DE3206769A1

DE3206769A1 - Konstantspannungsschaltung

Info

Publication number: DE3206769A1
Application number: DE19823206769
Authority: DE
Inventors: Shigekazu Itami Hyogo Hayashi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1981-02-25
Filing date: 1982-02-25
Publication date: 1983-01-05
Also published as: JPH0334096B2; DE3206769C2; US4459540A; JPS57141729A

Description

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MITSUBISHI DENKI KABUSHIKI KAI.SHA
Tokyo / JAPAN

Konstantspannungsschaltung

Die Erfindung betrifft eine temperaturkompensierte Konstantspannungsschaltung. · " .

Eine herkömmliche Schaltung dieser Art ist in der Fig. 1 dargestellt mit folgenden Bauelementen: einem Widerstand 1, einer Reihenschaltung von m Dioden 2, einem Widerstand 3, einer Spannungsspeiseklemme 4. Diese Elemente 1 bis 4 erzeugen einen Spannungspegel V... Mit 5 ist in der Fig. 1 eine Pegelreduktionsschaltung dargestellt, die den Spannungspegel V^ um einen Spannungswert vermindert, der durch die Summe des η-fachen der Basis-Emitter-Spannung eines Transistors oder der Anoden-Kathoden-Spannung einer Diode, d.h. einer p-n-Ubergangsspannung, und einer vorbestimmten Spannung ist, wobei η eine ganze Zahl ist. Die Eingangsklemme dieser Pegelreduktionsschaltung ist mit 6 bezeichnet, ihre Ausgangsklemme mit■7, während der Spannungspegel an der Ausgangsklemme 7 die Bezeichnung V₂ trägt.

Eine Ausführüngsform der Pegelreduktionsschaltung ist in der Fig. 2 wiedergegeben. Darin stellen dar: 21, 22 und 23 NPN-Transistoren, 24 eine Diode, 25 einen Widerstand ■und 26, 27 und 28 Stromquellen. Mit η = 4 entspricht der Spannungsabfall des Widerstandes 25 der oben erwähnten vor-5 bestimmten Spannung.

Nachfolgend wird die Arbeitsweise der beschriebenen Schaltung dargelegt. Die Spannungspegel V ' und V» sind durch folgende Gleichungen (1) und (2) bestimmt:

(V - m · V) R

V=V — — 1

1 cc R₁ + R₂

V + m · (R₁ZRn) ' V__
CC 1 Z BE ,., .

V₉ = V₁ - (η · V + V_n) . . (2) ,

.

wobei V-„ die Basis-Emitter-Spannung des Transistors oder

Br» ■

die Anoden-Kathoden-Spannung der Diode, R₁ der Wert des Widerstandes 1, R₂ der Wert des Widerstandes 3, V die Speisespannung und V_ der Spannungsabfall am Widerstand 25 sind..

Wenn in die Gleichung (2) R₁ZR₇ gleich A gesetzt wird, läßt sich die Gleichung folgendermaßen zusammenfassen:

_Va. . _Vbb. <Isf-V₀, (3).

Sind die Werte V , V_n und R₁ZR-, unbeeinflußt durch Temperaturschwankungen konstant, dann ist der zweite Ausdruck der Gleichung (3) ein konstanter Wert. Um V₂ trotz auftretender Temperaturveränderungen konstant zu halten, sollte der erste Ausdruck der Gleichung (3) Null sein.
Die Bedingung, mit der der Wert von V„ temperaturabhängig gemacht wird, lautet also:

mA - n'- (1+A) =0 (4).

Wenn anstelle von R₂ZR₁ die Größe B geschrieben wird, erhält. Gleichung (4) die Form:

wodurch die Gleichung für V~ folgende Form erhält:

· ^V2 = Γ ^{V (6)}

Wo die Schaltung der Fig. 1 in der Praxis eingesetzt wird, werden V₀, V_n, V und η so gewählt, daß B C=R-ZR₁) und m die Gleichungen (5) und (6) erfüllen. Dadurch ergeben sich die folgenden zwei Probleme:

1. Der Wert m muß eine ganze Zahl sein. Aus der Gleichung (5) geht dann hervor, daß die Schwankungen von V_ aufgrund von Temperaturveränderungen nur dann Null sind, wenn η · ·R2/R1 eine ganze Zahl ist.

2. Auch wenn η * R-/R/ eine ganze Zahl ist, wird m ziemlich groß, wenn η oder R₂/**i 9^r°ß sind. Dies bedeutet für die Praxis, daß eine derartige Schaltung nicht realisiert

werden kann. ·

Zusammenfassend heißt das, daß bei einer Schaltung gemäß Fig. 1 Schwankungen von V' aufgrund von ■Temperaturänderungen praktisch nicht unterdrückt werden können.

Aus der vorstehenden Erläuterung geht hervor,.daß die herkömmliche Schaltung den Mangel besitzt, daß es unmöglich, ist, Schwankungen der Ausgangsspannung aufgrund von Änderungen der Temperatur vollständig zu kompensieren, weshalb der Erfindung die Aufgabe zugrunde liegt, eine Schaltung zu schaffen, die in allen auftretenden Fällen die Schwankungen der Ausgangsspannung aufgrund von Temperaturänderungen vollständig ausgleicht..

Die Zeichnung zeigt im einzelnen: · ·

Fig. 1 das Schaltbild einer herkömmlichen

temperaturkompensierten Konstant-Spannungsschaltung;

Fig. 2 das Schaltbild eines Beispiels für

eine pegelvermindernde· Schaltung, die in der Schaltung der Fig. 1 einge- . setzt wird;

Fig. 3 ' das Schaltbild einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 4 das Schaltbild einer zweiten Ausfüh

rungsform der Erfindung,und

Fig. 5 das Schaltbild einer pegelvermindernden Schaltung, wie sie in der Schaltung der Fig. 4 eingesetzt wird.

Ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltung ist in der Fig. 3 gezeigt, in der mit den Bezugszeichen 4 bis 7 dieselben Elemente wie bei der Schaltung· der Fig. 1 gekennzeichnet sind. Widerstände 8 und 9 dienen als Spannungsteiler, um aus einer Speisespannung einen Bozugsspannungspegel V zu erhalten. Ferner enthält die Schal- ■ tung einen NPN-Transistor 10, eine Stromquelle 11, eine Serienschaltung von m' Dioden und eine weitere Stromquelle

13. Die Schaltkreiselemente 10 bis 13 bilden eine erste Schaltungsgruppe 30, mit der der Bezugsspannungspegel V_ auf einen ersten Spannungspegel V. erhöht wird. Die pegelvermindernde Schaltung 5 wird durch eine zweite Schaltungsanordnung gebildet, der der erste Spannungspegel V.

zugeführt wird und die letzteren um eine Spannung herabsetzt, die die Summe eines ganzzahligen Vielfachen einer p-n-Ubergangsspannung und einer bestimmten Spannung ist, um einen Ausgangsspannungspegel zu erzeugen. 5

Die Arbeitsweise der Schaltung der Fig. 3 wird unter Verwendung derselben Symbole beschrieben, die bereits bei der Beschreibung der Fig. 1 verwendet wurden.

^V1 ⁼

1 ⁼ ^{+ (m} ■ ¹⁾ * ^VBE . ⁽⁷⁾'

^V2 * ^V1 - <ⁿ * ^VBE ⁺'V ' . ⁽⁸⁾'

wobei R₁, der Wert des Widerstandes 8 und R_ , der des Wi derstandes 9 sind.

Aus den Gleichungen (7) und (8) erhält man

V₂ - (m· - η - 1) V_BE

₀ .

Wenn V ·, V_n und R₁₁ZR₀, unabhängig von Temperaturveränderungen konstant sind, ist der zweite Ausdruck der Gleichung (9) konstant. Damit wird die Bedingung, unter der Schwankungen von V_ aufgrund von Temperaturänderungen .25 eliminiert werden:

m' - η - 1 = 0 (10)

oder
30

m¹ = η + 1 (11) .

Wenn Gleichung (11) gilt, dann ist

Bei vorgegebenen Größen V₉, V_n, V und η ist es immer
möglich, R₁,/R„, und m¹ aus den Gleichungen.(11) und (12) zu bestimmen, und so kann man eine Schaltung aufbauen, mit deren Hilfe in allen Fällen Schwankungen von V₂ aufgrund von Temperaturänderungen zu Null abgeglichen werden können.

Ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Fig. 4 dargestellt. Aus dem Vergleich der Figuren 4 und 3 wird deutlich,· daß anstelle der pegelverringernden Schaltung 5 in der Fig. 3 nunmehr eine pegelerhöhende Schaltung verwendet wird. In Fig. 4 wird Speisespannung über die Eingangsklemme 31 zugeführt, und diese wird mittels Widerständen 32, 33 aufgeteilt, um einen Bezugsspannungspegel V zu erhalten. Ferner sind vorhanden eine PNP-Transistor 34, eine Stromquelle 35, eine Reihenschaltung von m¹ Dioden

36 und eine Stromquelle· 37. Die Schaltungselement 34 bis

37 bilden einen ersten Schaltungsabschnitt, mit dem der Bezugsspannungspegel V_R auf einen ersten Spannungspegel V. reduziert wird. Ferner ist in der Fig. 4 ein zweiter Schaltungsteil 38 vorgesehen, mit dem der erste Spannungspegel V 'um eine Spannung erhöht wird, die die Summe der n-fachen (n ist eine ganze Zahl) der Bäsis-Emitter-Spannung eines Transistors oder der Anoden-Kathodenspannung einer Diode, d.h. einer p-n-Ubergangsspannung, und einer vorbestimmten Spannung ist. Der zweite Schaltungsteil 38 besitzt eine Eingangsklemme 39 und eine Ausgangsklemme 40, an der der zweite Spannungspegel V_ auftritt. Ein Beispiel für die pegelerhöhende Schaltung 38 ist in der Fig. 5 im einzelnen dargestellt. Die Bezugszeichen 31, 32 und 33 dieser Schaltung sind bereits aus der Fig. 4 bekannt. Ferner sind vorhanden PNP-Transistoren 41, 4 2 und 43, ein Widerstand 44, eine Diode 45 und Stromquellen 46, 4 7 und 48. Mit η gleich 4 entspricht der Spannungsabfall am Widerstand 4 4 der erwähnten vorbestimmten Spannung. Das Prinzip der Ar-

beitsweise des zweiten Ausführungsbeispiels ist gleich dem beim ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3.

Mit der Erfindung ist eine Konstantspannungsschaltung geschaffen,mit der Ausgängsspannungsschwankungeh aufgrund von Temperaturveränderungen vollständig kompensiert.werden. Die Beschreibung der Anmeldung geschah unter den Annahmen, daß V ,. V_n und R₁,/R-, durch die Temperaturänderungen unbeeinflußt bleiben. V is.t originär konstant, so daß kein Problem auftritt, diesen Parameter konstant zu halten. Im Falle einer integrierten Schaltung kann überdies auch R₁₁ZR-, von Temperaturänderungen unbeeinflußt gehalten werden. Auch wenn der Spannungsabfall V_ durch eine Temperaturänderung beeinflußt wird, stellt der Einsatz der erfindungsgemäßen Schaltung eine wirksame Verbesserung für das Kleinhalten von Spannungsschwankungen aufgrund.von Temperaturänderungen gegenüber dem Stand der Technik dar.

Leerseite

Claims

36 460 ·

MITSUBISHI DENKI KABUSHIKI KAISHA
Tokyo / JAPAN
5

Konstantspannungsschaltung 0 Patentan Sprüche

mJ Konstant spannungsschaltung,
gekennzeichnet durch

einen ersten Schaltungsteil (30), mit dem ein Bezugsspannungspegel (V ) durch p-n-übergangselemente auf einen errs

sten Spannungspegel gehoben wird, einen zweiten Schaltungsabschnitt (5) zum Verändern des ersten Spannungspegels (V^) um eine Spannung, die gleich der Summe eines ganzzahligen Vielfachen einer p-n-Ubergangsspannung und einer.vorbestimmten Spannung ist, zur Erzeugung einer Ausgangsspannung (V„) ," wobei die Zahl der p-n-Übergäng'e im ersten Schaltungsabschnitt (30) so gewählt ist, daß die Temperaturcharakteristik des zweiten Schaltungsabschnitts .(5) kompensiert wird.
2. Schaltung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß der erste Schaltungsabschnitt (30) ein Paar von Stromquellen (11, 13) enthält, zwischen denen die p-n-übergünge (12) in Reihenschaltung liegen, und daß ein Transistor (10] die Bezugsspannung (V_n) zugeführt erhält.
3. Schaltung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Bezugsspannung der Basis des Transistors (10) zugeführt, wird und eine der Stromquellen (13) und die p-n-Übergänge (12) zwischen Kollektor und Emitter des Transistors (10.) liegen.
4.. ' Schaltung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,

daß der zweite Schaltungsabschnitt (5) eine pegelvermindernde Schaltung ist, durch die der erste Spannungspegel (V₁) herabgesetzt wird.
5. Schaltung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß der zweite Schaltungsabschnitt (38) eine pegelerhöhende Schaltung ist, durch die der erste Spannungspegel (V^)

vergrößert wird. ·
6. Schaltung· nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, · ·

daß der erste Schaltungsabschnitt den Bezugsspannungspegel (V_n.) verringert, um den ersten Spannungspegel (V^) zu erhalten. ' . *^f

0
7. Schaltung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet/

daß der erste Schaltungsabschnitt (50) eine erste und eine zweite Stromquelle (35, 37) und in Reihenschaltung dazwischen eine Anzahl von p-n-Ubergängen (36) aufweist, und

daß ein Transistor (34), dessen Basis die Bezugsspannung (Vg) zugeführt wird, mit seinem Emitter an einem Punkt zwischen der ersten Stromquelle (35) und den p-n-Ubergängen (36) angeschlossen ist.
8. Schaltung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schaltungsabschnitt (38) drei parallel angeordnete Stromquellen (46, 47, 48), mehrere PNP-Transistoren (41, 42, 43) und einen zwischen eine der Stromquellen (47) und einen Transistor (42) geschalteten Widerstand (44) enthält, wobei der Spannungsabfall am Widerstand (44) den vorbestimmten Spannungswert aufweist.

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