DE3006598A1

DE3006598A1 - Spannungsquelle

Info

Publication number: DE3006598A1
Application number: DE19803006598
Authority: DE
Inventors: Klaus 7400 Tübingen Streit
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1980-02-22
Filing date: 1980-02-22
Publication date: 1981-08-27
Also published as: JPH0236964B2; DE3006598C2; JPS56135217A; US4335346A

Description

5.2.1980 Wt/Hm

ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO STUTTGART 1

Spannungsquelle Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Spannungsquelle nach der Gattung des Hauptanspruches.

Zur Erzielung einer temperaturkompensierten Spannung ist es bekannt, zu einer Basis-Emitter-Spannung eine Differenzspannung zweier Basis-Emitter-Spannungen zu addieren. Dies führt bei geeigneter Dimensionierung der Schaltung zu einer temperaturunabhängigen Referenzspannung, die jedoch einen festen Betrag, nämlich den der Bandabstandsspannung besitzt. Auf diese Weise ist es daher nicht möglich, Spannungsquellen mit unterschiedlicher Ausgangsspannung zu realisieren.

Aus der Zeitschrift IEEE Journal of Solid-state Circuits, Band SC-Il, No. 6, Seite 795 ist eine Referenzstromquelle beschrieben, die zwei Transistoren mit unterschiedlichen Emitterflächen aufweist, deren Kollektorströme durch einen Differenzverstärker über zwei gleiche Widerstände auf gleiche

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Höhe geregelt werden. Durch die Differenzspannung der Basis-Emitter-Strecken des einen Transistors wird so eine der absoluten Temperatur proportionale Spannung erzeugt, die über einen Widerstand zu einem ebenfalls der absoluten Temperatur proportionalen Strom führt, über die Basis-Emitter-Spannung des anderen Transistors wird über einen weiteren Widerstand ein weiterer Strom definiert. Die Summe der Ströme ist bei entsprechender Dimensionierung der Widerstände näherungsweise .temperaturunabhängig. Diese bekannte Schaltung-hat jedoch den Nachteil, daß sie aufgrund der zahlreichen verwendeten Diodenstrecken eine relativ hohe Betriebsspannung erfordert, weiterhin ist sie im Aufbau sehr aufwendig und schließlich stellt die beschriebene Anordnung einen geschlossenen Regelkreis dar, dessen Stabilität durch zusätzliche Schaltmittel gesichert werden muß.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Spannungsquelle mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches hat demgegenüber den Vorteil, daß wegen der verwendeten zwei Diodenstrecken nur eine geringe Betriebsspannung erforderlich ist. Weiterhin ist sie im Aufbau erheblich einfacher als die bekannte Schaltung, wobei sich besonders vorteilhaft auswirkt, daß an die Konstanz des Speisestromes nur relativ geringe Anforderungen gestellt werden müssen und ferner handelt es sich bei der erfindungsgemäßen Schaltung um keinen geschlossenen Regelkreis, so daß keine zusätzlichen Schaltungsmaßnahmen zur Stabilisierung der Schaltung erforderlich sind. In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein erforderlicher Konstantstrom durch Stromspiegelung aus demAusgangsstrom gewonnen und hierdurch eine besonders gute Konstanz der Ausgangsspannung erzielt.

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Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 den Stromlaufplan einer Spannungsquelle; Fig. 2 den Stromlaufplan einer weiteren Spannungsquelle mit Stromspiegelschaltung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In der Schaltung gemäß Figur 1 ist ein Widerstand R 3 als Referenzwiderstand an eine Betriebsspannungsleitung 10 angeschlossen. Über dem Referenzwiderstand R3 kann eine Ausgangsspannung U3 abgenommen werden. Der Referenzwiderstand R3 wird vom Strom 13 durchflossen. Der Referenzwiderstand R3 ist weiterhin an einen Knotenpunkt 11 angeschlossen, der mit den Kollektoren zweier Transistoren Tl und T2 in Verbindung steht. Die entsprechenden Kollektorströme sind mit Il und 12 bezeichnet. Die Transistoren Tl, T2 sind über Widerstände Rl, R2 emitterseitig an Masse angeschlossen. Die Basiselektroden der Transistoren Tl, T2 sind mit Abgriffen eines Halbleiter-Spannungsteilers verbunden, der im dargestellten Ausführungsbeispiel durch zwei Transistoren T4, T5 realisiert ist, deren Basis-Elektroden jeweils mit dem Kollektor verbunden sind. Der Halbleiter-Spannungsteiler ist zwischen Masse und eine Konstantstromquelle 12 geschaltet, deren anderer Anschluß mit der Betriebsspannungsleitung 10 verbunden ist. Der Strom durch die Konstantstromquelle 12 ist mit I_ft bezeichnet.

Anstelle der. Transistoren Th, T5 können selbstverständlich auch Dioden verwendet werden, die dargestellte Ausführungsform ist jedoch für die Realisierung der erfindungsgemäßen Schaltung in integrierter Schaltungstechnik besser geeignet. Weiterhin sind die Widerstände Rl, R2, R3 vorzugsweise ebenfalls integriert ausgeführt, so daß sich die Temperatur-

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koeffizienten dieser Widerstände insgesamt nicht auswirken. Werden die Widerstände Rl, R2, R3 jedoch als diskrete Bauelemente ausgeführt, ist es zur Erzielung einer Temperaturkonstanz erforderlich, daß diese Widerstände in gleicher Bauart ausgeführt und gleichen Betriebsbedingungen ausgesetzt werden.

Die Punktion der in Figur 1 dargestellten Schaltung ist wie folgt: Der Strom 13 durch den Referenzwiderstand R3 setzt sich aus den Strömen Il und 12 zusammen. Nach der Knotenregel gilt:

I₃ = I₁ + I₂ (1)

Der Strom Il wird nun der absoluten Temperatur T und der Strom 12 einer Basis-Emitter-Spannung U_ßE proportional gemacht. Betrachtet man hierzu die Basis des Transistors Tl, so wirkt hier die Differenz der Basis-Emitter-Spannungen von Tl und T5 ein und es gilt:

1₁ = U^R₁* In 1^I₁ (2)

Für den Transistor T2 gelten andere Verhältnisse, da hier der Basis-Emitter-Spannung von T2 nicht eine sondern zwei Basis-Emitter-Spannungen gegenüberstehen, nämlich die von ΤΊ und T5. Damit gilt:

1₂ = 1/R₂ [2U_BE (I_A) - Ü_BE (I₂)] (3) Setzt man nun:

^UBEo = ^UBE ^(Io'^ ^}i ¹O ^e

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ff^ *^ίί yrth j&\ 49*\ 4^ Ι7*β jfi^ jd^

so folgt für (3):

I₂ = 1/R₂ (U_BEo f 2 ü_m In I_A/I_o - U_T In 1,,/I₀) (5)

I₂ = i/r₂ (u_{BEo +} u_T m i_a ²/i_oi₂) (6)

Für die Ausgangsspannung gilt:

U₃ = R₃ I₃ (7)

einsetzen von (I)₃ (2) und (6) in (7) ergibt:

u_{BEo +} U_T (in I_A ²ZI₀I_{2 +} R₂ZR₁ ■ in I₄ZI₁)] (8) Es ist bekannt, daß für die Bandabstandsspannung gilt:

^UG0 ^{= U}BEo * ^{a U}T ⁽⁹⁾

d.h. die Bandabstandsspannung ist gleich der Summe zweier Spannungen, von der die eine der Temperaturspannung Um propor tional ist» Wählt man nun den Proportionalitätsfaktor a für den vorliegenden Fall in geeigneter Weise so₃ daß der Temperaturkoeffizient insgesamt Null wird_s so ergibt sich:

^UGo = ^üBEo ^{+ Ü}T ^{(ln 1}A²Z¹O^ ^{+ R}2^/Rl ^ln

^üGo = ^U3 ^R2^/R3

Hieraus läßt sich eine Dimensionierungsregel für den Widerstand R2 in einfacher Weise herleiten:

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^R2 = ^R3 ^UGo^/U3

und für den Widerstand Rl:

R₁ = U_T/I₁ In ^/I₁ (13)

Insgesamt bedeutet dies, daß bei einer Dimensionierung der Widerstände Rl, R2 entsprechend den Gleichungen (13), (12) ein Temperaturkoeffizient Null erzielt wird.

In Fig. 2 ist der Stromlaufplan einer weiteren bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spannungsquelle dargestellt. Im Unterschied zur Spannungsquelle gemäß Figur 1 wird dabei der Konstantstrom I. nicht aus einer separaten Stromquelle bezogen sondern durch Stromspiegelung aus dem Ausgangsstrom 13 selbst gewonnen. Der Strom 13 der zum Knotenpunkt 11 fließt wird hierzu über den als Diode geschalteten Transistor 'T6 geleitet, und durch Verbindung des Knotenpunktes 11 mit den Basiselektroden zweier Transistoren T7, T8 im Ausgangskreis bzw. im Kollektorkreis des Transistors T4 in an sich bekannter Weise gespiegelt. Dies hat den Vorteil, daß der Konstantstrom I. dem Ausgangs-Stroms 13 entspricht und hierdurch die Konstanz des Ausgangsstromes 13 noch besser wird. Weiterhin ist in der Schaltung gemäß Figur 2 eine Anwerfschaltung, bestehend aus dem Widerstand R 4 und den Dioden D9, DlO, DIl vorgesehen. Die Dioden D9, DlO, DIl können selbstverständlich auch wie die Transistoren T4, T5, T6 realisiert werden.

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Claims

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Ansprüche

IJ Spannungsquelle mit temperaturkompensierter Ausgangsspannung, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise ein erster, der absoluten Temperatur proportionaler Strom, dessen Größe von einem ersten Widerstand abhängt und ein zweiter, einer Basis-Emitter-Spannung proportionaler Strom, dessen Größe von einem zweiten Widerstand abhängt, summiert und der erste und der zweite Widerstand derart eingestellt werden, daß der Temperaturkoeffizient des Summenstroms zu Null wird, daß ferner der Summenstrom auf einen Referenzwiderstand (R3) geführt wird, an dem die Ausgangsspannung (U3) abfällt, daß der Referenzwiderstand (R3) an den Verbindungpunkt der Kollektoren zweier Transistoren (Tl, T2) angeschlossen ist, deren Emitter über den ersten bzw. zweiten Widerstand (Rl, R2) an Masse liegen und deren Basis-Elektroden an zwei Abgriffe eines gegen Masse geschalteten und von einem Konstantstrom (I_A) durchflossenen Halbleiter-Spannungsteilers angeschlossen sind.

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2. Spannungsquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Widerstand (Rl) nach der Beziehung:

R₁ = U₁Zi₁ in τ_Α/τ_±

und der zweite Widerstand (R2) nach der Beziehung:

^R2 = ^R3 ^UGo^U3

eingestellt wird, wobei Um die Temperaturspannung," Il der erste Summenstrom, I. der Konstant strom U^, die Eandabstandsspannung und U^ die Ausgangsspannung ist.

3. Spannungsquelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Konstantstrom (1«) <
stromes (13) gewonnen wird.

daß der Konstantstrom (1«) durch Spiegelung des Summen-

4. Spannungsquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler aus zwei Dioden besteht.

5. Spannungsquelle nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler aus zwei Transistoren (T4, T5) besteht, deren Basiselektroden Jeweils mit den Kollektoren verbunden sind.

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6. Spannungsquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände (Rl, R2, R3) sämtlich integriert sind.

7· Spannungsquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände (Rl, R2₃ R3) als diskrete Bauelemente gleicher Bauart ausgeführt und gleichen Betriebsbedingungen ausgesetzt sind.

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