DE3432561A1 - Transistor precision current source with differential input - Google Patents

Transistor precision current source with differential input

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DE3432561A1 DE19843432561 DE3432561A DE3432561A1 DE 3432561 A1 DE3432561 A1 DE 3432561A1 DE 19843432561 DE19843432561 DE 19843432561 DE 3432561 A DE3432561 A DE 3432561A DE 3432561 A1 DE3432561 A1 DE 3432561A1
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Abstract

In this transistor precision current source with differential input, an operational amplifier (OP) is provided which is connected on the output side directly to the transistor (T). A negative feedback resistor (R4) is connected from the inverting arm to the emitter of the transistor (T). Only one operational amplifier is thus required, acting as both a differential amplifier and a current source. The output of the circuit can be referred to the operating voltage (Ub) or to earth as desired. <IMAGE>

Description

C. A. Weidmüller GmbH & Co ** J 4 ° L J ' CA Weidmüller GmbH & Co ** J 4 ° L J '

Paderborner Straße
4930 DetmoldPaderborner Strasse
4930 Detmold

Transistor-Präzisionsstromquelle mit DifferenzeingangPrecision transistor current source with differential input

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Transistor-Präzisionsstromquelle mit Differenzeingang gemäß Gattungsbegriff des Patentanspruches Transistor-Präzisionsstromquellen als solche sind bekannt. Im Gegensatz zu einfachen Stromquellen aus einem Transistor, bei denen der Ausgangsstrom nicht genau definiert ist, wird dieser Nachteil bei den Transistor-Präzisionsstromquellen durch einen Operationsverstärker beseitigt. Bei derartigen Schaltungen ist der Transistor mit dem Ausgang des Operationsverstärkers verbunden. Der Kollektor des Transistors liegt an der Betriebsspannung und der Emitter des Transistors ist mit einem Widerstand verbunden. Die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers stellt sich so ein, daß die Spannung an dem Widerstand gleich der Eingangsspannung des Operationsverstärkers wird. Nachteilig ist bei dieser Schaltung in jedem Fall, daß der Ausgang und der Eingang den gleichen Bezugspunkt haben müssen, also entweder Masse oder eine positive Bezugsspannung.The present invention relates to a precision transistor power source With a differential input according to the generic term of the patent claim, transistor precision current sources are known as such. In contrast to simple current sources from a transistor, in which the output current is not precisely defined, this disadvantage becomes the transistor precision current sources through an operational amplifier eliminated. In such circuits, the transistor is connected to the output of the operational amplifier. The collector of the transistor is connected to the operating voltage and the emitter of the transistor is connected to a resistor. The output voltage of the operational amplifier adjusts itself so that the voltage across the resistor is equal to the input voltage of the operational amplifier will. The disadvantage of this circuit is that the output and the input must have the same reference point, that is either ground or a positive reference voltage.

Es sind andererseits Differenzverstärkerschaltungen bekannt. Auf der Eingangsseite des Operationsverstärkers sind ein invertierender und ein nicht invertierender Zweig gegebenenfalls unterschiedlicher Eingangsspannungen gebildet. Die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers ist gleich Null, wenn die beiden Eingangsspannungen gleich groß sind. Bei gleich großen Widerständen bemißt sich die Ausgangsspannung nach der Differenz der Eingangsspannungen.On the other hand, differential amplifier circuits are known. On the The input side of the operational amplifier is an inverting and a non-inverting branch, possibly with different input voltages educated. The output voltage of the operational amplifier is zero if the two input voltages are the same are great. The output voltage is measured if the resistances are the same according to the difference between the input voltages.

Weidmüller --·£■"-Weidmüller - £ ■ "-

Zur Bildung einer Transistor-Präzisionsstromquelle mit Differenzeingang ist man bislang nun so vorgegangen, daß man in einfacher Weise den Ausgang des genannten Differenzverstärkers mit dem Eingang der Transistor-Präzisionsstromquelle verbunden hat. Diese schalttechnische Verknüpfung führt zu einem erheblichen Materialaufwand und es verbleibt bei der Bezugspunktfestlegung für den Eingang der Transistor-Präzisionsstromquelle.To create a transistor precision current source with differential input one has so far now proceeded so that one in a simple manner the output of the said differential amplifier with the Input of the transistor precision power source. These The technical connection leads to a considerable expenditure of material and it remains with the reference point definition for the Input of the transistor precision current source.

Der vorliegenden Erfindung liegt von daher die Aufgabe zugrunde, eine Präzisionsstromquelle mit Differenzeingang der gattungsgemäßen Art zu schaffen, deren Schaltung eine Materialeinsparung ermöglicht und eine freie Wählbarkeit des Bezugspunktes für den Eingang ermöglicht.The present invention is therefore based on the object of providing a precision current source with a differential input of the generic type Art to create, the circuit of which enables material savings and a free choice of the reference point for the Entrance enabled.

Die erfindungsgemäße Lösung ergibt sich aus dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1. Durch diese schalttechnische Verknüpfung wird nur noch ein einziger Operationsverstärker für die Präzisionsstromquelle mit Differenzeingang insgesamt benötigt, der nunmehr sowohl als Differenzverstärker wie als Stromquelle arbeitet. Man kann ferner, wie gemäß bevorzugter Ausführungsformen vorgesehen, den Ausgang der Schaltung auf die Betriebsspannung Ug, aber ohne weiteres auch im Bedarf auf Masse beziehen.The solution according to the invention results from the characterizing part of claim 1. By means of this technical connection only a single operational amplifier is required for the precision current source with differential input, which now works both as a differential amplifier and as a power source. You can also, as in accordance with preferred embodiments provided, the output of the circuit to the operating voltage Ug, but without further ado, also refer to mass when required.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigenEmbodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the drawing.
Show it

Figur 1 eine erste Schaltung gemäß der Erfindung, Figur 2 eine zweite Schaltung gemäß der Erfindung.Figure 1 shows a first circuit according to the invention, Figure 2 shows a second circuit according to the invention.

Bei beiden Schaltungen nach den Figuren 1 und 2 steht die Schaltung in der schalttechnischen Kombination eines Differenzverstärkers mit einem Stromquellentransistor. Es ist ein Operationsverstärker OPIn both circuits according to Figures 1 and 2, the circuit is in the technical combination of a differential amplifier with a current source transistor. It is an operational amplifier OP

WeidmUllerWeidmUller

vorgesehen, der eingangsseitig einen invertierenden Zweig mit einem Widerstand R1 und einer Eingangsspannung LL sowie einen nicht invertierenden Zweig mit einem Widerstand R2 und einer Eingangsspannung-IL hat. Der nicht invertierende Zweig ist mit einem Widerstand R3 für die Abschwächung verbunden. Ausgangsseitig ist der Operationsverstärker OP mit einem Transistor T verbunden. Ein Gegenkopplungswiderstand R4 ist ausgehend von dem invertierenden Zweig mit dem Emitter des Transistors T verbunden.provided, which on the input side has an inverting branch with a resistor R 1 and an input voltage LL and a non-inverting branch with a resistor R 2 and an input voltage IL. The non-inverting branch is connected to a resistor R 3 for attenuation. The operational amplifier OP is connected to a transistor T on the output side. A negative feedback resistor R 4 is connected to the emitter of the transistor T starting from the inverting branch.

Bei der Schaltung nach Figur 1 ist der Ausgang auf die Betriebsspannung UB bezogen. Die Betriebsspannung UB liegt am Kollektor des Transistors T, während der Stromquellenwiderstand R5 mit dem Emitter des Transistors verbunden ist. Der Ausgangsstrom wird auf der Kollektorseite des Transistors T abgenommen.In the circuit according to FIG. 1, the output is related to the operating voltage UB. The operating voltage UB is applied to the collector of the transistor T, while the current source resistor R 5 is connected to the emitter of the transistor. The output current is taken from the collector side of the transistor T.

Bei der Schaltung nach Figur 2 ist der Ausgang auf Masse bezogen. Hier liegt der Emitter des Transistors T über dem Stromquellen-Widerstand Rr an der Betriebsspannung Un, während der Ausgangsstrom Ι» auf derKoTlektorseite des Transistors T abgenommen wird.In the circuit of Figure 2, the output is related to ground. Here the emitter of the transistor T lies above the current source resistor Rr at the operating voltage Un, while the output current Ι »on the KoTlektorseite of the transistor T is removed.

Bei beiden Schaltungen ist der Ausgangsstrom In proportional dem Spannungsabfall am Stromquellenwiderstand Rr.In both circuits, the output current In is proportional to the Voltage drop across the power source resistor Rr.

I - ÜB.
A R5I - OV.
AR 5

Die Verstärkung des Differenzverstärkers beträgt für den invertierenden Zweig:The gain of the differential amplifier is for the inverting one Branch:

V = Λ ; mit: Ufl = Λ X ^
R2 R2 V = Λ; with: U fl = Λ X ^
R 2 R 2

Weidmüller ζ -Jf- 3 A 32561Weidmüller ζ -Jf- 3 A 32561

Die Verstärkung des Differenzverstärkers beträgt für den nicht invertierenden ZweigThe gain of the differential amplifier is for the non-inverting branch

J!J!

Dabei wird die Eingangsspannung U~ um den Faktor R,The input voltage U ~ is increased by the factor R,

R1 + R3 R 1 + R 3

abgeschwächt.weakened.

Somit wird im nicht invertierenden Betrieb:Thus, in non-inverting operation:

R1 + R3 R 1 + R 3

Dadurch, daß der Gegenkopplungswiderstand mit dem Emitter des Transistors T verbunden ist, folgt die Spannung am Widerstand R5 trotzdem genau der Eingangsspannungs differenz Up-U1.Because the negative feedback resistor is connected to the emitter of the transistor T, the voltage across the resistor R 5 still exactly follows the input voltage difference Up-U 1 .

Für den Transistor T gilt wiederum:The following applies to the transistor T:

1C = 1E (1 -\) 1 C = 1 E (1 - \)

Hieraus ergibt sich, daß der Kollektorstrom Ip bei großer Stromverstärkung B gleich dem Emitterstrom Ir wird.It follows from this that the collector current Ip with a large current gain B becomes equal to the emitter current Ir.

Weidmüller ' fe -jf- Ί Λ 3 2 5 6Weidmüller ' fe -jf- Ί Λ 3 2 5 6

In den gezeigten Schaltungen ist jedoch der Ermitterstrom Ir bestimmt durch den Spannungsabfall am Stromquellenwiderstand R1-. Gleichungsmäßig läßt sich dies unter Zuhilfenahme der vorstehend aufgeführten Gleichungen im einzelnen wie folgt belegen:In the circuits shown, however, the emitter current Ir is determined by the voltage drop across the current source resistor R 1 -. In terms of equations, this can be demonstrated individually as follows with the aid of the equations listed above:

UR U R

Ic = I«·» IE mit I. = 5 ; υ = U CAE A R5 R5 A I c = I «·» I E with I. = 5; υ = U CAE AR 5 R 5 A

Daraus folgt:It follows:

Bei R1 At R 1 = R2 = R 2 = R3 = R 3 = R4 = R 4 folfol gt:gt: RR. RR. RR. I = U I = U 2 2r2 2r (1 +(1 + R )"R) " U1 U 1 RR. = U= U 1 (2)1 (2) R5 R 5

Damit ist nachgewiesen, daß die Spannung am Stromquellenwiderstand R5 genau der Eingangsspannungsdifferenz folgt.This proves that the voltage across the power source resistor R 5 exactly follows the input voltage difference.

Claims (3)

PatentansprücheClaims \\J Transistor-Präzisionsstromquelle mit Differenzeingang, mit einer Differenzverstärkerschaltung mit einem Operationsverstärker und einem Gegenkopplungswiderstand, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor (T) direkt mit dem Ausgang des Operationsverstärkers (OP) des Differenzverstärkers und der Emitter des Transistors (T) mit dem Gegenkopplungswiderstand (R*) verbunden sind. \\ J transistor precision current source with differential input, with a differential amplifier circuit with an operational amplifier and a negative feedback resistor, characterized in that the transistor (T) connects directly to the output of the operational amplifier (OP) of the differential amplifier and the emitter of the transistor (T) with the negative feedback resistor (R *) are connected. 2. Transistor-Präzisionsstromquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Abgriff des Ausgangsstromes (IJ auf der mit der Betriebsspannung (IL) beaufschlagten Kollektorseite des Transistors (T) der Stromquellenwiderstand (R5) auf der Emitterseite des Transistors (T) angeordnet ist.2. transistor precision current source according to claim 1, characterized in that when the output current (IJ on the collector side of the transistor (T) acted upon by the operating voltage (IL) is tapped, the current source resistor (R 5 ) is arranged on the emitter side of the transistor (T) . 3. Transistor-Präzisionsstromquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitterseite des Transistors (T) über den Stromquellenwiderstand (R1-) mit der Betriebsspannung (UB) beaufschlagt ist und der Ausgangsstrom (IÄ) auf der Kollektorseite des Transistors (T) abgenommen ist.3. transistor precision current source according to claim 1, characterized in that the emitter side of the transistor (T) via the current source resistor (R 1 -) with the operating voltage (UB) is applied and the output current (I Ä ) on the collector side of the transistor (T ) is removed.
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