DE3137085C2 - Stromquellenschaltung - Google Patents

Abstract

Die erfindungsgemäße Stromquellen- bzw. -versorgungsschaltung umfaßt einen ersten Transistor (Q01), dessen Kollektor über eine Stromversorgung (I) mit einem Strom (I ↓0) an eine erste Stromquelle bzw. Stromquellenklemme (+E) angeschlossen ist, drei Transistoren (Q02, Q03, Q04) einer ersten Gruppe, deren Kollektor-Emitterstrecken fortlaufend in Reihe zwischen den Emitter des ersten Transistors und eine zweite Stromquelle bzw. Stromquellenklemme (-E) eingeschaltet sind, während ihre Kollektoren und Basiselektroden zusammengeschaltet sind, sowie vier Transistoren (Q11, Q21, Q31, Q41) einer zweiten Gruppe, deren Basiselektroden gemeinsam mit der Basis des ersten Transistors verbunden sind, während ihre Kollektoren an zugeordnete Stromausgangsklemmen (01, 02, 03 und 04) angeschlossen sind. Die Emitter des Transistors (Q11) und des ersten Transistors (Q01) sind zusammengeschaltet. Eine dritte Gruppe von Transistoren enthält einen Transistor (Q22), dessen Kollektor-Emitterstrecke zwischen die Emitter des Transistors (Q21) und des Transistors (Q02) geschaltet ist, weiterhin Transistoren (Q32 und Q33), deren Kollektor-Emitterstrecken in Reihe zwischen die Emitter der Transistoren (Q31 und Q03) geschaltet sind, sowie Transistoren (Q42, Q43 und Q44), deren Kollektor-Emitterstrecken in Reihe zwischen die Emitter der Transistoren (Q41 und Q04) geschaltet sind. Die Emitterflächen der Transistoren sind selektiv so gewählt bzw. eingestellt, daß die Stromausgangsklemmen (O ↓1, O ↓2, O ↓3 und

Description

10 /, - /₀ - 2' = 21₀,

Ij = I₀ ■ 2² = 41₀ und

U = I₀ - 2³ = 8 /₀

erzeugen und daß die Transistoren der dritten Gruppe in die erste, die zweite und die dritte Untergruppe untc^eilt sind, von denen der einzelne Untergruppen-Transistor (Q₂₂) zwischen dem Emitter des zweiten Transistors (θ!?) der zweiten Gruppe und dem Emitter des ersten Transistors (Q₀₂) der ersten Gruppe eine EmiternalhSi hat^on denen die zweite Untergruppe zwischen dem Emitter des dritten Transistors (Q₃₁) der zweiten Gruppe und dem Emitter des zweiten Transistors (Q₀₃) der ersten Gruppe den ersten und den zweiten Transistor (Q,,) mit jeweils einer Emitterfläche »2« aufweist, und von denen die dntte Untergruppe zwi-

chend/S

(L) der ersten Gruppe des ersten Transistor (Q₄₂) mit einer Emitterfläche »2«, den zweiten Transistor (Q₄₃) mit einer Emitterfläche »4« und den dritten Transistor (Q₄₄) mit einer Emitterflache »8« aufweist

4 Stromquellenschaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen weiteren gemeinsamen Transistor (Q₁₀₀) dessen Kollektor, Emitter und Basis mit der ersten Stromquelle (I), der Basis des gemeinsamen Transistors (Q₀₁) bzw. dem Kollektor des gemeinsamen Transistors verbunden sind.

5 Stromquel enschaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen weiteren gemeinsamen Transistör (Sund einen dritten gemeinsamen Transistor (Q₁₀₁), von denen der Kollektor, der Emitter und d.e Basi des weiteren gemeinsamen Transistors mit der ersten Stromquelle (I) der Basis des gemeinsamen Transistors (Q₀₁) bzw. dem Emitter des dritten gemeinsamen Transistors (Q₁₀₁) verbunden s.nd und von denen der KoI ektor und die Basis des dritten gemeinsamen Transistors (Q₁₀₁) an den Kollektor des weiteren gemeinsamen Transistors (Q₁₀₀) bzw. den Kollektor des gemeinsamen Transistors (Q₀₁) angeschlossen s.nd.

Die Erfindung betrifft eine Stromquellenschaltung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches KGB-PS 13 73 132) Eine solche Stromquellenschaltung dient insbesondere zur Lieferung mehrerer Strome mit jeweils eisener Bewertung für z. B. einen Digital/Analog- bzw. D/A-Wandler.

Tin D/A-Wandler unter Verwendung von R-2 R-Kettenwiderständen wurde bereits nach der integrierten SchStkreS-b^. C-Technologie hergestellt. Dieser D/A-Wandler bemhtaufdemPnnzip daß eme Anzahl von

dTrehdcR^R-Kettenwto^

Bits bewertet werden Da die Umsetzgenauigkeit eines Kettenwiderstaude verwendeten D/A-Wandlers von den

Schal krcl bzw IC notwendig, Fehler in den Nebenschluß-Wide^tandsverhältnissen durch Vergrößerung der BrcUen S r Shenmuster der Nebenschlußwiderstände möglichst klein zu halten. Dies ist aber deshalb unerwünscht, weil die Nebenschlußwiderstände auf einem Halbleiter-Chip oder-Plattchenjeweils eine große Flache

⁰¹/Side? GB-PS 13 73 132 ist eine Stromquellenschaltung zur Lieferung mehrerer Ströme mit jeweils eigener Bewertung bekannt, die einen ersten Transistor aufweist, dessen Kollektor über eine Stromquelle mit einer Ξι Spannungsquelle verbunden ist, und in der ferner eine Gruppe von Transistoren vorgesehen ^ deren Basiselektroden mit der Basis des ersten Transistors zusammengeschaltet sind. Mit d.eser bekannten Strom-Suel enschaltung soll die Aufgabe gelöst werden, die gewünschten Stromverhältniswerte mit möglichst hoher Genauigkeit zu bilden, wobei die Schaltungsanordnung auch in integrierter Technik ausfuhrbar sein soll Um dies zu erreichen, wird eine Kompensationsschaltung verwendet, die dnen Kompensationsstrom erzeugt der einen solchen Teil des Basisstroms jedes in der Schaltung verwendeten Transistors darstellt daß er dem. Emitte strom entspricht, derart, daß Fehler im Stromverhältnis zwischen den Stromkreisen, die sich aufgrund der Bas. ströme ergeben gleich dem genannten Kompensationsstrom werden. Die Kompensationsschaltung enthalt wenigstens einen Kompensationstransistor, dessen Emitter-Kollektorstrecke den genannten Stromkreis enthalt. Weiterhin ist aus der DE-AS 25 15 759 eine Gleichstromquelle zum Liefern von mehreren einander gleichen Strömen bekannt. Um bei dieser Schaltung zumindest die Mittelwerte der gelieferten Gleichströme mit sehr großer Genauigkeit gleich zu machen, ist dem eigentlichen Gleichstromkreis em Kopplungskreis mit η Eingangsklemmcn und η Ausgangsklemmen nachgeschaltet, welcher mit Hilfe e.nes von einem Taktgenerator gdiclcrlcn periodischen Steuersignals zyklisch ein derartiges Verbindungsmuster zwischen den η E.ngangsklcmmcn und den η Ausgangsklemmen erzeugt, daß jede der Ausgangsklemmen innerhalb einer von dem Steuc smnal festgelegten konstanten Zykluszeit während η identischer Zeitintervalle nacheinander mit jeder der

45

60

65

Eingangsklemmen gekoppelt ist, wobei jeweils nur eine Ausgangsklemme mit nur einer Eingangsklcmmc gleichzeitig verbunden ist.

Schließlich ist es noch aus der Zeitschrift »IEEE Journal of Solid State Circuits«, Band SC-12, Nr. 5,1977, Seiten 587 und 588, bekannt, bei einer Konstantstromquelle die Basis und den Kollektor eines Transistors beispiclsweise über einen weiteren Transistor miteinander zu verknüpfen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Stromquellenschaltung der eingangs genannten Art mil besonders einfachem Aufbau und besonders kleinen Abmessungen zu schaffen, die sich in vorteilhafter Weise für einen D/A-Wandler verwenden läßt und die eine solche Anordnung aus mehreren Transistoren aufweist, daü an mehreren Stromausgangsklemmen mehrere Ströme mit richtiger Bewertung abgegeben werden,
ίο Diese Aufgabe wird bei einer Stromquellenschaltung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 erfindungsgemäß durch die in dessen kennzeichnendem Teil enthaltenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen 2 bis 5.

Durch Einstellung der Emitterflächen der Transistoren bei einer solchen Stromquellenschaltung auf vorbestimmte Größen können so auf einfache Weise an den einzelnen Stromausgangsklemmen Ströme untcrschiedlicher Bewertung erhalten werden.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Eis zeigt

F i g. 1 ein Schaltbild einer Stromquellenschaltung gemäß der Erfindung zur Lieferung von Ausgangsströmen von 4 Bits,

Fig. 2 ein Schaltbild einer anderen Ausführungsform der Erfindung mit einem Transistor zur Berichtigung eines Stromverstärkungsfaktors,

Fig. 3 ein Schaltbild einer Stromquellenschaltung für tfie Rechnersimulation der Ausführungsform nach Fig. 2,

Fig. 4 eine graphische Darstellung von Ausgangsstror.ikennlinien als Ergebnis der Rechnersimulation der Stromquellenschaltung gemäß Fig. 3,

F i g. 5 eine graphische Darstellung von Ausgangsstrom-Fehlerkennlinien als Ergebnis der Rechnersimulation der Stromquellenschaltung nach Fig. 3,

Fig. 6 ein Schaltbild nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung zur Lieferung von Ausgangsströmen von N Bits und

Fig. 7 ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zur Lieferung von 4-Bit-Ausgangsströmen.

Fig. 1 zeigt die Anordnung einer Stromquellen- oder-Versorgungsschaltung zur Erzeugung mehrerer Ausgangsströme mit den Bewertungen (weights) 1 : 2 : 4 : 8 zur Verwendung bei einem D/A-Wandler von 4 Bits. Die dargestellte Stromquellenschaltung ist aus npn-Transistoren aufgebaut. Transistoren, deren Kollektoren an die Basiselektroden angeschlossen sind und die als Dioden dienen, d. h. ein erster Transistor Q„, sowie eine erste Transistorgruppe Q₀2~Qw> sind so angeordnet, daß ihre Kollektor-Emitterstrecken in Reihe geschaltet sind. Der Kollektor des ersten Transistors Q₀I '^st über eine Stromquelle /an eine positive Stromquelle bzw. Plusklemme +E als erste Stromversorgung angeschlossen. Der Emitter des Transistors Q₀₄ ist mit einer negativen Stromquelle -£als zweite Stromversorgung verbunden. Die Transistoren Q₀i~Qo4 bilden gemeinsam eine Haupistromstrecke für die Stromiiuellenschaltung. Vier Transistoren Q_n, Q₂,, Q₃, und Q₄, einer zweiten Gruppe sind an ihren Basiselektroden mit der Basis des ersten Transistors Q_Oi zusammengeschaltet, während ihre Kollektoren mit Stromausgangsklemmen O|-O₄ verbunden sind. Der Emitter des Transistors Q,, liegt am Emitter des ersten Transistors Q₀,. Die Basiselektroden einer dritten Transistorgruppe Q₂₂, Qn und Q₃,, Q₄₂ bis Q₄₄ sind jeweils mit deren Kollektoren verbunden. Eine Kollektor-Emitterstrecke des Transistors Q₂₂ ist zwischen die Emitter der Transistoren Q₂, und Q₀₂ eingeschaltet. Die Kollektor-Emitterstrecken der Transistoren Q₁₂ und Q₁, sind in Reihe zwischen die Emitter der Transistoren Q₃, und Q₀₃ geschaltet. Auf ähnliche Weise sind die Kollcktor-Emitterstrecken der Transistoren Q₄₁-Qm in Reihe zwischen die Emitter der Transistoren Q₄, und Q₀₄ geschaltet. Die Transistoren Q₂₂, Q₃₂ und Q₄₂ sind Mehremitter-Transistoren mit (jeweils) zwei Emittern, während die Transistoren Q₃₃ und Q₄₃ Mehremitter-Transistoren mit (je) vier Emittern sind und der Transistor Q₄₄ ein Mehremitter-Transistor mit acht Emittern ist. In Fig. 1 geben die Ziffern an den jeweiligen Emittern die Zahl dieser Emitter an. Wenn die Emitterflächen des eisten Transistors Q₀₁, der ersten Transistorgruppe Q₀₂-Q₀₄ und der zweiten Transistorgruppc Q₁₁, Q₂₁, Q_s, und Q₄₁ jeweils durch »1« dargestellt werden, lassen sich die Emitterflächen der dritten Transistorgruppe Q₂₂, Q₃₂ und Q₄₂ jeweils durch »2«, diejenigen der Transistoren Q₃₁ und Q₄₃ durch »4« und diejenige des Transistors Q₄₄ durch »8« darstellen.

Im folgenden ist die Arbeitsweise der Stromquellenschaltung gemäß Fig. 1 erläutert. Der von der Stromquelle /zu dieser Stromquellenschaltung gelieferte Strom sei mit/₀ bezeichnet, während die an den Spannungsausgangsklemmen O₁, O₂, O₃ und O₄ erhaltenen Stromgrößen bzw. -stärken InUZ₁, /₂,I₃ bzw. I₄ bezeichnet sind. Die Größen /, bis I₄ bestimmen sich nach folgender Gleichung:

/, = /₀

/2 = 2/o

Gleichung (1) kann wie folgt abgeleitet werden. Es sei angenommen, daß alle Transistoren in einem aktiven

Bereich arbeiten. In diesem Fall bestimmen sich eine zwischen Basis und Emitter anliegende Spannung V_Bi: sowie ein Kollektorstrom /, nach folgender Gleichung:

y_H, = V_T In UcAiAi,) (2)

Darin bedeuten: K₇- = eine thermionische Spannung, I₅ = ein Gegen- bzw. Sperrsättigungsstrom, A = Übergangs- bzw. Sperrschichtfläche zwischen Basis und Emitter und η = Flächenverhältnis des Emitters.

Die Basis-Emitterspannung des ersten Transistors Q₀, entspricht derjenigen des Transistors Q₁₁ der zweiten Gruppe. Genauer gesagt: V_BAQoi) = V_Bt{Q_u). Durch Einsetzen von Gleichung (2) in diese Gleichung und Ausdrücken von η und I₁. durch diese Werte der betreffenden Transistoren erhält man

^V> ^{ln = Vt ln}
1 A /

^{Vt ln} W

1 ■ A ■ /_t 1 · A ■ I₁

so daß sich ergibt

A. = Λ (4)

Die Summe aus den Basis-Emitterspannungen des ersten Transistors Q₀₁ und des Transistors O₀₂ der ersten (iruppe entspricht der Summe aus den Basis-Emitterspannungen des Transistors Q₂₁ der zweiten Gruppe sowie des Transistors Q₂₂ der dritten Gruppe. Demzufolge ergibt sich folgende Gleichung:

Kw/Cim) + VbAQoi) - *WÖ2i) +

Wie im vorher beschriebenen Fall, erhält man durch Einsetzen von Gleichung (2) in obige Gleichung sowie durch Ausdrücken von η und /_c durch diese Größen oder Weite der betreffenden Transistoren

Durch Einsetzen der Beziehung /, = /₀ nach Gleichung (4) in Gleichung (5) ergibt sich

2 Il = /5/2

Durch Umordnung der obigen Gleichung in bezug auf I₂ erhält man

/2 = 2/₀ (6)

Weiterhin ist die Summe der Basis-Emitterspannungen V_BE der Transistoren Q₀₁, Q₀₂ und Q₀₃ gleich derjenigen der Basis-Emitterspannungen der Transistoren Q₃), Q₃₂ und Q₃₃. Demzufolge gilt folgende Beziehung:

Hieraus ergibt sich:

-A-I₁ V-A-I₁ 1 · A · I₁

- ^K?ln T-JT ^{+ Krln}TTTT ^{+ Krln}TTTT ⁽⁷⁾

Durch Einsetzen bzw. Ersatz von Gleichungen (4) und (6) in Gleichung (7) ergibt sich

¹²^ = TTFT

demzufolge gilt:

/3 = 4/o (8)

Auf ähnliche Weise ist die Summe aus den Basis-Emitterspannungen V_8E der Transistoren Q_0], Q₀₂, Q03 und Q_(M gleich der Summe aus den Basis-Emitterspannungen ^f der Transistoren Q₄₁, Q₄₂, Q₄₃ und Q₄₄. Folglich gilt die folgende Beziehung:

Indem Gleichung (2) in obige Gleichung eingesetzt und anhand der Größen η und I₁ der betreffenden Transistoren ausgedrückt wird, erhält man:

K₇-In

1 · A ■ I_s ' I-A-I, ' IAI₁ ' 1 A ■ I₅

= V_r m L + v_T In + K₇- In - + Kr In
\ · A · I l A I 4 ■ A · I

IA-I₅ ' IA I₅ ' AA -I, ' SA ■ I_s

Durch Einsetzen bzw. Ersatz von Gleichungen (4), (6) und (8) in Gleichung (9) ergibt sich:

1 - 2 · 4 - 8/i ^

⁰ 1-2-4-8

Durch Umordnung der obigen Gleichung in bezug auf Z₄ erhält man

Z₄ = 8 Z₀ (10)

Wie sich aus obigen Gleichungen (4), (6), (8) und (10) ergibt, können an den Stromausgangsklemmen O_x -O₄ mit 1,2,4 bzw. 8 bewertete Ausgangsströme erhalten werden, wenn die Transistoren auf die in Fig. 1 dargestellte Weise angeordnet und die Emitterflächen dieser Transistoren auf vorher erwähnte Weise selektiv gewählt bzw. eingestellt sind. Da ein D/A-Wandler mehrere in einer geometrischen Reihe bewertete Ströme benötigt, z. B. die Ströme I_xJ₂, Z₃ und Z₄, kann die Stromquellenschaltung gemäß F i g. 1 ersichtlicherweise für einen D/A-Wandler eingesetzt werden. Da die Anordnung dieser Stromquellenschaltung einfach und die von ihr auf einen Halbleiter-Chip eingenommene Fläche klein ist, läßt sich diese Schaltung in einer für die Verwendung bei einem integrierten Schaltkreis geeigneten geringen Größe auslegen.

Im folgenden ist anhand von Fig. 2 eine Stromquellenschaltung beschrieben, bei der Fehler der Ausgangsklemmenströme Z₁, Z₂, Zj und Z₄ gemäß F i g. 1 kompensiert sind. In F i g. 2 sind den Teilen in F i g. 1 entsprechende Teile mit denselben Bezugsziffern wie vorher bezeichnet und daher nicht mehr im einzelnen erläutert. Bei der Schaltung gemäß Fig. 1 sind die Basiselektroden des ersten Transistor Q_0! sowie der Transistoren Q,, bis Q₄, der zweiten Gruppe zusammengeschaltet. Infolgedessen ist der vom ersten Transistor Q₀, gemäß Fig. 1 erhaltene echte bzw. tatsächliche Koilektorstrom ZXQoi) ein Strom, der durch Subtrahieren der Summe aus den Basisströmen der Transistoren Q₀₁, Qn, Q₂|, Q₃\ und Q₄₁ von dem konstanten Strom Z₀ erhalten wird, der über die Stromquelle Z fließt, wobei sich der Strom IXQ_0x) durch folgende Gleichung ausdrücken läßt:

IXQoi) = /o - 4" (Zo + Λ + /2 + /3 + Λ) = (l -T-Vo Π I)

ß \ β J

Darin bedeutet:./? = Emitterschaltungs-Stromverstärkung oder -gewinn des ersten Transistors und der zweiten Transistorgruppe (vom npn-Typ). Der Stromverstärkungsfaktor sei mit »100« angenommen. In diesem Fall ergibt sich aus Gleichung (11), daß der echte bzw. tatsächliche Kollektorstrom I£Q₀\) des ersten Transistors Q„i um 16 % kleiner ist als der konstante Strom Z₀ der Stromquelle. Da sich der Kollektorstrom des ersten Transistors Q01, wie erwähnt, infolge der Basisströme der Transistoren Q₀I^-Q₄I verringert, werden die Basis-Emitterspannungen V_BE der Transistoren Q_Oi -Q₄i, auf denen die Berechnung bezüglich der Ströme I_x -Z₄ beruht, beeinflußt. Infolgedessen treten Fehler in den Ausgangsklemmenströmen Z₁ -Z₄ auf. Gemäß Fig. 2 ist ein zweiter Transistor Qioo vorgesehen, um die Fehler der Ausgangsklemmenströme Z| -Z₄ auszuschalten. Kollektor, Basis und Emitter des zweiten Transistors Q_i00 sind an eine Plusklemme +E(einer ersten Stromquelle), den Kollektor des ersten Transistors Q_O| bzw. die Basis des ersten Transistors Q₀, angeschlossen. Demzufolge wird ein echter bzw. tatsächlicher Kollektorstrom I_c'(Qo\) des ersten Transistors Q_Oi bei der Stromquellenschaltung gemäß Fig. 2 dadurch erhalten, daß vom konstanten Strom Z₀ der Quotient subtrahiert wird, wenn die Summe der AusgangsiCiCmmenspannungcn /(— J₄ uürCu./u uiViui6rt Wiruj uicScr ivOiickturSiFüFü IaSt Sich uürch 1Ο136Π116 vjiCiCiiUng ausdrücken:

/c'(Goi) -ib-4r (/0 + Λ + /2 + /3 + Λ) = (1 -4a-) ⁷O "2)

ß \ β /

Wie aus Gleichung (12) hervorgeht, beträgt der Fehler (Abweichung) des Kollektorstroms des ersten Transistors Q₀₁ nicht mehr als 0,16%.

Erfindungsgemäß wurde eine Rechnersimulation der in Fig. 3 dargestellten Stromquellenschaltung auf der Grundlage des bekannten SPICE-Programms durchgeführt, um die dem genannten Stromverstärkungsfäkor./f zugeschriebenen Fehler der Ausgangsklemmenströme Z₁-Z₄ zu überprüfen. Die Transistoren Q₁,, Q₂i, Qm und Q41 gemäß Fig. 3 wurden jeweils an der Stromausgangsquelle O₁,0₂,0₃ bzw. O₄ mit einer Spannung von 3,5 V gespeist, und der konstante Strom Z₀ der Stromquelle /wurde variiert Die Ergebnisse derSimulalion der Kollcktorströme Z._:-/₄ der Transistoren Q_M, Q₂₁, Q31 und Q₄, sind in folgender Tabelle 1 aufgeführt Darüber hinaus sind die Beziehungen zwischen einem anhand von Tabelle I erhaltenen Stromquellenstrom /₀ (A) und den Kollektor-Strömen Z), Z₂, /3 und Z₄ (A) in Fig. 4 veranschaulicht

Tabelle I

/„(,-Λ) I₁U-A) /₂(μΑ) /.,(μΛ) /₄(|-Λ)

I	0,963	1,945	3,920	7,890
5	4,911	9,878	19,85	39,84
IO	9,866	19,82	39,79	79,80
50	49,60	99,47	199,3	399,2
100	99,31	199,0	398,6	797,7
500	496,5	993,7	1986	4223
1000	943,3	1887	3937	5205

Anhand von Tabelle I lassen sich die Fehler der Kollektorströme der Transistoren Qn. Q₂,, Q_3] und Q₄,, d. h. die Ausgangsströme Z₁, Z₂, Z₃ und Z₄, nach folgenden Gleichungen bestimmen:

rf/,)--4^--100, ₂₀

4/_u

100, ^2S

Die nach obigen Gleichungen erhaltenen Beziehungen der Stromquellenströme I₀ und der Fehler ε(Ι\), r(/₂), vily) und f(/₄) sind in folgender Tabelle II zusammengefaßt:

Tabelle II

35

5 -is -i -) -Π7*; -n?n 4o

3,7	-2,8	-2,0	-1,4
1,8	-1,2	-0,75	-0,20
U3	-0,90	-0,53	-0,25
0,80	-0,53	-0,35	-0,20
0,69	-0,50	-0,35	-0,29
0,70	-0,63	-0,70	-5,6
5,7	-5,7	-1,6	-34,9

In Fig. 5 sind die graphischer Form ausgewerteten bzw. dargestellten Beziehungen gemäß Tabelle II veranschaulicht. 50

Wie aus Tabelle II hervorgeht, liegen die Fehler (Abweichungen) der Ausgangströme 7,-Z₄ innerhalb eines praktischen Bereichs des Eingangstroms Z₀ bei der Schaltung gemäß Fig. 2 in der Größenordnung von 1 %, so daß die Schaltung gemäß F i g. 2 für einen D/Α-Wandler gut geeignet ist. Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Stromquellenschaltung für einen DZA-Wandler ändern sich die Genauigkeiten der Ausgangsströme 1\~U, d. h. die Fehler gemäß Tabelle Π mit der Zahl der Bits. Wenn die Genauigkeiten der Ausgangsströme Zj-Z₄, die 55 für den DZA-Wandler nötig sind, mit V₂ eines niedrigstwertigen Bits (LSB) definiert werden, lassen sie sich gemäß folgender Tabelle III zusammenfassen.

Tabelle ΙΠ	Auflösung	Genauigkeit
Bitzahl	16	3,2
4	32	1,6
5	64	0,78
6	128	0,39
7	256	0,20
8

Mit zunehmender Zahl von Bits eines D/A-Wandlers sind die für die Ausgangsströme /,-/₄ erforderlichen Genauigkeiten gemäß Tabelle III notwendigerweise strengeren Anforderungen unterworfen. Es sei nunmehr angenommen, daß der Eingangsstrom V₀100 μΑ beträgt. Da der Fehler des Ausgangsstroms /, gemäß Tabelle 11 0,69 % beträgt, kann unter Verwendung der erfindungsgemäßeri Stromquellenschaltung ein D/A-Wandler von 6 Bits realisiert werden.

Nach der Erläuterung der 4-Bit-Stromquellenschaltung gemäß Fig. 1 und 2 ist im folgenden anhand von F i g. 6 eine Stromquellenschaltung von N-Bits erläutert. Bei der Schaltung gemäß F i g. 6 sind alle Transistoren vom npn-Typ. Der Kollektor des ersten Transistors Q₀₁ ist über eine positive Stromquelle /an eine Plusklemmc +E (einer ersten Stromversorgung) angeschlossen. Zwischen dem Emitter des ersten Transistors Q_Oi und einer

η negativen Stromversorgung bzw. Minusklemme -E sind eine Reihe von Kollektor-Emitterstrecken der ersten Transistorgruppe Q₀₂, Qo3»..., Q₀K, ■■·, Qon (K = 2,3,.. .,N) eingeschaltet, wobei N-1 dieser Transistoren die Kollektoren und die Basiselektroden in der angegebenen Reihenfolge zusammengeschaltet sind. Die Transistoren Q₀), Q₀₂,..., Q_0x,..., Q_owbilden eine Hauptstromstrecke der Stromquellenschaltung. Transistoren Q, j, Q₂,, • -. Qk i. · · · ·, Qn\ (^k = 1,2,..., N) einer zweiten Gruppe sind so angeordnet, daß ihre Basiselektroden mit der Basis des ersten Transistors Q₀, zusammengeschaltet sind, während ihre Kollektoren an Stromausgangsklcmmen O\, O₁,..., O_K,..., O_n angeschlossen sind. Der Emitter des Transistors Qn der zweiten Gruppe ist mildem Emitter des ersten Transistors Q_oi verbunden. Die Transistoren Q₂₂, Q₃₂ und Q₃₃, Q_A2, Q^₃,..., Q_AA und Q_N?, Qm, ■ · ·, Qnn der dritten Gruppe sind so angeordnet, daß sie an Kollektor und Basis zusammengeschaltcl sind. Die Emitter-Kollektorstrecke des Transistors Q₂₂ der dritten Gruppe ist zwischen die Emitter des Transistors Q₂1 der zweiten Gruppe und des Transistors Q₀₂ der ersten Gruppe geschaltet. Die Emitter-Kollektorstrecken der Transistoren Q₃₂ und Q₃₃ der dritten Gruppe sind in Reihe zwischen die Emitter des Transistors Qn der zweiten Gruppe und des Transistors Q₀₃ der ersten Gruppe geschaltet. Die Kollektor-Emitterstrecken der Transistoren Qk2, Qk3, - · - * Qa-a· der dritten Gruppe sind in Reihe zwischen die Emitter des Transistors Q_A, der zweiten Gruppe und des Transistors Q_0A der ersten Gruppe geschaltet. Die Emitter-Kollektorstrecken der Transistoren Q/v₂, Q/V3,..., Qnn der dritten Gruppe sind in Reihe zwischen die Emitter des Transistors Q_N\ der zweiten Gruppe und des Transistors Qb,_v der ersten Gruppe eingeschaltet. Die Transistoren }₂₂, Q₃₂,..., Q_K2, ■ ■., Qw der dritten Gruppe sind Mehremitter-Transistoren mit 2¹ Emittern. Die Transistoren Q₃₃,..., Q^₃,..., Q_w3 der dritten Gruppe sind Mehremitter-Transistoren mit 2² Emittern. Der Transistor Q_AA- der dritten Grup >e ist ein Mehremitter-Transistor mit 2^A~' Emittern. Der Transistor Q_NN ist ein Mehremitter-Transistor mit 2^N~' Emittern. Mit anderen Worten: Wenn die Emitterflächen des ersten Transistors Q₀₎, der Transistoren Q_ul-Qo_N der ersten Gruppe und der Transistoren Qh^-Qm der zweiten Gruppe jeweils durch »1« ausgedrückt bzw. vorgegeben werden, entsprechen die Emitterflächen der Transistoren mit 2', 2²,... ,2^K~',.. .,2 Emittern jeweils 2',2"\..., 2^K~',.. .,bzw.2^N~'.Für die Transistoren der dritten Gruppe gilt folgendes: MitAT = 2,3,.. .,/V, beträgt die Zahl der Transistoren, deren Kollektor-Emitterstrecken in Reihe zwischen die Emitter des Transistors Qm der zweiten Gruppe und des Transistors Q₀*der ersten Gruppe geschaltet sind, jeweils K-\ (Q_A2, Q_A,,..., Q_AA), während die Emitterzahl jeweils 2', 2²,.. .,2^K~' beträgt. Da K eine beliebige Größe 2,3,.. .,N besitzen kann, läßt sich die Gesamtzahl der Transistoren der dritten Gruppe ausdrücken durch

A-N

Σ (K-I).

A' = I

Die Schaltung gemäß F i g. 6 enthält den bereits anhand von Fi g. 3 beschriebenen zweiten Transistor Q_m zum Korrigieren des Ausgangsstroms sowie einen dritten Transistor Qi₀I für denselben Zweck. Kollektor, Basis und Emitter des zweiten Transistors Q _m sind mit der ersten Stromversorgung, dem Emitter des dritten Transistors Q₁₀₁ bzw. der Basis des ersten Transistors Q₀₁ verbunden. Kollektor und Basis des dritten Transistors Q _l(l1 sind an den Kollektor des zweiten Transistors Qi₀₀ bzw. an den Kollektor des ersten Transistors Q₀| angeschlossen. Die Arbeitsweise der Stromquellenschaltung gemäß Fig. 6 ergibt sich Tür den Fachmann auf diesem Gebiet ohne weiteres aus den zu F ig. 1 gemachten Erläuterungen. Die an den Ausgangsklemmen O₁,0₂,0,,..., 0_Α,..., O* gewonnenen Stromgrößen bzw. stärken lassen sich für die Stromgröße /₀ der Stromversorgung / in geometrischer Progression bzw. Reihe ausdrücken durch /₀ · 2°, /₀ · 2¹, /₀ · 2²,..., /₀ · 2*~',..., /„ · 2^N '.

Im folgenden ist noch eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromquellenschaltung anhand von F i g. 7 beschrieben. Der Unterschied dieser Ausführungsform zu derjenigen nach F i g. 1 besteht darin, daß der Transistor Q_3! der zweiten Gruppe und der Transistor Q₃₃ derdritten Gruppe jeweils zwei Emitter aufweisen, während der Transistor Q₄₁ der zweiten Gruppe zwei Emitter und der Transistor Q₄₄ der dritten Gruppe vier Emitter besitzen. Arbeitsweise und Wirkung der Ausführungsform gemäß F i g. 7 entsprechen genau denjenigen bei der Ausfuhrungsform nach Fig. 1. Der Grund für diese Gleichheit ist nachstehend unter Bezugnahme auf Tabelle IV erläutert.

60

Tabelle IV Schaltung mit 2. und 3. Produkt der Emitterflächen Produkt der Emittcrflüchen Ausgangsstrom Transisloryruppc nach Fig. 1 nach Fig. 7

On 1 1 /. =/o

Qn-Q)- 1-2=2 1-2 = 2 /₂ = V^Z₀ = 2 /₀

0.U-0.V-0.11 1-2-4 = 8 2-2-2 = 8 Z₃ = ViF" Z₀ = 4 Z„

C^i-04>-04.i-0j4 1-2-4-8= 64 2-2-4-4 = 64 Z₄ = VM¹I₀ = 8 Z₀

Wie aus Tabelle IV hervorgeht, beträgt das Emitterflächenprodukt der Schaltung Q₃1 -C₃₂- Q₃, gemäß F i g. 1 I · 2 · 4 und gemäß F i g. 2 2 ■ 2 · 2 =8. Dies bedeutet, daß das Produkt aus den Emitterflächen dieser Schaltungen jeweils gleich groß ist. Das Emitterflächenprodukt der Schaltung Q41-Q42-Q43-Q44 beträgt gemäß Fig. 1 1-2-4-8 = 64 und gemäß F i g. 2 2 -2 -4 -4 = 64, so daß die Produkte (wiederum) jeweils gleich groß sind. Entsprechend den Gleichungen nach Tabelle IV ergeben sich somit die Beziehungen Z, = I₀; I₂ = 21₀; Z₃ =41₀; 20 und /4=8 I_n. Das Herstellungsverfahren für die Transistoren der erfindungsgemäßen Stromquclienschaltung ist einfach durchführbar. Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 kann die Zahl der Emitter der Transistoren von /weiter und dritter Gruppe durch Berechnung nach Tabelle IV bestimmt werden.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Stromquellenschaltung zur Lieferung mehrerer Ströme (I_hI₂, ...,I_n) mit jeweils eigener Bewertung, bestehend aus einem gemeinsamen Transistor (Q₀₁), dessen Kollektor über eine Stromquelle (/) mit einer S Spannungsquelle (+E) verbunden ist und dessen Basiselektrode mit einer Kollektorelektrode direkt oder über einen Transistor verbunden ist, dessen Emitterfläche gleich ist »1« und wobei der durch die Stromquelle (I) fließende Strom gleich ist I₀, mit einer ersten Gruppe von Transistoren, die einen ersten Transistor (Q_u2), einen zweiten Transistor (Q₀₃),..., (JV- l)'ten Transistor (Q_0n) enthält, die in Reihe geschaltet sind, wobei die Basiselektrode jedes Transistors der ersten Transistorgruppe mit dem Kollektor desselben verbunden ist, ferner der Kollektor des ersten Transistor (Q₀₂) der ersten Gruppe mit dem Emitter des gemeinsamen Transistors (Qoi) verbunden ist, der Emitter des (TV-l)'ten Transistors (Q_0n) mit einer zweiten Spannungsquelle (-E) verbunden ist und die Emitterfläche jedes Transistors der ersten Gruppe gleich ist»I«, mit einer zweiten Transistorgruppe mit einem ersten Transistor (Q,,), einem zweiten Transistor (Q _t2),..., und einem JV'ten Transistor (Qm)> wobei die Basiselektrode jedes Transistor der zweiten Gruppe mit der Basiselektrode des

is gemeinsamen Transistors (Q₀,) verbunden ist, und wobei die Kollektorelektroden des ersten, zweiten,... und Wten Transistors jeweils die Ströme (/, = I₀ · 2°), (I₂ = I₀ · 2'),..., (I_n = I₀ ■ 2*"') abgeben, dad u rc h gekennzeichnet, daß der Emitter des ersten Transistors (Qn) der zweiten Gruppe mit dem Emitter des gemeinsamen Transistors (Qm) verbunden ist, daß die Transistoren der dritten Gruppe in Form einer ersten, zweiten,..., (A-l)'ten,..., (W-l)'ten Untergruppe vorgesehen sind, daß weiter die Basiselektrode jedes Transistors der dritten Gruppe mit dem Kollektor desselben verbunden ist, daß die erste Untergruppe einen einzelnen Untergruppen-Transistor (Q₂₂) enthält, der mit seinem Kollektor mit dem Emitter des zweiten Transistor (Q₂O der zweiten Gruppe verbunden ist, mit seinem Emitter mit dem Emitter des ersten Transistors (Q₀₂) der ersten Gruppe verbunden ist, daß weiter die zweite Untergruppe einen ersten Transistor (Q₃₂) und einen damit in Reihe geschalteten zweiten Transistor ((Q₃₅) enthält, daß der erste Transistor (Q₃?) der zweiten Untergruppe mit seinem Kollektor mit dem Emitter des dritten Transistors (Q₃₁) der zweiten Gruppe verbunden ist, daß der zweite Transistor (Q₃₃) der zweiten Untergruppe mit seinem Emitter mit dem Emitter des zweiten Transistors (Q₀₃) der ersten Gruppe verbunden ist, daß die (K-t)'te Untergruppe einen ersten Transistor (Q*₂), einen zweiten Transistor (Q_A-₃), ·. ·, und einen (K-])'ten Transistor (Q_KK) enthält, daß ferner der erste Transistor (Q_A2) der (AT-l)'ten Untergruppe mit seinem Kollektor mit dem Emitter des AT'len

3n TransistorQ₄-1) der zweiten Gruppe und der (K-1 )'te Transistor (Qkk) der (K-1 )'ten Untergruppe mit seinem Emitter mit dem Emitter des (K-l)'ten Transistor (Q_0K) der ersten Gruppe verbunden ist, daß die (N-l)'te Untergruppe einen ersten Transistor (Q_N2), einen zweiten Transistor (Q,_V3),..., (N-l)'ten Transistor (Q_NN), aufweist, die in Reihe geschaltet sind, daß der erste Transistor der (N-1 )'ten Untergruppe mit seinem Kollektor mit dem Emitter des /Vten Transistors (Qm) der zweiten Gruppe verbunden ist, daß der (W-l)'te Transistor (Q_NN) der (N-l)'ten Untergruppe mit seinem Emitter mit dem Emitter des (N-l)'ten Transistors (Q_0n) der ersten Gruppe verbunden ist, und daß das Produkt der Emitterflächen des ATten Transistors (Qk\) und jedes Transistors (Q_K2, Q^₃,..., Qkk) der (Af-l)'ten Untergruppe gleich ist

fev»}

2. Stromquellenschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Gruppe den ersten, den zweiten und den dritten Transistor (Q₀₂, Q₀₃, Qm) aufweist, die zwischen dem Emitter des gemeinsamen Transistors (Q₀₁) und der zweiten Spannungsquelle (-E) liegen, daß die zweite Gruppe den ersten, den zweiten, den dritten und den vierten Transistor (Qn, Q_2!, Q₃,, Q_4!) aufweist, von denen jeder die Emitterflächc »1« hat und die jeweils einen Strom

/₃ = /₀ · 2² = 4 /₀ und

U = /0 · 2³ = 8 /₀

erzeugen, und daß die Transistoren der dritten Gruppe in die erste, die zweite und die dritte Untergruppe un-

M) terteilt sind, von denen der einzelne Untergruppen-Transistor (Q₂₂) zwischen dem Emitter des zweiten Tran-

y sistors (Q:i) der zweiten Gruppe und dem Emitter des ersten Transistors (Q₀₂) der ersten Gruppe eine limit-

;| terfläche »2« hat, von denen die zweite Untergruppe zwischen dem Emitter des dritten Transistors (Q₁,) der

h< zweiten Gruppe und dem Emitter des zweiten Transistors (Q03) der ersten Gruppe den ersten Transistor (Q,,)

Sri mit einer Emitterfläche »2« und den zweiten Transistor (Q33) mit einer Emitterfläche »4« aufweist, und von

i| 65 denen die dritte Untergruppe zwischen dem Emitter des vierten Transistors (Q₄,) der zweiten Gruppe und

!:' dem Emitter des dritten Transistors (Q₀₄) der ersten Gruppe den ersten Transistor (Q₄₂) mit einer Emilter-

i^!?| fläche »2«, den zweiten Transistor (Q43) mit einer Emitterfläche »4« und den dritten Transistor mit einer

'■'* Emitterfläche »8« aufweist.

3 Slromquellenschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste „„„·_„„,„-den zweiten und den dritten Transistor (Q₀₂, Q₀₃, Q₀₄) aufweist, ^F^^^^SSSSSiiS. Transistors (Q₀₁) und derzweiten Spannungsquelle (-E) liegen, daß die zweite Gruppe den erste^ den zwei

Men dritten und den vierten Transistor (Q_u, Q^Q₃₁, O₄.) aufweist von denen der erste ^r zwei e Transistor die Emitterfläche »1«, der dritte und der vierte Transistor die Emitterflache .,2« haben und d.e jeweils einen Strom