DE3206769C2

DE3206769C2 -

Info

Publication number: DE3206769C2
Application number: DE3206769A
Authority: DE
Inventors: Shigekazu Itami Hyogo Jp Hayashi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1981-02-25
Filing date: 1982-02-25
Publication date: 1991-09-19
Also published as: US4459540A; DE3206769A1; JPH0334096B2; JPS57141729A

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Erzeugen einer temperaturkompensierten Ausgangsspannung mit einer temperaturunabhängigen Gleichspannung.

Aus der DD-PS 70 328 ist bekannt, den Arbeitspunkt einer Halbleiterschaltung bei unterschiedlichen Temperaturen dadurch zu stabilisieren, daß wenigstens zwei Halbleiterstrecken mit unterschiedlichem Durchlaß- bzw. Zenerspannungen, aber annähernd gleichem Temperaturkoeffizienten mit einem Widerstand zu einer Differenzschaltung verbunden werden.

Aus der US-PS 39 56 661 sind Schaltungsanordnungen bekannt, bei welchen zur Kompensation des Temperaturganges einer Gleichspannungsquelle Schaltungen vorgesehen werden, welche auch mehrere in Reihe angeordnete Dioden umfassen.

Eine weitere herkömmliche Schaltungsanordnung mit Temperaturkompensation wird im folgenden anhand von Fig. 1 näher beschrieben. Diese Schaltungsanordnung umfaßt einen Widerstand 1, eine Reihenschaltung 2 von m Dioden, einen Widerstand 3 und eine Speisespannungsklemme 4. Diese Komponenten 1 bis 4 erzeugen einen Spannungspegel V₁. Mit 5 ist in Fig. 1 eine Pegelreduktionsschaltung dargestellt, die den Spannungspegel V₁ um einen Spannungswert vermindert, der durch die Summe des n-fachen der Basis-Emitter-Spannung eines Transistors oder der Anoden-Kathoden-Spannung einer Diode, d. h. der Spannung eines pn-Überganges, und einer vorbestimmten Spannung bestimmt ist, wobei n eine ganze Zahl ist. Die Eingangsklemme der Pegelreduktionsschaltung 5 ist mit 6 bezeichnet, ihre Ausgangsklemme mit 7, während der Spannungspegel an der Ausgangsklemme 7 mit V₂ angegeben ist.

Eine Ausführungsform der Pegelreduktionsschaltung 5 ist in Fig. 2 dargestellt. Sie umfaßt npn-Transistoren 21, 22, 23, eine Diode 24, einen Widerstand 25 und Stromquellen 26, 27, 28. Mit n=4 entspricht der Spannungsabfall am Widerstand 25 der obenerwähnten vorbestimmten Spannung.

Nachfolgend wird die Arbeitsweise der beschriebenen Schaltung dargelegt. Die Spannungspegel V₁ und V₂ sind durch folgende Gleichungen (1) und (2) bestimmt:

V₂ = V₁ - (n · V_BE + V₀) (2),

wobei V_BE die Basis-Emitter-Spannung des Transistors oder die Anoden-Kathoden-Spannung der Diode, R₁ der Wert des Widerstandes 1, R₂ der Wert des Widerstandes 3, V_cc die Speisespannung und V₀ der Spannungsabfall am Widerstand 25 sind.

Wenn in die Gleichung (2) R₁/R₂ gleich A gesetzt wird, läßt sich die Gleichung folgendermaßen zusammenfassen:

Sind die Werte V_cc, V₀ und R₁/R₂ unbeeinflußt durch Temperaturschwankungen konstant, dann ist der zweite Ausdruck der Gleichung (3) ein konstanter Wert. Um V₂ trotz auftretender Temperaturänderungen konstant zu halten, sollte der erste Ausdruck der Gleichung (3) Null sein. Die Bedingung, mit der der Wert von V₂ temperaturunabhängig gemacht wird, lautet also:

mA - n · (1 + A) = 0 (4).

Wenn anstelle von R₂/R₁ die Größe B gesetzt wird, erhält Gleichung (4) die Form:

m = n · (1 + B) (5),

wodurch die Gleichung für V₂ folgende Form erhält:

Wo die Schaltung der Fig. 1 in der Praxis eingesetzt wird, werden V₂, V₀, V_cc und n so gewählt, daß B (=R₂/R₁) 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 V₂ aufgrund von Temperaturänderungen nur dann Null sind, wenn n · R₂/R₁ eine ganze Zahl ist.
2. Auch wenn n · R₂/R₁ eine ganze Zahl ist, wird m ziemlich groß, wenn n oder R₂/R₁ groß 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 V₂ aufgrund von Temperaturänderungen praktisch nicht unterdrückt werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zum Erzeugen einer temperaturkompensierten Ausgangsspannung mit einer temperaturunabhängigen Gleichspannung zu schaffen, die bei einem verhältnismäßig einfachen Aufbau ein hohes Maß an Temperaturkompensation aufweist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ausführungsformen der Erfindung sind nachfolgend anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Darin zeigt

Fig. 1 das Schaltbild einer herkömmlichen temperaturkompensierten Konstantspannungsschaltung;

Fig. 2 das Schaltbild eines Beispiels für eine pegelvermindernde Schaltung, die in der Schaltung der Fig. 1 eingesetzt wird;

Fig. 3 das Schaltbild einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 4 das Schaltbild einer zweiten Ausführungsform 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 Bezugsspannungspegel V_B zu erhalten. Ferner enthält die Schaltung 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_B auf einen ersten Spannungspegel V₁ erhöht wird. Die pegelvermindernde Schaltung 5 wird durch eine zweite Schaltungsanordnung gebildet, der der erste Spannungspegel V₁ zugeführt wird und die diesen Spannungspegel um eine Spannung herabsetzt, die die Summe eines ganzzahligen Vielfachen einer p-n-Übergangsspannung und einer bestimmten Spannung ist, um einen Ausgangsspannungspegel V₂ zu erzeugen.

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

V₂ = V₁ - (n · V_BE + V₀) (8),

wobei R_1′ der Wert des Widerstandes 8 und R_2′ der des Widerstandes 9 sind.

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

Wenn V_cc, V₀ und R_1′/R₂ unabhängig von Temperaturänderungen konstant sind, ist der zweite Ausdruck der Gleichung (9) konstant. Damit wird die Bedingung, unter der Schwankungen von V₂ aufgrund von Temperaturänderungen eliminiert werden:

m′ - n - 1 = 0 (10)

oder

m′ = n + 1 (11).

Wenn Gleichung (11) gilt, dann ist

Bei vorgegebenen Größen V₂, V₀, V_cc und n ist es immer möglich, R_1′/R_2′ und m′ 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 Fig. 4 dargestellt. Aus dem Vergleich der Fig. 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_B zu erhalten. Ferner sind vorhanden ein pnp-Transistor 34, eine Stromquelle 35, eine Reihenschaltung von m′ Dioden 36 und eine Stromquelle 37. Die Schaltungselemente 34 bis 37 bilden einen ersten Schaltungsabschnitt, mit dem der Bezugsspannungspegel V_B auf einen ersten Spannungspegel V₁ reduziert wird. Ferner ist in Fig. 4 ein zweiter Schaltungsteil 38 vorgesehen, mit dem der erste Spannungspegel V₁ um eine Spannung erhöht wird, die die Summe der n-fachen (n ist eine ganze Zahl) der Basis-Emitter-Spannung eines Transistors oder der Anoden-Kathodenspannung einer Diode, d. h. einer p-n-Übergangsspannung, und einer vorbestimmten Spannung ist. Der zweite Schaltungsteil 38 besitzt eine Eingangsklemme 39 und eine Ausgangsklemme 40, an der der zweite Spannungspegel V₂ auftritt.

Ein Beispiel für die pegelerhöhende Schaltung 38 ist in 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, 42 und 43, ein Widerstand 44, eine Diode 45 und Stromquellen 46, 47 und 48. Mit n gleich 4 entspricht der Spannungsabfall am Widerstand 44 der erwähnten vorbestimmten Spannung. Das Prinzip der Arbeitsweise des zweiten Ausführungsbeispiels ist gleich dem des ersten Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 3.

Mit der Erfindung ist eine Konstantspannungsschaltung geschaffen, mit der Ausgangsspannungsschwankungen aufgrund von Temperaturänderungen vollständig kompensiert werden, unter den Annahmen, daß V_cc, V₀ und R_1′/R_2′ durch die Temperaturänderungen unbeeinflußt bleiben. V_cc ist originär konstant, so daß kein Problem auftritt, diesen Parameter konstant zu halten. Im Falle einer integrierten Schaltung kann überdies auch R_1′/R_2′ von Temperaturänderungen unbeeinflußt gehalten werden. Auch wenn der Spannungsabfall V₀ durch eine Temperaturänderung beeinflußt wird, stellt der Einsatz der erfindungsgemäßen Schaltung eine wirksame Verbesserung für das Kleinhalten von Spannungsschwankungen aufgrund von Temperaturänderungen dar.

Claims

1. Schaltungsanordnung zum Erzeugen einer temperaturkompensierten Ausgangsspannung (V₂) mit einer temperaturunabhängigen Gleichspannung (V_cc),

(a) die über einen durch erste und zweite Widerstände (8, 9; 32, 33) gebildeten Spannungsteiler der Basis eines ersten Transistors (10; 14) zugeführt wird,
(b) dessen Kollektor mit dem ersten Pol der Gleichspannung und dessen Emitter über eine erste Stromquelle (11; 35) mit dem zweiten Pol der Gleichspannung verbunden ist und
(c) dessen Emitter über eine Diodenanordnung (12; 36) und eine zweite Stromquelle (13; 37) mit dem ersten Pol der Gleichspannung verbunden ist und
(d) der Verbindungspunkt (6; 39) der zweiten Stromquelle und der Diodenanordnung mit der Basis eines zweiten Transistors (22; 42) verbunden ist,
(e) dessen Kollektor mit dem ersten Pol der Gleichspannung und dessen Emitter über eine Diode (24; 45), einen dritten Widerstand (25; 44) und eine dritte Stromquelle (27; 47) mit dem zweiten Pol der Gleichspannung verbunden ist,
(f) wobei der Verbindungspunkt von dem dritten Widerstand und der dritten Stromquelle an die Basis eines dritten Transistors (23; 43) angeschlossen ist,
(g) dessen Kollektor mit dem ersten Pol der Gleichspannung und dessen Emitter über eine vierte Stromquelle (28; 48) mit dem zweiten Pol der Gleichspannung verbunden ist,
(h) wobei der Emitter an einen Abgriff (7) für die Ausgangsspannung (V₂) angeschlossen ist und
(i) wobei die Spannung (V₀) am dritten Widerstand (25; 44) und das Verhältnis R₁/R₂ der ersten und zweiten Widerstände (8, 9; 32, 33) unabhängig von Temperaturänderungen konstant sind.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, worin der Verbindungspunkt der zweiten Stromquelle (13; 37) und der Diodenanordnung (12; 36) mit der Basis des zweiten Transistors (22; 42) über die Basis-Emitterstrecke eines vierten Transistors (21; 41) verbunden ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, worin die Diodenanordnung (12; 36) mehrere in Reihe geschaltete Dioden umfaßt, deren Anzahl (m′) der Temperaturcharakteristik des zwischen dem an der Diodenanordnung (12; 36) liegenden Verbindungspunkt (6; 39) und dem Abgriff (7) für die Ausgangsspannung liegenden Schaltungsteiles angepaßt ist.

4. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin die in ihr verwendeten Transistoren (10, 21, 22, 23; 34, 41, 42, 43) jeweils vom gleichen Typ (npn bzw. pnp) sind.