DE2853793C2

DE2853793C2 -

Info

Publication number: DE2853793C2
Application number: DE2853793A
Authority: DE
Inventors: Takashi Yokohama Kanagawa Jp Okada
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1977-12-14
Filing date: 1978-12-13
Publication date: 1988-03-03
Also published as: FR2412115B1; DE2853793A1; FR2412115A1; GB2010623A; NL189156C; CA1128609A; NL189156B; NL7812125A; AU4227878A; JPS61644B2; GB2010623B; US4217539A; AU528200B2; JPS5482647A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 (DE-OS 27 05 276).

Die Erfindung bezieht sich generell auf eine Schaltungsanordnung zur Abgabe eines stabilisierten Ausgangsstromes bzw. auf eine stabilisierte Stromabgabeschaltung; sie betrifft insbesondere eine solche Konstantstromabgabeschaltung, die einen stabilen Ausgangsstrom sogar in dem Fall erzeugen bzw. abgeben kann, daß sich die Temperatur bei Betrieb mit niedriger Spannung ändert.

Bei den bisher bekannten Konstantstromquellen, wie einer einen Konstantstrom erzeugende Transistorschaltung, sind Stromspiegelschaltungen vorgeschlagen worden, wie sie in Fig. 1 und 2 dargestellt sind.

Bei der in Fig. 1 dargestellten bekannten Stromspiegelschaltung ist ein Transistor 1 vom npn-Leitfähigkeitstyp vorgesehen, der mit seinem Emitter geerdet ist bzw. auf Masse liegt und dessen Kollektor mit einem Ausgangsanschluß 2 verbunden ist. Ferner ist ein weiterer Transistor 3 vom npn-Leitfähigkeitstyp vorgesehen, der als Diode geschaltet ist. Die Basis des Transistors 1 ist dabei mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Kollektor und der Basis des Transistors 3 verbunden, d. h. mit der Anode der so gebildeten Diode. Der Emitter des Transistors 3, d. h. die Kathode der Diode, liegt auf Masse bzw. ist geerdet. Der Verbindungspunkt zwischen dem Kollektor und der Basis des Transistors 3 ist über einen Widerstand 4 an einem Speisespannungsanschluß 5 angeschlossen, dem eine positive Gleichspannung V _CC zugeführt wird, so daß ein konstanter Strom I _C zu dem Transistor 1 fließt. Wenn in diesem Fall die Emitterfläche des Transistors 1 gleich der des Transistors 3 gewählt wird, der als Diode geschaltet ist, dann ergibt sich bei einer Basis-Emitter-Spannung V _BE des Transistors 1 und einem Widerstandswert R 1 für den Widerstand 4 ein Konstantstrom I _C, der folgender Beziehung genügt:

Eine bekannte Stromspiegelschaltung ist in Fig. 2 dargestellt, bei der die gleichen Bezugszeichen verwendet sind wie in Fig. 1, um dieselben Elemente zu bezeichnen. Der Emitter des Transistors 1, der vom npn-Leitfähigkeitstyp ist, ist über einen Widerstand 6 geerdet. Die Basis des Transistors 1 ist über einen Widerstand 7 an dem Anschlußpunkt zwischen dem Kollektor und der Basis des Transistors 3 angeschlossen, der so geschaltet ist, daß er eine Diode bildet. Der Transistor 3 liegt mit seinem Emitter auf Masse bzw. Erdpotential. Die Basis des Transistors 1 ist über den Widerstand 4 an dem Speisespannungsanschluß 5 angeschlossen, dem eine Gleichspannung V _CC in entsprechender Weise zugeführt wird wie bei dem Beispiel gemäß Fig. 1, so daß der Konstantstrom I _C zu dem Transistor 1 hin fließt. Wenn in diesem Fall gleiche Emitterflächen der Transistoren 1 und 3 gewählt werden und wenn die Widerstandswerte der Widerstände 7 und 6 mit R 2 bzw. R 3 gewählt werden, dann kann der Konstantstrom I _C durch folgende Beziehung angegeben werden:

Wie aus den obigen Gleichungen (1) und (2) ersehen werden kann, stehen der Konstantstrom I _C von den in Fig. 1 und 2 dargestellten bekannten Konstantstromabgabeschaltungen oder Stromspiegelschaltungen in Beziehung zu (V _CC-V _BE). Wenn demgemäß bei den in Fig. 1 und 2 dargestellten Konstantstromabgabeschaltungen die Bedingung V _CC»V _BE erfüllt ist, dann kann eine durch die Schwankung von V _BE des Transistors 1 - die von der Temperaturänderung abhängt - hervorgerufene Änderung oder Schwankung des Konstantstroms I _C vernachlässigt werden, und damit kann festgestellt werden, daß der Konstantstrom I _C keine Temperaturcharakteristik besitzt.

Wenn jedoch die von der Speisespannungsquelle abgegebene Speisespannung V _CC niedrig ist und demgemäß im Vergleich zu der Basis- Emitter-Spannung V _BE des Transistors 1 nicht hoch ist, dann hängt der Ausgangs-Konstantstrom I _C von der Spannung V _BE ab, oder er ändert sich entsprechend mit der Temperaturcharakteristik dieser Spannung. Demgemäß kann bezüglich der in Fig. 1 und 2 dargestellten bekannten Konstantstromabgabeschaltungen nicht von stabilisierten Konstantstromabgabeschaltungen gesprochen werden. Mit anderen Worten ausgedrückt heißt dies, daß bei niedriger Speisespannung V _CC die in Fig. 1 und 2 dargestellten Konstantstromabgabeschaltungen die Konstantstromcharakteristiken verlieren und damit praktisch nicht verwendet werden können.

Eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 geht aus der DE-OS 27 05 276 hervor. Diese Schaltungsanordnung besteht im wesentlichen aus einer Konstantstromquelle mit in Reihe liegender Diodenkette und aus nachgeschalteten Emitterfolger-Stufen. Die Basisanschlüsse der einzelnen Transistoren dieser Stufen sind jeweils zwischen dem Emitteranschluß und dem Emitterbasis-Widerstand der Vorstufe angeschlossen. Die erste Emitterfolger-Stufe ist zwischen der Konstantstromquelle und der ersten Diode der Diodenkette angeschlossen. Ausgang dieser Schaltungsanordnung ist der Kollektor der letzten Stufe.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine stabilisierte Stromabgabeschaltung anzugeben, die insbesondere auch bei nur kleiner zur Verfügung stehender Speisespannung temperaturunabhängig konstanten Strom abgibt.

Diese Aufgabe wird mit einer Schaltungsanordnung gemäß den kennzeichnenden Merkmalen im Anspruch 1 gelöst. Der Anspruch 2 gibt eine besonders vorteilhafte Weiterbildung an.

Die Stromabgabeschaltung besteht hauptsächlich aus Transistoren und Dioden, wobei für Dioden bevorzugte Transistoren mit Kollektor- Basis-Kurzschluß verwendet werden.

Schließlich soll eine einen stabilisierten Strom abgebende Stromabgabeschaltung bereitgestellt werden, bei der es sich um eine Transistorschaltung handeln soll und die einen stabilisierten Konstantstrom unabhängig von einer Temperaturänderung sogar dann liefert, wenn die Speisespannung der Speisespannungsquelle niedrig ist.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Transistorschaltung geschaffen, die eine Gleichstromspeisequelle mit zwei Anschlüssen und einer Reihenschaltung enthält, bestehend aus einem ersten Transistor und einer Anzahl m von Dioden. Die Reihenschaltung ist dabei mit dem einen Ende an einem Anschluß der Gleichstromquelle angeschlossen, und mit dem anderen Ende ist die betreffende Reihenschaltung an dem anderen Anschluß der Gleichstromspeisequelle angeschlossen. Der erste Transistor bildet zusammen mit der letzten, dem erwähnten anderen Anschluß der Gleichstromspeisequelle am nächsten liegenden Diode der betreffenden Reihenschaltung eine erste Stromspiegelschaltung. Die betreffende letzte Diode liegt dabei zwischen der Basis und dem Emitter des betreffenden ersten Transistors. Zwischen einem Kollektor des ersten Transistors und dem einen Anschluß der Gleichstromspeisequelle ist ein zweiter Widerstand vorgesehen. Zwischen dem Kollektor des ersten Transistors und dem anderen Anschluß der Gleichstromspeisequelle ist eine Diode angeschlossen. Ferner ist ein Ausgangstransistor vorgesehen, dessen Basis am Kollektor des ersten Transistors angeschlossen ist. Dieser Ausgangstransistor und die zuletzt erwähnte Diode bilden eine zweite Stromspiegelschaltung. Die Widerstandswerte des ersten Widerstands und des zweiten Widerstands sind in Verbindung mit der erwähnten Zahl m so gewählt, daß am Kollektor des Ausgangstransistors ein stabilisierter Konstantstrom erzeugt wird.

Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend beispielsweise näher erläutert.

Fig. 1 und 2 zeigen den Aufbau bekannter Konstantstromabgabeschaltungen oder -transistorschaltungen.

Fig. 3 veranschaulicht in einem Schaltplan ein generelles Ausführungsbeispiel einer hauptsächlich aus Transistoren und Dioden bestehenden Stromabgabeschaltung gemäß der Erfindung zur Abgabe eines stabilisierten Ausgangsstroms.

Fig. 4 zeigt in einem Schaltplan eine vereinfachte Ausführungsform einer einen stabilisierten Ausgangsstrom abgebenden Stromabgabeschaltung gemäß der Erfindung.

Im folgenden wird die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung näher erläutert.

Zunächst wird ein allgemeines Ausführungsbeispiel der Stromabgabeschaltung gemäß der Erfindung zur Abgabe eines stabilisierten Ausgangsstroms unter Bezugnahme auf Fig. 3 erläutert. Dabei sind in Fig. 3 zur Bezeichnung von den in Fig. 1 und 2 dargestellten Elementen entsprechenden Elemente die gleichen Bezugszeichen verwendet wie in Fig. 1 und 2.

Wie in Fig. 3 dargestellt, ist der Speisespannungsanschluß 5, dem eine positive Gleichspannung von V _CC zugeführt wird, über eine Reihenschaltung eines Widerstands 8 und einer Anzahl m von Transistoren 9₁ . . . 9 _{m -1}, 9 _m geerdet, deren jeder vom npn-Leitfähigkeitstyp ist und unter Bildung einer Diode geschaltet ist. Der Verbindungspunkt zwischen der Basis und dem Kollektor des Transistors 9 _m, der am nächsten bei Erde bzw. Masse liegt oder bei dem anderen Anschluß der Speisespannungsquelle, ist mit der Basis eines Transistors 10 verbunden, der vom npn-Leitfähigkeitstyp ist und der mit seinem Emitter geerdet ist. Demgemäß bilden der Transistor 9 _m, der ein zu einer Diode geschalteter Transistor ist, und der Transistor 10 eine erste Stromspiegelschaltung. Der Kollektor des Transistors 10 ist mit dem Verbindungspunkt des Kollektors und der Basis eines Transistors 11 verbunden, der vom npn-Leitfähigkeitstyp ist und der unter Bildung einer Diode entsprechend geschaltet ist und dabei mit seinem Emitter geerdet ist. Der Verbindungspunkt des Kollektors und der Basis des Transistors 11 ist über einen Widerstand 12 mit dem Speisespannungsanschluß 5 verbunden. Außerdem ist der betreffende Verbindungspunkt direkt mit der Basis des Ausgangstransistors 1 verbunden, der vom npn-Leitfähigkeitstyp ist und der mit seinem Emitter geerdet und mit seinem Kollektor an dem Ausgangsanschluß 2 angeschlossen ist. In diesem Fall ist eine weitere oder zweite Stromspiegelschaltung gebildet, bestehend aus dem Transistor 11, der unter Bildung einer Diode entsprechend geschaltet ist, und dem Ausgangstransistor 1.

Nimmt man bei der in Fig. 3 dargestellten Schaltungsanordnung an, daß die Transistoren 1, 9₁ . . . 9 _m-1, 10 und 11 mit gleichen Charakteristiken gewählt sind, daß ferner das Emitterflächenverhältnis der Transistoren 9 _m und 10 mit 1 : n gewählt ist, daß außerdem das Emitterflächenverhältnis der Transistoren 11 und 1 mit 1 : l gewählt ist, daß der den Transistor 9 _m durchfließende Strom I₁ beträgt, wenn die Basisströme der betreffenden Transistoren 1, 10 und 11 vernachlässigt werden, daß ferner der den Widerstand 12 durchfließende Strom mit I₂ bezeichnet ist, daß die die Transistoren 10 und 11 durchfließenden Ströme gegeben sind mit I₃ bzw. I₄, daß ein Ausgangsstrom von I₀ auftritt und daß die Widerstandswerte der Widerstände 12 und 8 mit R₀ bzw. R₅ gegeben sind, dann ergeben sich folgende Gleichungen:

Aus den obigen Gleichungen (3) bis (6) läßt sich die folgende Gleichung (7) ableiten:

Aus der Gleichung (7) kann der Ausgangsstrom I₀ wie folgt ausgedrückt werden:

Die obige Gleichung (8) kann wie folgt umgeschrieben werden.

Wenn man davon ausgeht, daß die folgende Gleichung (10) erfüllt ist, um den zweiten Term der obigen Gleichung (9) zu Null zu machen, also

R₅ = m n R₀ (10)

dann kann der Ausgangsstrom I₀ wie folgt ausgedrückt werden:

Es dürfte ersichtlich sein, daß die vorstehende Gleichung (11) keine Beziehung zur Basis-Emitter-Spannung V _BE des jeweiligen Transistors besitzt. Dies bedeutet, daß in dem Fall, daß die Gleichung (10) durch Wahl der Widerstandswerte R₀ und R₅ in der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 3 erfüllt ist, d. h., daß R₅ = mnR₀ ist, der Ausgangsstrom I₀ unabhängig davon stabil wird, ob die Speisespannung V _CC hoch oder niedrig ist, und unabhängig von einer Temperaturänderung ist.

In Fig. 4 ist eine praktische oder einfachste Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Bei der in Fig. 4 beispielsweise dargestellten Ausführungsform ist m mit 2 gewählt, d. h., daß zwei Transistoren 9₁ und 9₂ vorgesehen sind, deren jeder unter Bildung einer Diode geschaltet ist. Die Werte n und l sind jeweils mit 1 gewählt, und die Widerstandswerte R₅ und R₀ sind so gewählt, daß der Beziehung R₅ = 2R₀ genügt ist.

Der Ausgangsstrom I₀ bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform wird von der Gleichung (11) ausgehend demgemäß wie folgt angegeben:

Aus der Gleichung (12) dürfte somit ersichtlich sein, daß die in Fig. 4 dargestellte Transistorschaltung gemäß der Erfindung eine einen konstanten Ausgangsstrom abgebende Stromabgabeschaltung darstellt, die einen stabilen Ausgangsstrom I₀ unabhängig davon erzeugen kann, ob die Speisespannung V _CC hoch oder niedrig ist, und unabhängig von einer Temperaturänderung.

Es dürfte ohne weiteres einzusehen sein, daß Dioden anstelle der Transistoren 9₁ bis 9 _m und 11 bei der obigen Ausführungsform der Erfindung unter Erzielung derselben Auswirkungen verwendet werden können.

Claims

1. Schaltungsanordnung zur Abgabe eines stabilisierten Ausgangsstromes mit Anschlüssen für eine Gleichstromspeisung, mit einer aus einem ersten Widerstand und einer Anzahl m Dioden bestehenden Reihenschaltung, die mit ihren Enden an dem einen Pol und an den anderen Pol der Gleichstromspeisung anzuschließen ist, mit einem ersten Transistor, der mit seiner Basis mit der Reihenschaltung verbunden und an die Gleichstromspeisung angeschlossen ist,
mit einem Ausgangstransistor, der mit seiner Basis mit einem Anschluß des ersten Transistors verbunden ist und dessen Kollektor als Ausgang dient, und mit mindestens einer Stromspiegelschaltung, gekennzeichnet dadurch,

a) daß die Basis des ersten Transistors (10) mit der aus dem ersten Widerstand (8) und den Dioden (9₁ bis 9 _m) gebildeten Reihenschaltung so verbunden ist, daß die am nächsten dem genannten anderen Pol (Erde) der Gleichstromspeisung liegende letzte Diode (9 _m; 9₂) der betreffenden Reihenschaltung zwischen der Basis und dem Emitter des ersten Transistors (10) liegt, und diese letzte Diode (9 _m; 9₂) mit dem ersten Transistor (10) eine erste Stromspiegelschaltung bildet,
b) daß zwischen dem Kollektor des ersten Transistors (10) und dem genannten anderen Pol (Erde) der Gleichstromspeisung eine weitere Diode (11) liegt,
c) daß der Ausgangstransistor (1) mit seiner Basis am Kollektor des ersten Transistors (10) angeschlossen ist,
d) daß der Ausgangstransistor (1) zusammen mit der weiteren Diode (11) eine zweite Stromspiegelschaltung bildet, und
e) daß die Widerstandswerte des ersten Widerstandes (8) und eines zweiten Widerstandes (12), der im Kollektorkreis des ersten Transistors (10) liegt, bei gegebener Anzahl m Dioden (9₁ . . . 9 _m) so zueinander bemessen sind, daß der stabilisierte Konstantstrom am Ausgang erzeugt wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Emitterflächenverhältnis des ersten Transistors (10) und der letzten Diode (9 _m; 9₂) der betreffenden Reihenschaltung mit n : 1 gewählt ist,
daß das Emitterflächenverhältnis des Ausgangstransistors (1) und der zweiten Diode (11) mit l : 1 gewählt ist und daß die Widerstandswerte R₅ und R₀ des ersten Widerstands (8) und des zweiten Widerstands (12) derart gewählt sind, daß die Beziehung R₅ = mn R₀ erfüllt ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl m der Dioden (9₁, 9₂) in der betreffenden Reihenschaltung mit 2 gewählt ist, daß die Werte l und n jeweils mit 1 gewählt sind und daß der Widerstandswert des ersten Widerstands (8) so gewählt ist, daß er doppelt so hoch ist wie der Widerstandswert des zweiten Widerstands (12).