DE3321556C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Bandgap-Schaltung mit einem ersten Transistor und einem zweiten Transistor, deren Emitter mit dem einen Pol einer Versorgungsquelle ver­ bunden sind, bei der zwischen der Basis und dem Kollek­ tor des ersten Transistors ein Widerstand vorgesehen ist und bei der die Basis des zweiten Transistors am Kollek­ tor des ersten Transistors angeschlossen ist. Eine der­ artige Bandgap-Schaltung ist aus der US-PS 36 59 121 be­ kannt.

Aus der Literaturstelle US-Z- "IEEE International Solid-State Circuits Conference" 1970, S. 158-159 ist eine Schal­ tung gemäß der Fig. 1 bekannt, die zwei Transistoren T 1 und T 2 aufweist, wobei der erste Transistor als Diode geschaltet ist, an der die Basis-Emitter-Diode des zwei­ ten Transistors über einen Emitterwiderstand angeschlos­ sen ist. Der Transistor T 3 dient als Verstärker. Das Grundprinzip der bekannten Schaltung besteht darin, daß dafür gesorgt wird, daß die Stromdichten der durch die Transistoren T 1 und T 2 fließenden Ströme unterschiedlich sind, und daß durch den Emittervorwiderstand R 3 eine Spannungsdifferenz zwischen den Basis-Emitterspannungen der Transistoren T 1 und T 2 erzeugt wird, die derart be­ messen sind, daß die Temperaturabhängigkeit der Ausgangs­ spannung U _s der Schaltung möglichst gering ist. Die unter­ schiedlichen Stromdichten der durch die Transistoren T 1 und T 2 fließenden Ströme werden durch entsprechende Be­ messung der Widerstände R 1 und R 2 sowie dadurch erzielt, daß die aktiven Flächen der Basis-Emitter-Sperrschichten der Transistoren in bestimmter Weise unterschiedlich gewählt werden.

Die Literaturstelle US-Z- "IEEE International Solid State Circuit Conference" 1970, S. 158-159, zeigt weiterhin eine Bandgap-Schaltung, die ein Vielfaches der elemen­ taren Bandgap-Spannung von eta 1,25 V abzugeben vermag. Diese bekannte Schaltung ist jedoch sehr aufwendig und komplex im Funktionsmechanismus.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bandgap- Schaltung anzugeben, die ebenfalls nicht nur die ele­ mentare Bandgap-Spannung, sondern auch Vielfache davon bzw. Spannungen mit Temperaturkoeffizienten, die von Null verschieden sind, liefert, doch soll die Bandgap- Spannung nach der Erfindung wesentlich einfacher in ihrem Aufbau sein als die bekannte Bandgap-Schaltung. Diese Aufgabe wird bei einer Bandgap-Schaltung der ein­ gangs erwähnten Art nach der Erfindung durch die kenn­ zeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 oder Anspruchs 2 gelöst.

Die Erfindung wird im folgenden an Ausführungsbei­ spielen erläutert.

Die Fig. 2 zeigt eine Bandgap-Schaltung mit einem er­ sten Transistor T 1, einem zweiten, dem ersten Transistor T 1 nachgeschalteten Transistor T 2 sowie mit einem Ver­ stärkertransistor T 3. Bei der Schaltung der Fig. 2 ist im Gegensatz zur Schaltung der Fig. 1 der Widerstand R 3 nicht dem Emitter des zweiten Transistors T 2, sondern dem Kollektor des ersten Transistors T 1 vorgeschaltet, so daß der für die Temperaturkompensation erforderliche Spannungabfall nicht durch den Strom, der durch den zweiten Transistor T 2 fließt, sondern durch den Strom des ersten Transistors T 1 erzeugt wird. Die Widerstände R 1 und R 2 sowie die aktiven Flächen A 1 und A 2 der Basis- Emitter-Sperrschichten der Transistoren T 1 und T 2 sind so bemessen, daß die Stromdichte des im Transistor T 1 fließenden Stromes höher ist als die Stromdichte des im Transistor T 2 fließenden Stroms. Der dritte Transistor T 3 sorgt durch seine Basis-Emitter-Spannung dafür, daß die Spannungsabfälle über den Widerständen R 1, R 2 etwa gleich groß sind, so daß das Verhältnis der Ströme und damit der Stromdichten fixiert ist.

Aus den physikalischen Transistoreigenschaften in Ver­ bindung mit der Beschaltung ergibt sich, daß die Ströme durch die Transistoren T 1 und T 2 mit zunehmender Tempe­ ratur ansteigen. Somit steigt auch der Spannungsabfall über den Kollektorwiderständen R 1 und R 2. Mit zunehmen­ der Temperatur sinkt die Emitter-Basis-Spannung. Die temperaturabhängige Gegenläufigkeit der an den Kollektor­ widerständen abfallenden Spannung und der Emitter-Basis- Spannung führt bei entsprechender Dimensionierung der Schaltungswiderstände zu einer Temperaturstabilisierung, d. h. die Schaltung liefert eine von der Temperatur un­ abhängige Ausgangsspannung U _s .

In den Schaltungen der Fig. 2 und Fig. 3 wird die Ver­ sorgung des ersten und zweiten Transistors T 1, T 2 über einen vierten, als Emitterfolger geschalteten Transistor T 4 ausgeführt. Die Basis des vierten Transistors T 4 ist mit dem Kollektor des dritten Transistors T 3 und einer Stromquelle 13 verbunden. Die Stromquelle 13 liefert damit den Versorgungsstrom des dritten Transistors T 3, sie kann auf bekannte Weise aus weiteren Transistoren und Widerständen aufgebaut sein.

Um die Ausgangsspannung ganzzahlig zu vervielfachen, ist gemäß der Fig. 2 zwischen dem Emitter des Transistors T 4 und dem Verbindungspunkt der Widerstände R 1, R 2 eine Reihenschaltung von Dioden D 1, D 2 und Widerständen R 4, R 5 eingefügt. Der Gesamtwert der Widerstände muß so gewählt werden, daß sich auch für die eingefügte Reihen­ schaltung keine Temperaturabhängigkeit ergibt. Durch Abgriffe an der Reihenschaltung lassen sich sowohl stabile Ausgangsspannungen kleineren Wertes wie auch Ausgangsspannungen mit spezieller Temperaturabhängig­ keit herstellen.

Bei der Schaltung der Fig. 3 ist anstelle der Wider­ stände R 1 und R 2 eine Stromspiegelschaltung mit den Transistoren T 5 und T 6 zur Erzielung der gewünschten Stromverteilung in den Transistoren T 1 und T 2 vorge­ sehen. Der Widerstand R 4 führt infolgedessen die Summe der Ströme der Transistoren T 1 und T 2. Der Widerstand R 3 hat dieselbe Funktion wie in der Schaltung der Fig. 2. Die Ausgangsspannung U _s setzt sich zusammen aus den Spannungsabfällen über den Transistoren T 1 und T 5 sowie dem Widerstand R 4. Der Spannungsabfall über dem Wider­ stand R 4 hat somit den Temperaturgang von zwei Transi­ storen zu kompensieren und die erzeugte Ausgangsspannung entspricht 2mal der elementaren Bandgap-Spannung. Wählt man die Sperrschichtfläche A 6 der Basis-Emitter-Sperr­ schicht des Transistors T 6 größer als die Sperrschicht­ oberfläche der Basis-Emitter-Sperrschicht des Transi­ stors T 5, so wird das Widerstandsverhältnis R 4/R 5 kleiner.

Claims (4)

1. Bandgap-Schaltung mit einem ersten Transistor (T 1) und einem zweiten Transistor (T 2), deren Emitter mit dem einen Pol einer Versorgungsquelle (U _B ) verbunden sind, bei der zwischen der Basis und dem Kollektor des ersten Transistors (T 1) ein Widerstand (R 3) vorgesehen ist und bei der die Basis des zweiten Transistors (T 2) am Kol­ lektor des ersten Transistors (T 1) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgung des ersten und zweiten Transistors (T 1, T 2) über einen weiteren, als Emitterfolger geschalteten Transistor (T 4) erfolgt, daß dem ersten und zweiten Transistor (T 1, T 2) eine Stromspiegelschaltung (T 5, T 6) vorgeschaltet ist und daß zwischen die Emitter der Stromspiegelschaltung (T 5, T 6) und dem Emitter des weiteren Transistors (T 4) ein Wider­ stand (R 4) geschaltet ist.

2. Bandgap-Schaltung mit einem ersten Transistor (T 1) und einem zweiten Transistor (T 2), deren Emitter mit dem einen Pol einer Versorgungsquelle (U _B ) verbunden sind, bei der zwischen der Basis und dem Kollektor des ersten Transistors (T 1) ein Widerstand (R 3) vorgesehen ist und bei der die Basis des zweiten Kollektors (T 2) am Kollek­ tor des ersten Transistors (T 1) angeschlossen ist, da­ durch gekennzeichnet, daß die Versorgung des ersten und zweiten Transistors (T 1, T 2) über einen weiteren, als Emitterfolger geschalteten Transistor (T 4) erfolgt, daß dem Kollektor des zweiten Transistors (T 2) ein zweiter Widerstand (R 2) vorgeschaltet ist, der über einen ersten Widerstand (R 1) mit der Basis des ersten Transistors (T 1) verbunden ist, und daß zwischen dem Emitter des weiteren Transistors (T 4) und dem Verbindungspunkt des ersten und zweiten Widerstandes (R 1, R 2) eine Reihen­ schaltung aus wenigstens einem Widerstand (R 4) und wenigstens einer Diode (D 1) eingefügt ist.

3. Bandgap-Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein dritter Transistor (T 3) vorgesehen ist, dessen Basis mit dem Kollektor des zweiten Transi­ stors (T 2) und dessen Kollektor mit der Basis des vierten Transistors (T 4) verbunden ist.

4. Bandgap-Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß außer einem Schaltungsaus­ gang am Emitter des vierten Transistors (T 4) mindestens ein weiterer Ausgang als Abgriff an der Reihenschaltung aus Dioden und Widerständen vorgesehen ist.