 und D22 von einem eingeprägten Strom durchflossen werden, der von der stabilisierten Spannung Uh abgeleitet ist.
1 Figur 1 Patentanspruch

Claims

PatentansDruch 2 Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer von Änderungen er Versorgungsgleichspannung unabhängigen HilfsgLeichspannung mit wählbarer Temperaturabhängigkeit, mit einem ersten Transistor, dessen Emitter über einen ohmschen Widerstand mit dem emitterseitigen Pol der Versorgungsspannungsquelle und dessen Kollektor über eine Serienschaltung eines gleich großen Widerstandes und einer in Durchlaßrichtung gepolten ersten Diode mit dem kollektorseitigen Pol der Versorgungsspannungsquelle verbunden ist und dessen Kollektor strom durch eine an seiner Basis anliegende Spannung gesteuert wird, die aus der Versorgungsspannung mit Hilfe eines Spannungsteilers gewonnen wird, dessen einseitig am emitterseitigen Pol der Versorgungsspannungsquelle anliegender Zweig durch eine Konstantstromquelle mit einem durch einen Teil der Hilfsspannung gesteuerten, zweiten Transistor mit Emitterwiderstand gebildet ist und dessen einseitig am kollektorseitigen Pol der Versorgungsspanrungsquelle anliegender Zweig mindestens eine in Durchlaßrichtung gepolte Diode enthält, mit einem mit dem Kollektor des ersten Transistors verbundenen dritten Transistors in Emitterfolgerschaltung, über dessen aus der Reihenschaltung eines ohmschen Widerstandes und einer Diodenanordnung gebildeten Emitterwiderstand die Hilfsspannung abfällt, wobei die Diodenanordnung aus mindestens zwei in Reihe geschalteten Dioden in Durchlaßrichtung besteht und die Steuerspannung für den zweiten Transistor über der einseitig am emitterseitigen Pol der Versorgungsspannungsquelle anliegenden Diodenanordnung abgegriffen wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zwischen dem Kollektor des dritten Transistors (T5) und dem kollektorseitigen Pol (Uv) der Versorgungsspannungsquelle die Kollektor-Emitter-Strecke eines vierten Transistors (T6) eingefügt ist, dessen Basis über einen Widerstand (R5) mit dem kollektorseitigen Pol (Uv) der Versorgungsspannungsquelle verbunden ist, wobei der Wert des Widerstandes (R5) gleich dem Wert des Emitterwiderstandes (R2) bzw. des Kollektorwiderstandes (R1) des ersten Transistors (T1) ist, und daß zwischen der Diode (D21) oder den Dioden (D21, D22) im Kollektorzweig des zweiten Transistors (T3) und dem kollektorseitigen Pol (Uv) der Versorgungsspannungsquelle die Kollektor-Emitter-Strecke eines fünften Transistors (T4) eingefügt ist, dessen Basis mit dem Kollektor des dritten Transistors (T5) verbunden ist.