DE2849153C2

DE2849153C2 - Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer konstanten Hilfsgleichspannung

Info

Publication number: DE2849153C2
Application number: DE19782849153
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dr.-Ing. 8000 München Wilhelm
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1978-11-13
Filing date: 1978-11-13
Publication date: 1982-08-19
Also published as: DE2849153A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung nach dem Oberbeg-iff des Patentanspruchs.

Eine derartige Schaltungsanordnung ist durch die DE-AS 25 33 199 bekannt. Die Unabhängigkeit der erzeugten Ausgangsgleichspannung, die vorzugsweise als Hilfsspannung für Logikschaltungen in ECL-Technik dient, von Schwankungen der Versorgungsgleichspannung wird durch Kompensation 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— — \ 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 Hilfsgleichspannung abgenommen wird. Der Innenwiderstand einer solchen Emitterfolgerschaltung beträgt

Ri= (Rb+ Rq)Iβ + Ut/Ie+ Re
Dabei ist

/?sbzw. Re der Basis- bzw. Emitterbahn widerstand des

Transistors
Rq Der Innenwiderstand der ansteuernden

Spannungsquelle

β die Stromverstärkung des Transistors

Ut die Temperaturspannung (=26 mV)

Ie der Emitterstrom.

Der Innenwiderstand eines Emitlerfolgers ist zwar von Natur aus klein, aber doch nicht immer klein genug, wenr sich die Ausgangsspannung auch bei stark schwankender Belastung praktisch nicht ändern soll und die Dimensionierung etwa der anderer Teile einer integrierten Schaltung entspricht. Um Innenwsderstände von wenigen Ohm zu erzielen, ist ein großflächiger Transistor, ein hoher Emitierstrom und eine niederohmige Ansteuerschaltung notwendig. Aus Gründen des erheblichen Platzgedarfs und der hohen Verlustleistung sind diese Maßnahmen oft nicht realisierbar, mindestens aber unerwünscht.

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 Plalzbedarf.

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 weiterzubil- den, daß ohne gleichzeitige Erhöhung der Verlustleistung auch starke Belastungsschwankungen praktisch keinen Einfluß auf die Höhe der erzeugten Hilfsspannung ausüben. Mit anderen Worten ausgedrückt bedeutet das, daß der Innenwiderstand der Schaltungsanordnung sehr klein werden soll.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die

gekennzeichneten Merkmale im Patentanspruch gelöst.

Bei einer aus der US-PS 38 93 018 bekannten

Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer von Änderung der Versorgungsgleichspannung unabhängigen Hilfsgleichspannung ist im Kollektorzweig eines als Emitterfolger betriebenen Ausgangstransistors ebenfalls die Kollektor-Emitterstrecke eines weiteren Transistors eingefügt, dessen Basis über einen Widerstand mit dem kollektorseitigen Pol der Versorgungsspannungsquelle verbunden ist. Dieser Widerstand wird jedoch nicht allein von dem Basisstrom des weiteren Transistors, sondern zusätzlich von dem wesentlich größeren Querstrom eines aus Widerständen, Dioden und Transistoren bestehenden Spannungsteilers durchflossen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher

erläutert

Die in der Zeichnung dargestellte Schaltungsanordnung enthält einen einstufigen invertierenden Verstärker mit dem Transistor Tl, dem Kollektorarbeitswiderstand R ϊ und dem Emitterwiderstand R 2. Mit der Einfügung eines als Diode geschalteten Transistors 72, der die gleichen Kennwerte wie'de«· Transistor Ti aufweist, und durch die Wahl gleicher Werte für die Widerstände R1 und R 2 wird die Spannungsverstärkung ν unabhängig vom Emitterstrom .und nimmt Jen Wert v= — 1 an. Bei konstanter Steuerspannung an der Basis des Transistors Ti machen sich aber mögliche Schwankungen der voraussetzungsgemaß instabilen Versorgungsspannung U_v am Kollektor des Transistors Ti noch voll bemerkbar. Um diesen Einfluß der is Versorgungsspannung auszuschalten, wird die Basis des Transistors Ti über einen Spannungsteiler angesteuert, der zwischen dem Anschluß für die Versorgungsspannung Uy und dem Bezugspotential liegt und Schwankungen der Versorgungsspannung ebenfalls voll auf die Basis des Transistors Ti überträgt Damit führt der Kollektor des Transistors Ti eine konstante Spannung.

Der eine, einseitig am Bezugspotential anliegende Zweig des Spannungsteilers besteht aus einer Konstantstromquelle, die durch den Transistor 73 und seinem Emitterwiderstand R 3 gebildet ist. Die Steuerspannung für den Transistor 73 wird aus der konstanten Hilfsspannung abgeleitet Der zweite, einseitig an dem Versorgungsspannungsanschluß U, anliegende Zweig des Spannungsteilers besteht aus der Serienschaltung der Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors 74 und zweier Dioden D 21 und D 22. Der zunächst als konstant angenommene Spannungsabfall am Transistor 74 und die Anzahl der in Serie geschalteten Dioden bestimmen, wie bekannt, die Höhe der erzeugten Hilfsspannung.

Die am Kollektor des Transistors Π abgenommene Ausgangsspannung des invertierenden Verstärkers steuert einen Transistor 75 in Emitterfolgerschaltung. Der Emitterarbeitswiderstand für den Transistor T5 wird durch die Serienschaltung eines Widerstandes R 4 und zweier Dioden D 31 und D32 gebildet. An dem mit dem Emitter des Transistors 75 verbundenen Ausgang A liegt die erzeugte Hilfsspannung ίΛ an. Der über den Dioden D31 und D 32 entstehende Spannungsabfall dient zur Steuerung des Transistors 73, der zusammen mit dem Widerstand A3 die bereits erwähnte Konstantstromquelle bildet.

Eine Änderung des über den Ausgang A fließenden Stroms /um einen Betrag A /infolge einer Belastungsänderung hat eine Änderung Au des Spannungsabfalls am Transistor 75 zur Folge. Um zu verhindern, daß sich die Änderung des Spannungsabfalls am Ausgang A bemerkbar macht, ist in den Kollektorzweig des Transistors 75 die Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors 76 eingefügt, der den gleichen Aufbau und damit die gleichen Parameter wie der Transistor 75 aufweist. Die Basis des Transistors 76 ist über einen Widerstand RS, der den gleichen Wert wie der Kollektorwiderstand R 1 bzw. der Emitterwiderstand R 2 des Transistors 71 besitzt, mit dem Kollektor des Trarsistors 76 bzw. mit dem Versorgungsspannungsanschluß Uy verbunden. Wegen der übereinstimmenden Eigenschaften der Transistoren 75 und 76 und der im wesentlichen gleichen Innenwiderstände der Spannungsquellen zur Ansteuerung der beiden Transistoren 75 und 76 ändert sich der Spannungsabfall am Transistor 76 bei einer Stromänderung Al ebenfalls um einen Betrag Au. Diese Änderung wird über den Transistor 74 auf die Basis des Transistors 71, d. h. auf den Eingang des invertierenden Verstärkers übertragen. Damit wirkt sich die Spannungsänderung Au mit dem umgekehrten Vorzeichen an der Basis des Transistors 75 aus und kompensiert den Spannungsabfall Au am Transistor 75.

Für die Ausgangsspannung U_h gilt bei Vernachlässigung der Basisströme

Ut= Uy- U₁- Utso- Rhs ■ / m\tUi= Uy- Ut6o- Rire'l- U_T<-2U_D

Dabei ist

Utso = Ut6o die Basis-Emitter-Spannung der Transistoren 75 und 76 ohne Belastung des Ausgangs A (I=O),

Ri't5 = RiTS der differentielle Widerstand der Basis-Emitter-Strecke der beiden Transistoren 75 und 76 und

Ut4 und Uo die Spannungsabfälle an der Basis-Emitterstrecke des Transistors 74 bzw. an den Dioden D 21 und D 22.

Aus den beiden vorstehend angegebenen Beziehungen ergibt sich

Uh=Un+ 2 Ud

Uh ist somit unabhängig von U_v und /. Es ist nochmals darauf hinzuweisen, daß der Transistor 7'4 und die beiden Dioden D 21 und D 22 von einem eingeprägten Strom durchflossen werden, der von der stabilisierten Spannung ίΛ abgeleitet ist.

Liste der Bezugszeichen

71-	76	Transistor
Ri-	RS	Widerstand
D21,	D 22	Diode
D31,	D 32	Diode
Uy		Versorgungsspannung
*u_h*		Hilfsspannung
A		Ausgang für Hilfsspannung
I		Ausgangsstrom

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer von Änderungen der Versorgungsgleichspannung unabhängigen Hilfsgleichspannung mit wählbarer Temperaturabhängigkeit, mit einem ersten Transistor, dessen Emitter Ober einen ohmschen Widerstand mit dem emitterseitigen Pol der Versorgungsspannungsquelle und dessen Kollektor Ober eine Serienschaltung eines gleich großen Widerstandes und einer in Durchlaßrichtung gepolten ersten Diode mit dem kollektorseitigen Pol der Versorgungsspannungsquelle verbunden ist und dessen Kollektorstrom durch eine an seiner Basis anliegende Spannung ges>euert wird, die aus der Versorgungsspannung mit Hilfe eines Spannungsteilers gewonnen wird, dessen einseitig am emittersenigen 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 Versorgungsspannungsquelle 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 emilterseitigen Pol der Versorgungsspannungsquel-Ie anliegenden Diodenanordnung abgegriffen wird, nach Patent 25 33 199, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kollektor des dritten Transistors (T5) und dem kollektorseiligen Pol (Uv) der Versorgungsspannungsquelle die Kollektor-Emitter-Strecke eines vierten Transistors (T6) eingefügt ist, dessen Basis über einen Widerstand (R 5) mit dem kollektorseitigen Pol (UJ der Versorgungsspannungsquelle verbunden ist, wobei der Wert des Widerstandes (R 5) gleich dem Wert des Emitterwiderslandes (R 2) bzw des Kollektorwiderstandes (R 1) des ersten Transistors (Ti) ist, und daß zwischen der Diode (D 21) oder den Dioden (D 21, D 22) im Kollektorzweig des zweiten Transistors (TZ) und dem kollektorseitigen Pol (UJ der Versorgungsspannungsquelle die Kollektor-Emitter-Strecke eines fünften Transistors (TA) eingefügt ist, dessen Basis mit dem Kollektor des dritten Transistors (T5) verbunden ist.