DE3611548A1

DE3611548A1 - Stromspiegelschaltung

Info

Publication number: DE3611548A1
Application number: DE19863611548
Authority: DE
Inventors: Martin Dipl Ing Siegle
Original assignee: Telefunken Electronic GmbH
Current assignee: Telefunken Electronic GmbH
Priority date: 1986-04-05
Filing date: 1986-04-05
Publication date: 1987-10-08

Description

Stromspiegelschaltungen werden beispielsweise als Stromquellen oder zum Invertieren von Strömen benutzt. Der ideale Stromspiegel basiert darauf, daß bei gleichartigen Transistoren mit gleicher U _BE- und gleicher U _CE- Spannung der gleiche Kollektor- bzw. Basisstrom fließt.

Die einfachste Stromspiegelschaltung besteht gemäß der Fig. 1a aus zwei Transistoren T 1 und T 2 und einer Stromquelle, die in den Kollektor des ersten Transistors T 1 und in die Basen der beiden Transistoren T 1 und T 2 Ströme einspeist. Der Kollektor des ersten Transistors T 1 ist mit den Basen der beiden Transistoren T 1 und T 2 verbunden. Haben beide Transistoren die gleichen elektrischen Eigenschaften, so weicht trotzdem der Kollektorstrom des zweiten Transistors T 2 um die beiden Basisströme von T 1 und T 2 vom Strom der Quelle ab, der gespiegelt werden soll.

Um eine bessere Übereinstimmung des gespiegelten Stromes mit dem Eingangsstrom zu erhalten, ist bei einer Stromspiegelschaltung gemäß der Fig. 1b ein dritter Transistor T 3 vorgesehen, der mittels seiner Stromverstärkung dafür sorgt, daß der Eingangsstrom entsprechend dem Stromverstärkungsfaktor des Transistors T 3 nur einen Teil der für die Basen der Transistoren T 1 und T 2 erforderlichen Basisströme liefern muß. Die Fig. 1c zeigt eine noch bessere Lösung, bei der Abweichungen des gespiegelten Stromes vom Eingangsstrom durch die Basisströme kompensiert werden. Die Ausgangsspannung ist jedoch bei der Schaltung der Fig. 1c auf den Wert 2 U _BE begrenzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stromspiegelschaltung anzugeben, deren Strom von ihrer Ausgangsspannung möglichst unabhängig ist und die kleine Ausgangsspannungen zuläßt. Diese Aufgabe wird bei einer Stromspiegelschaltung mit einem ersten und einem zweiten Stromspiegeltransistor nach der Erfindung dadurch gelöst, daß ein Operationsverstärker vorgesehen ist, dessen Ausgang mit den Basen der beiden Stromspiegeltransistoren verbunden ist und dessen einer Eingang mit dem Kollektor des einen Stromspiegeltransistors und dessen anderer Eingang mit dem Kollektor des anderen Stromspiegeltransistors verbunden ist.

Bei der Stromspiegelschaltung nach der Erfindung bildet der Kollektor des einen Stromspiegeltransistors mit dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers den Eingang der Schaltung und der Kollektor des anderen Stromspiegeltransistors mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers den Ausgang der Schaltung. Die Emitter der beiden Transistoren sind vorzugsweise mit dem Bezugspotential verbunden. Der Operationsverstärker weist vorzugsweise eine Differenzeingangsstufe auf.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß die beiden Stromspiegeltransistoren unter ähnlichen Bedingungen betrieben werden können, so daß eine nahezu ideale Stromspiegelung vorliegt, welche bis in die Nähe der Sättigungsspannung der Spiegeltransistoren funktioniert.

Die Erfindung wird im folgenden an einem Ausführungsbeispiel erläutert.

Die Fig. 2 zeigt eine Stromspiegelschaltung nach der Erfindung mit den beiden Transistoren T 5 und T 6 und dem Operationsverstärker OP. Bei der Schaltung der Fig. 2 sind sowohl die Emitter als auch die Basen der beiden Transistoren T 5 und T 6 miteinander verbunden. Die Emitter der Transistoren T 5 und T 6 erhalten ein gemeinsames Emitterpotential durch die Spannungsquelle V 2, deren anderer Pol mit Masse verbunden ist.

Zur Stromeinspeisung dient die Stromquelle I 1, die mit dem Kollektor des ersten Transistors T 5 sowie mit dem nichtinvertierenden Eingang (+) des Operationsverstärkers OP verbunden ist. Der Kollektor des zweiten Transistors T 6 ist mit dem invertierenden Eingang (-) des Operationsverstärkers OP verbunden. Die Spannungsquelle V 1 und der Widerstand R 1 symbolisieren die Außenbeschaltung.

Die Stromspiegelschaltung der Fig. 2 basiert auf den Prinzipien eines idealen Stromspiegels. Der Strom I 1 fließt in den Transistor T 5, und da die U _BE- sowie die U _CE-Spannungen der Transistoren T 5 und T 6 gleich sind, fließt im Transistor T 6 ebenfalls der Strom I 1. Die Ausgangsspannung am Ausgang A entspricht der Ausgangsbeschaltung (R 1/V 1) und dem gespiegelten Strom I 1. Diese Ausgangsspannung erzeugt durch den Operationsverstärker OP die Basisströme für die Transistoren T 5 und T 6 so, daß die Spannung zwischen den beiden Eingängen des Operationsverstärkers OP gegen Null geht. Dadurch werden die beiden U _CE-Spannungen der Transistoren T 5 und T 6 sowie die Eingangsströme des Operationsverstärkers OP annähernd gleich und kompensieren sich dadurch wieder.

Die Fig. 3 zeigt eine Anwendung des erfindungsgemäßen Prinzips. Die Schaltung der Fig. 3 hat die Aufgabe, den Strom I 1 zu vergleichen. Bei der Schaltung der Fig. 3 wird der Strom I 2 über den einfachen Stromspiegel T 2/T 4 auf den Ausgang A gespiegelt. Ebenso wird der Strom I 1 über den einfachen Stromspiegel an den Punkt B gespiegelt. Da beide Stromspiegel unter denselben Bedingungen arbeiten, kompensieren sich die Fehler durch die Basisströme.

Die Stromspiegeltransistoren T 5 und T 6 der Fig. 3 entsprechen den Stromspiegeltransistoren T 5 und T 6 der Fig. 2. Der Operationsverstärker OP der Fig. 2 wird in der Fig. 3 durch die Stromquelle I 3, die Differenzverstärkertransistoren T 9 und T 10 und den Ausgangsstromspiegel T 7/T 8 gebildet.

Bei der Schaltung der Fig. 3 versorgt der Strom I 3 die Differenzstufe mit dem notwendigen Strom. Die Ausgangsspannung am Ausgang A ergibt sich aus der Spannung V 1 und dem Widerstand R 1 mal der Stromdifferenz I 2 - I 1. Im statischen Zustand geht die Spannung zwischen A und B gegen O. Erhöht sich der Strom I 2, so erhöht sich auch die Ausgangsspannung an A. Dies hat zur Folge, daß sich der Kollektorstrom in T 6 infolge seiner U _CE-Abhängigkeit vergrößert. Der Kollektorstrom in T 10 verringert sich gegenüber dem Kollektorstrom von T 9, wodurch die Basisemitterspannung der Transistoren T 5 und T 6 abnimmt. Dies hat zur Folge, daß die Spannung am Punkt B ebenfalls ansteigt und der Kollektorstrom in T 6 wieder auf den alten Wert reduziert wird. Der Einfluß der Kollektoremitterspannung auf den Kollektorstrom wird in der Schaltung der Fig. 3 kompensiert.

Die Fig. 4 zeigt eine erweiterte Schaltung. Anstelle der Stromquellen I 1 und I 2 der Fig. 3 ist bei der Schaltung der Fig. 4 ein Mischer mit den Transistoren T 13 bis T 18 und den Widerständen R 5 und R 6 vorgesehen. Die Versorgungsstromquelle I 3 der Fig. 3 ist bei der Schaltung der Fig. 4 durch die Transistoren T 11 und T 12 sowie die Emitterwiderstände R 3 und R 4 ersetzt. Dies hat den Vorteil, daß sich die Basisströme von T 9 und T 10 proportional zu den Strömen I 1 und I 2 verhalten.

Claims

1. Stromspiegelschaltung mit einem ersten und einem zweiten Stromspiegeltransistor, dadurch gekennzeichnet, daß ein Operationsverstärker vorgesehen ist, dessen Ausgang mit den Basen der beiden Stromspiegeltransistoren verbunden ist und dessen einer Eingang mit dem Kollektor des einen Stromspiegeltransistors und dessen anderer Eingang mit dem Kollektor des anderen Stromspiegeltransistors verbunden ist.

2. Stromspiegelschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor des einen Stromspiegeltransistors den Eingang und der Kollektor des anderen Stromspiegeltransistors den Ausgang der Schaltung bilden.

3. Stromspiegelschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitter der beiden Stromspiegeltransistoren mit dem Bezugspotential verbunden sind.

4. Stromspiegelschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Stromquellen vorgesehen sind und daß die eine Stromquelle mit dem Kollektor des ersten Stromspiegeltransistors und dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers und die andere Stromquelle mit dem Kollektor des zweiten Stromspiegeltransistors und dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers verbunden ist.

5. Stromspiegelschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Operationsverstärker eine durch eine Stromquelle gespeiste Differenzverstärkerstufe mit Stromausgang ist.

6. Stromspiegelschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenzverstärkerstufe zwei Differenzverstärkertransistoren und der Stromausgang zwei Stromspiegeltransistoren als dritten und vierten Transistor aufweist.

7. Stromspiegelschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang der Stromspiegelschaltung mit dem Kollektor des ersten Stromspiegeltransistors und mit der Basis des ersten Differenzstufentransistors verbunden ist, daß der Ausgang der Stromspiegelschaltung mit dem Kollektor des zweiten Stromspiegeltransistors und mit der Basis des zweiten Differenzstufentransistors verbunden ist, daß die Emitter der beiden Differenzstufentransistoren mit einer Stromquelle und die Basen des ersten und zweiten Stromspiegeltransistors mit den Kollektoren des zweiten Differenzstufentransistors und des dritten Stromspiegeltransistors verbunden sind und daß die Basis des dritten Stromspiegeltransistors mit dem Kollektor des ersten Differenzstufentransistors und dem Kollektor sowie der Basis des vierten Stromspiegeltransistors verbunden ist.