DE3824105A1

DE3824105A1 - Spannungsregelschaltung

Info

Publication number: DE3824105A1
Application number: DE3824105A
Authority: DE
Inventors: Norio Shoji
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1987-07-16
Filing date: 1988-07-15
Publication date: 1989-01-26
Anticipated expiration: 2008-07-16
Also published as: GB8816432D0; JPS6420708A; JP2595545B2; DE3824105C2; SG19495G; HK46095A; FR2620541A1; GB2206983A; KR890003112A; GB2206983B; KR0128251B1; US4843303A; FR2620541B1

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Spannungsregelschaltungen, und insbesondere auf solche Spannungsregelschaltungen, bei denen Schwankungen der Ausgangsspannung unterdrückt werden.

Es ist beispielsweise bereits in der veröffentlichten japanischen Patentpublikation Nr. 53-18 694, die der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 46-3 527 entspricht, eine Spannungsregelschaltung beschrieben, bei der eine Referenzspannung auf einen Wert eingestellt ist, der gleich der Energielückenspannung (1,205 V) von Silicium ist, um auf diese Weise einen Temperaturkoeffizienten auf Null zu reduzieren.

Die Fig. 1 zeigt ein Beispiel einer derartigen konventionellen Spannungsregelschaltung. Diese konventionelle Spannungsregelschaltung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 1 näher beschrieben.

Gemäß Fig. 1 enthält die konventionelle Spannungsregelschaltung einen Transistor 11, bei dem sowohl der Kollektor als auch die Basis mit einer Basis eines Transistors 12 verbunden sind. Der Kollektor des Transistors 12 ist mit einer Basis eines Transistors 13 verbunden. Die Emitter der beiden Transistoren 11 und 13 sind direkt geerdet, während der Emitter des Transistors 12 über einen Widerstand 14 auf Erdpotential gelegt ist. Der Kollektor des Transistors 13 ist sowohl mit einer Stromquelle 15 als auch mit einer Basis eines Puffertransistors 16 verbunden. Der Emitter des Transistors 16 ist einerseits über einen Widerstand 17 mit dem Kollektor des Transistors 11 und andererseits über einen Widerstand 18 mit dem Kollektor des Transistors 12 verbunden. Die Stromquelle 15 und der Kollektor des Transistors 16 liegen gemeinsam an einem Spannungsquellenanschluß 1 (V _cc) an. Ein Ausgangsanschluß 2 wird vom Emitter des Transistors 16 abgenommen.

Wie allgemein bekannt ist, bestehen zwischen der Basis- Emitter-Spannung V _BE und dem Kollektorstrom Ic eines Transistors folgende und durch die Gleichungen (1) und (2) ausgedrückte Beziehungen:

Hierbei sind Is der Sättigungsstrom, q die Elektronenladung, T die absolute Temperatur und k die Boltzman-Konstante.

Bei der bekannten Spannungsregelschaltung gemäß Fig. 1 sind I _{C 1} und I _{C 2} Kollektorströme der Transistoren 11 und 12, V _{BE 1} und V _{BE 2} Basis-Emitter-Spannungen dieser Transistoren und R₁₄ ein Widerstandswert des Widerstands 14. Es läßt sich somit folgende Beziehung (3) aufstellen:

V _{BE 1} = V _{BE 2} + I _{C 2} R₁₄ (3)

Eine Verbindung der Gleichungen (2) und (3) liefert folgende Gleichungen (4a) und (4b):

Wird die Basis-Emitter-Spannung des Transistors 13 als V _{BE 3} bezeichnet und weist der Widerstandswert des Widerstands 18 den Wert R₁₈ auf, so läßt sich mit Hilfe der Gleichung (4b) die Referenzspannung V _REF am Ausgang des Anschlusses 2 durch die folgende Gleichung (5) ausdrücken:

Anhand der zuvor erwähnten Gleichung (2) läßt sich somit herleiten, daß V _T (thermische Spannung) einen positiven Temperaturkoeffizienten von etwa 1/300 aufweist. Ferner schwankt die Basis-Emitter-Spannung V _{BE 3} des Transistors 13 in die negative Richtung, und zwar mit einem Verhältnis von etwa -2 mV/°C. Bei der Spannungsregelschaltung nach Fig. 1 ist es durch geeignete Auswahl des Widerstandswerts des Widerstands 18 möglich, die einen negativen Temperaturkoeffizienten aufweisende Basis-Emitter-Spannung des Transistors 13 und die einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweisende Spannung, die über dem Widerstand 18 erzeugt wird, aufgrund des Kollektorstroms des Transistors 12 auszugleichen. Es läßt sich somit eine Referenzspannung V _REF mit einem Temperaturkoeffizienten von Null erhalten, die gleich der Energielückenspannung des Siliciums ist. Wird die zu dieser Zeit über dem Widerstand 18 abfallende Spannung als K₀ · V _T abgenommen, so ist V _T wenigstens annähernd gleich 26 mV (V _T 26 mV), wobei K₀ im wesentlichen gleich 23 ist (K₀ 23).

Eine in einer integrierten Schaltung (IC) vorhandene Spannungsregelschaltung darf nur geringe Schwankungen hinsichtlich der Ausgangsspannung aufweisen und muß ferner ein ausgezeichnetes Temperaturverhalten besitzen.

Wie anhand der Gleichung (5) zu erkennen ist, hängt bei der in Fig. 1 gezeigten konventionellen Spannungsregelschaltung die Ausgangsspannung von der Basis-Emitter-Spannung V _BE des Transistors 13 ab. Diese Basis-Emitter-Spannung V _BE hängt wiederum vom Sättigungsstrom I _S des Transistors 13 ab, wie anhand der Gleichung (2) zu erkennen ist.

Wird eine integrierte Schaltung hergestellt und schwankt die Verunreinigungs- bzw. Dotierungskonzentration der Basis eines Transistors nach oben oder unten, so wird der Sättigungsstrom I _S vermindert oder erhöht, und zwar in Übereinstimmung mit dieser Schwankung, während im Gegensatz dazu die Basis-Emitter-Spannung V _BE erhöht oder vermindert wird.

Wie bereits erwähnt, erreicht die Schwankung der Basis- Emitter-Spannung V _BE beim allgemeinen Herstellungsprozeß, wenn die Ausgangskonstantspannung von der Spannungsregelschaltung auf einen Wert V _REF = 1,205 V gesetzt ist, z. B. einen Wert von etwa ±40 mV, das sind etwa ±3,3%. Um die Ausgangsspannung in einem vorbestimmten Bereich zu halten, müssen daher der Herstellungsprozeß genauer ausgeführt und der Widerstand abgestimmt bzw. getrimmt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Spannungsregelschaltung zu schaffen. Insbesondere ist es Ziel der Erfindung, eine Spannungsregelschaltung anzugeben, in der eine Konstantstromquelle, durch die ein Strom erzeugt wird, dessen Größe ein ganzes Vielfaches eines Referenzstroms ist, mit einem Kollektor-Emitter-Weg eines Transistors in Kaskade bzw. Reihe liegt, um eine Basis-Emitter- Spannung eines Transistors von der Basis des Transistors zu erzeugen.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine Spannungsregelschaltung zu schaffen, die Schwankungen der Basis-Emitter-Spannung unterdrücken kann, die sich aufgrund von Schwankungen einer Basisverunreinigungs- bzw. Dotierungskonzentration beim Herstellungsprozeß einstellen.

Die Spannungsregelschaltung nach der Erfindung soll darüber hinaus ausgezeichnete Temperatureigenschaften aufweisen.

Die Spannungsregelschaltung nach der Erfindung zeichnet sich aus durch

a) einen Transistor mit einem Eingangsanschluß sowie einem ersten und einem zweiten Ausgangsanschluß, und
b) eine Stromquelle zum Multiplizieren eines vorbestimmten Stroms auf ein vorbestimmtes Vielfaches, wobei die Stromquelle mit dem ersten und zweiten Ausgangsanschluß des Transistors in Reihe liegt und eine vorbestimmte Spannung vom Eingangsanschluß erhalten wird.

Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung zeichnet sich eine Spannungsregelschaltung aus durch

a) eine erste Stromquelle zur Erzeugung eines vorbestimmten Stroms,
b) einen ersten Transistor, der an seiner Basis den vorbestimmten Strom von der ersten Stromquelle empfängt, und der einen Emitterstrom erzeugt, der das b-fache des vorbestimmten Stroms ist,
c) einen zweiten Transistor, dessen Kollektor mit dem Emitter des ersten Transistors verbunden ist, und dessen Emitter geerdet ist,
d) eine zweite Stromquelle, die an ihrem einen Ende sowohl mit der Basis des zweiten Transistors als auch mit einem Ende eines Widerstands verbunden ist, der eine Referenzspannung erzeugt, und
e) einen Pufferverstärker, der zwischen dem Emitter des ersten Transistors und dem anderen Ende des Widerstands liegt, wobei eine vorbestimmte Spannung an diesem anderen Ende des Widerstands abnehmbar ist.

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung zeichnet sich eine Spannungsregelschaltung aus durch

a) eine erste Stromquelle zur Erzeugung eines vorbestimmten Stroms,
b) einen emittergeerdeten ersten Transistor, der an seiner Basis den vorbestimmten Strom von der ersten Stromquelle empfängt,
c) einen zweiten Transistor, dessen Kollektor mit einem ersten Referenzpotential, dessen Basis über einen Widerstand mit dem ersten Referenzpotential und dessen Emitter sowohl mit dem Kollektor des ersten Transistors als auch mit einem Ausgangsspannungsanschluß verbunden sind, und
d) eine zweite Stromquelle, die zwischen der Basis des zweiten Transistors und einem zweiten Referenzpotential liegt.

Die Erfindung stellt weiterhin eine Konstantstromschaltung zur Verfügung, die sich auszeichnet durch

a) einen ersten Transistor eines ersten Leitungstyps, dessen Emitter über einen ersten Widerstand mit einem ersten Referenzpotential verbunden ist,
b) einen zweiten Transistor vom ersten Leitungstyp, dessen Basis und Kollektor mit der Basis des ersten Transistors und dessen Emitter über einen zweiten Widerstand mit dem ersten Referenzpotential verbunden sind,
c) einen dritten Transistor eines zweiten Leitungstyps, dessen Basis mit dem Kollektor des ersten Transistors sowie mit dem Kollektor eines vierten Transistors vom zweiten Leitungstyp, dessen Emitter geerdet ist, verbunden ist, dessen Kollektor mit der Basis und dem Kollektor des zweiten Transistors und dessen Emitter mit der Basis des vierten Transistors verbunden sind, und
d) einen fünften Transistor vom zweiten Leitungstyp, dessen Basis mit der Basis des vierten Transistors sowie mit dem Emitter des dritten Transistors, dessen Kollektor über einen dritten Widerstand mit dem Emitter des dritten Transistors und dessen Emitter über einen vierten Widerstand mit einem zweiten Referenzpotential verbunden sind, wobei eine Ausgangsspannung vom Emitter des zweiten Transistors und/oder vom Kollektor des fünften Transistors abnehmbar ist.

Die Zeichnung stellt neben dem Stand der Technik Ausführungsbeispiele der Erfindung dar. Es zeigt

Fig. 1 eine konventionelle Spannungsregelschaltung,

Fig. 2 ein Schaltungsdiagramm des grundsätzlichen Aufbaus einer Spannungsregelschaltung nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 3 eine praktische Ausführungsform der Spannungsregelschaltung nach Fig. 2,

Fig. 4 ein Schaltungsdiagramm des grundsätzlichen Aufbaus der Spannungsregelschaltung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und

Fig. 5 eine praktische Ausführungsform der Spannungsregelschaltung nach Fig. 4.

Spannungsregelschaltungen nach der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 5 näher beschrieben. In den Ausführungsbeispielen sind die jeweils dargestellten Transistoren Bipolartransistoren. Fig. 2 zeigt den grundsätzlichen Aufbau einer Spannungsregelschaltung nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Entsprechend der Fig. 2 ist ein Ende einer Stromquelle 21 mit einer Basis eines Transistors 22 verbunden, während das andere Ende der Stromquelle 21 und der Emitter des Transistors 22 geerdet sind. Der Kollektor des Transistors 22 ist mit einem Emitter eines zweiten Transistors 23 verbunden, während die Basis des Transistors 23 mit einem Ende einer zweiten Stromquelle 24 verbunden ist. Der Kollektor des Transistors 23 und das andere Ende der zweiten Stromquelle 24 sind gemeinsam mit einer Spannungsquelle 1 (V _cc) verbunden. Die Verbindung zwischen dem Kollektor des Transistors 22 und dem Emitter des Transistors 23 ist mit einem Eingangsanschluß eines Puffers (buffer) 27 verbunden. Der Ausgangsanschluß des Puffers 27 ist einerseits direkt mit einem Ausgangsanschluß 2 und darüber hinaus mit einer Seite eines Widerstands 28 verbunden. Die andere Seite des Widerstands 28 ist mit der noch freien Seite der Stromquelle 21 und weiter mit der Basis des Transistors 22 verbunden.

Im folgenden wird der Betrieb der in Fig. 2 gezeigten Spannungsregelschaltung im einzelnen beschrieben.

I₁ und I₂ stellen Ströme dar, die jeweils durch die erste und zweite Stromquelle 21 und 24 fließen. Der Wert β (»1) gibt einen Stromverstärkungsfaktor für jeden der Transistoren 22 und 23 an. Der Strom I₂ fließt zur Basis des Transistors 23, so daß der Kollektorstrom des Transistors 23 den Wert β · I₂ annimmt, wobei der Kollektorstrom des Transistors 22, der mit dem Transistor 23 in Serie liegt, ebenfalls den Wert β · I₂ annimmt. Zur Basis des Transistors 22 fließt ein Strom, der das 1/β-fache des Kollektorstroms ist, also der vom Puffer 27 über den Widerstand 28 fließende Strom I₂. Aufgrund des Konstantstroms I₁ und des Basisstroms I₂ des Transistors 22 ergibt sich die Spannung über dem Widerstand 28 zu (I₁+I₂) · R₂₈, wobei R₂₈ der Widerstandswert des Widerstands 28 ist.

Soll die Ausgangsspannung V₀ am Ausgangsanschluß 2 gleich der zuvor erwähnten Energielücken-Spannung V _REF in Fig. 2 werden, so muß die Bedingung (I₁+I₂) · R₂₈ = K₀ · V _T erfüllt sein.

Die Ströme I₁ und I₂ der jeweiligen Stromquellen 21 und 24 lassen sich durch die nachfolgende Gleichung (6) ausdrücken, wobei K₀ = K₁+K₂ ist:

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf das in Fig. 3 gezeigte praktische Ausführungsbeispiel erläutert, wie die Koeffizienten K₁ und K₂ bestimmt werden.

Die Ausgangsspannung V₀ am Ausgangsanschluß 2 ergibt sich durch die nachfolgende Gleichung (7):

V₀ = V _REF = K₀ V _T + V _BE (β I₂) (7)

Obwohl die Basis-Emitter-Spannung V _BE des Transistors 22 vom Sättigungsstrom I _S abhängt, wie anhand der Gleichung (2) zu erkennen ist, wird, wenn ein Verhältnis zwischen dem Stromverstärkungsfaktor β und dem Sättigungsstrom I _S als A bezeichnet wird, das Verhältnis A = β/I _S einen konstanten Wert unabhängig von Schwankungen der Basisverunreinigungskonzentration annehmen, da die Korrelation zwischen dem Stromverstärkungsfaktor β und dem Sättigungsstrom I _S nahezu 1 ist.

Insofern liefert die Gleichung (2) das folgende Ergebnis:

V _BE = V _T ln (A I₂) (8)

Die Basis-Emitter-Spannung V _BE des Transistors 22 hängt somit von einem Basisstrom ab, der gleich dem Strom I₂ der zweiten Stromquelle 24 ist. Obwohl dieser Strom I₂ in Abhängigkeit der Schwankungen des Widerstandswerts R₂₈ des Widerstands 28 schwankt, können doch die Fluktuationen des Widerstandswerts R₂₈ im Vergleich zu den Fluktuationen des Sättigungsstroms I _S vernachlässigt werden, wie anhand der Gleichung (6) zu erkennen ist, so daß bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Schwankungen der Basis-Emitter- Spannung V _BE des Transistors 22 und somit die Schwankungen der Ausgangsspannung V₀ am Ausgangsanschluß 2 unterdrückt werden können.

Ein praktisches Ausführungsbeispiel der in Fig. 2 gezeigten Spannungsregelschaltung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 3 näher beschrieben.

Mit dem Bezugszeichen 30 ist in Fig. 3 allgemein eine Konstantstromschaltung versehen. In der Konstantstromschaltung 30 nach Fig. 3 sind Emitter eines Paares von PNP-Transistoren 31 und 32 miteinander und mit einem Spannungsquellenanschluß 1 (V _cc) verbunden, während auch die Basisanschlüsse dieser Transistoren 31 und 32 miteinander gekoppelt sind. Der Kollektor des Transistors 32 ist mit seiner Basis verbunden, wodurch eine sogenannte Stromspiegelschaltung erhalten wird. Der Kollektor des PNP-Transistors 31 und ein Kollektor eines NPN-Transistors 33, dessen Emitter geerdet ist, sind in einem Punkt P miteinander verbunden, während ein Kollektor eines NPN-Transistors 34 dessen Basis ebenfalls mit dem Punkt P verbunden ist, mit dem Kollektor des PNP-Transistors 32 verbunden ist.

Ein Transistor 35 _N ist ein sogenannter NPN-Mehremitter- Transistor, dessen Emitter eine Fläche aufweist, die N- mal so groß wie die des Transistors 33 ist. Mit anderen Worten weist der Mehremitter-Transistor 35 _N eine Stromkapazität auf, die N-mal so groß ist wie die des Transistors 33. Die mehreren Emitter des Transistors 35 _N sind gemeinsam miteinander verbunden und geerdet, und zwar über einen Widerstand 36. Der Kollektor des Transistors 35 _N ist mit dem Emitter des Transistors 34 verbunden, und zwar über einen Lastwiderstand 37, während die Basis des Transistors 35 _N sowohl mit der Basis des Transistors 33 als auch mit dem Emitter des Transistors 34 verbunden ist.

Eine Basis eines Transistors 41 ist sowohl mit der Basis des Transistors 33 als auch mit derjenigen des Transistors 35 _N innerhalb der Konstantstromschaltung 30 verbunden. Der Kollektor des NPN-Transistors 41 ist mit einer Basis eines NPN-Transistors 42 verbunden, während die Emitter der beiden Transistoren 41 und 42 geerdet sind. Der Kollektor des Transistors 42 und ein Emitter eines NPN-Transistors 43 sind miteinander verbunden, während der Kollektor des Transistors 43 mit dem Spannungsquellenanschluß 1 verbunden ist.

Emitter eines Paares von PNP-Transistoren 44 und 45 sind ebenfalls miteinander bzw. mit dem Spannungsquellenanschluß 1 verbunden, wobei die Basisanschlüsse dieser Transistoren 44 und 45 miteinander verbunden sind. Der Kollektor des Transistors 45 ist mit seiner Basis verbunden, um eine Stromspiegelschaltung zu erhalten. Der Kollektor des PNP- Transistors 44 und die Basis des NPN-Transistors 43 sind miteinander verbunden. Ein Kollektor eines NPN-Transistors 46, dessen Emitter geerdet ist, ist mit dem Kollektor des PNP-Transistors 45 verbunden. Die Basis des Transistors 46 ist mit dem Kollektor des Mehremitter-Transistors 35 _N verbunden, der innerhalb der Konstantstromschaltung 30 liegt.

Mit einem Übergang Q zwischen dem Kollektor des Transistors 42 und dem Emitter des Transistors 43 ist die Basis eines NPN-Transistors 71 innerhalb eines Puffers 70 verbunden. Der Emitter des Transistors 71 ist direkt mit einer Basis eines NPN-Transistors 72 und ferner über einen Widerstand 73 mit dem Spannungsquellenanschluß 1 verbunden. Der Kollektor des Transistors 71 ist geerdet. Der Kollektor des Transistors 72 ist mit dem Spannungsquellenanschluß 1 verbunden, während sein Emitter direkt mit dem Ausgangsanschluß 2 und ebenfalls über einen Widerstand 48 mit dem Kollektor des Transistors 41 verbunden ist.

Die Transistoren 41 und 44 in Fig. 3 stimmen jeweils mit den Stromquellen 21 und 24 in Fig. 2 überein.

Ein zum Mehremitter-Transistor 35 _N gelieferter Strom I₃₅ wird gleichmäßig auf die jeweiligen Einheitstransistoren aufgeteilt, die in Fig. 3 in Form von N-Emittern dargestellt sind. Die in Fig. 3 gezeigte Konstantstromschaltung 30 erfüllt somit folgende Gleichung (9), die ähnlich der Gleichung (4b) ist, wenn die entsprechenden Basis-Emitter- Spannungen der Transistoren 33 und 35 _N berücksichtigt werden:

Die PNP-Transistoren 31 und 32 der Stromspiegelschaltung halten die Kollektorströme I₃₃ und I₃₅ der Transistoren 33 und 35 _N so zueinander, daß die Beziehung I₃₃ = I₃₅ gilt. Die Anwendung dieser Beziehung auf Gleichung (9) liefert folgende Gleichung (10):

Da die Basisanschlüsse der Transistoren 33, 35 _N und 41 miteinander verbunden sind, werden die jeweiligen Kollektorströme dieser Transistoren bei zueinander gleich großen Werten gehalten, so daß der Konstantstrom I₁, der gleich dem Strom I₃₅ ist, welcher durch Gleichung (10) ausgedrückt ist, in den Transistor 41 fließt.

Werden in Fig. 3 die jeweiligen Basis-Emitter-Spannungen der Transistoren 33 und 46 in Betracht gezogen, so läßt sich die folgende Gleichung (11) aufstellen, wobei R₃₇ der Widerstandswert des Lastwiderstands 37 ist:

Aus Gleichung (11) ergibt sich die nachfolgende Gleichung (12):

Der Kollektorstrom I₃₅ des Mehremitter-Transistors 35 _N ergibt sich nach Gleichung (10), so daß nach Einsetzen von Gleichung (10) in die Gleichung (12) die Gleichung (13) erhalten wird:

Hierbei ist m = R₃₇/R₃₆.

Aus Gleichung (13) wird der Ausdruck

∴ I₂ = I₃₃/N ^m (13a)

erhalten, wobei m = R₃₇/R₃₆ ist.

Während der durch Gleichung (13a) ausgedrückte Konstantstrom I₂ in den Transistor 46 fließt, rufen die Transistoren 45 und 44 der Stromspiegelschaltung einen Strom hervor, dessen Amplitude dieselbe ist wie diejenige des Konstantstroms I₂, der durch Gleichung (13a) ausgedrückt ist, wobei dieser Strom in die Basis des Transistors 43 fließt. In ähnlicher Weise wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 wird daher der Strom β I₂ vom Transistor 43 zum Kollektor des Transistors 42 geliefert, wobei der Transistor 72 im Puffer 70 den Strom I₂ über den Widerstand 48 zur Basis des Transistors 42 liefert.

Durch den Widerstand 48 fließt der Kollektorstrom I₁ des Transistors 41 und der Basisstrom I₂ des Transistors 42. Bei Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 werden die Koeffizienten K₁ und K₂ durch die folgende Gleichung (14) definiert, um die Energielücken-Spannung V _REF am Ausgangsanschluß 2 anhand der Gleichungen (6), (10) und (13) zu erhalten:

Hierbei ist m = R₃₇/R₃₆.

Ist bei diesem Ausführungsbeispiel das Emitterflächenverhältnis des Mehremitter-Transistors 35 _N so gewählt, daß N = 8 ist, so lassen sich die jeweiligen Widerstandswerte von Emitterwiderstand 36 sowie den Widerständen 37 und 48 der Reihe nach z. B. zu R₃₆ = 1,2 kΩ, R₃₇ = 2,4 kΩ und R₄₈ = 12 kΩ bestimmen.

Es sei darauf hingewiesen, daß in diesem Fall anhand der Gleichung (13a) der Ausdruck I₂ = I₁/8² erhalten wird.Da im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein sehr kleiner Konstantstromausgang erhalten wird, können die Widerstandswerte der Widerstände relativ klein gewählt werden. Es ist daher möglich, eine Konstantstromschaltung 30 zu verwenden, die innerhalb einer integrierten Schaltung (IC) liegen kann.

Ein zweites Ausführungsbeispiel einer Spannungsregelschaltung nach der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 4 und 5 näher beschrieben. Fig. 4 zeigt dabei den grundsätzlichen Aufbau dieses Ausführungsbeispiels, wobei in Fig. 4 gleiche Teile wie in Fig. 2 mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und nicht nochmals beschrieben werden.

Entsprechend der Fig. 4 ist ein Ende der Stromquelle 21 mit der Basis des NPN-Transistors 22 verbunden, während das andere Ende der Stromquelle 21 geerdet ist. Der Emitter des Transistors 22 und der Kollektor des zweiten NPN-Transistors 23 sind miteinander verbunden, während die Basis des Transistors 23 mit einem Ende der zweiten Stromquelle 24 verbunden ist. Ferner ist der Kollektor des Transistors 22 mit dem anderen Ende der zweiten Stromquelle 24 und weiterhin mit dem Spannungsquellenanschluß 1 (V _cc) verbunden, während der Emitter des Transistors 23 geerdet ist. Ein Ausgangsanschluß 3 ist mit dem Verbindungsstück zwischen dem Emitter des Transistors 22 und dem Kollektor des Transistors 23 verbunden. Das nicht geerdete Ende der Stromquelle 21 und die Basis des Transistors 22 sind mit einem Ende des Widerstands 28 verbunden, dessen anderes Ende mit dem Spannungsquellenanschluß 1 verbunden ist.

In Übereinstimmung mit dem zweiten Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 läßt sich ähnlich wie beim ersten Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 eine Ausgangsspannung V₀ zwischen dem Spannungsquellenanschluß 1 und dem Ausgangsanschluß 3 erzeugen, die gleich der zuvor erwähnten Energielücken-Spannung V _REF ist und nur sehr kleine Schwankungen aufweist.

Die Fig. 5 stellt ein praktisches Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung nach Fig. 4 dar. In Fig. 5 sind gleiche Teile wie in Fig. 3 mit gleichen Bezugszeichen versehen und werden nicht nochmals beschrieben.

Entsprechend der Fig. 5 ist eine Konstantstromschaltung allgemein mit dem Bezugszeichen 30 A versehen. Innerhalb der Konstantstromschaltung 30 A sind die jeweiligen Emitter eines Paares von PNP-Transistoren 31 und 32 einer Stromspiegelschaltung über jeweilige Widerstände 38 und 39 mit dem Spannungsquellenanschluß 1 verbunden. Die Verbindung zwischen dem Widerstand 39 und dem Emitter des Transistors 32 ist mit der Basis des Transistors 42 verbunden, während der Ausgangsanschluß 3 vom Verbindungszweig abgenommen wird, der zwischen dem Emitter des Transistors 42 und einem Kollektor eines Transistors 43 liegt. Der Kollektor des Transistors 42 ist mit dem Spannungsquellenanschluß 1 verbunden, während der Emitter des Transistors 43 geerdet ist.

Ein Paar von PNP-Transistoren 44 und 45 bildet eine Stromspiegelschaltung. Der Kollektor des Transistors 45 ist mit dem Kollektor eines Transistors 46 verbunden, dessen Emitter geerdet ist, während der Kollektor des Transistors 44 mit der Basis des Transistors 43 verbunden ist, dessen Emitter ebenfalls geerdet ist. Die Basis des Transistors 46, dessen Emitter geerdet ist, ist mit dem Kollektor des Mehremitter-Transistors 35 _N verbunden. Ferner ist die Basis des Transistors 45 mit seinem Kollektor verbunden.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 bildet der zum Widerstand 39 fließende Strom die Summe aus Basisstrom I₂ des Transistors 42, der in Serie zum Transistor 43 liegt, und durch den der Kollektorstrom β · I₂ fließt, und Kollektorstrom I₃₅ (ausgedrückt durch Gleichung (10)) des Mehremitter-Transistors 35 _N. Es gilt also I₃₉ = I₂ + I₃₅. Wie bereits im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 beschrieben worden ist, der Kollektorstrom I₃₅ dieses Transistors 35 _N gleich dem Kollektorstrom I₁ des Transistors 41, der als Stromquelle dient.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist daher die Spannung über dem Widerstand 39 gleich der Spannung über dem Widerstand 48 beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3, die sich als Ausdruck K₀ · V _T darstellen läßt.

Da nach der Erfindung die Konstantstromquelle, durch die ein Strom fließt, der das Mehrfache des Referenzstroms beträgt, mit dem Kollektor-Emitter-Stromweg des Transistors in Serie liegt, wird eine Spannungsregelschaltung erhalten, die Schwankungen der Basis-Emitter-Spannung des Transistors unterdrücken kann, die sich aufgrund von Fluktuationen der Basisverunreinigungskonzentration (Basisdotierungskonzentration) beim Herstellungsprozeß ergeben.

Claims

1. Spannungsregelschaltung, gekennzeichnet durch

a) einen Transistor (22) mit einem Eingangsanschluß sowie einem ersten und einem zweiten Ausgangsanschluß, und
b) eine Stromquelle (23, 24) zum Multiplizieren eines vorbestimmten Stroms auf ein vorbestimmtes Vielfaches, wobei die Stromquelle mit dem ersten und zweiten Ausgangsanschluß des Transistors (22) in Reihe liegt und eine vorbestimmte Spannung vom Eingangsanschluß erhalten wird.

2. Spannungsregelschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangsanschluß des Transistors mit seinem ersten und zweiten Ausgangsanschluß verbunden ist.

3. Spannungsregelschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor ein bipolarer NPN- oder PNP-Transistor ist und eine Stromquelle zur Erzeugung eines Stroms enthält, der auf einen gegenüber dem Konstantstrom β-fachen Wert multipliziert ist.

4. Spannungsregelschaltung, gekennzeichnet durch

a) eine erste Stromquelle (I₂) zur Erzeugung eines vorbestimmten Stroms,
b) einen ersten Transistor (23), der an seiner Basis den vorbestimmten Strom von der ersten Stromquelle (I₂) empfängt, und der einen Emitterstrom erzeugt, der das β-fache des vorbestimmten Stroms ist,
c) einen zweiten Transistor (22), dessen Kollektor mit dem Emitter des ersten Transistors (23) verbunden ist, und dessen Emitter geerdet ist,
d) eine zweite Stromquelle (I₁), die an ihrem einen Ende sowohl mit der Basis des zweiten Transistors (22) als auch mit einem Ende eines Widerstands (28) verbunden ist, der eine Referenzspannung erzeugt, und
e) einen Pufferverstärker (27), der zwischen dem Emitter des ersten Transistors (23) und dem anderen Ende des Widerstands (28) liegt, wobei eine vorbestimmte Spannung (V₀) an diesem anderen Ende des Widerstands (28) abnehmbar ist.

5. Spannungsregelschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Stromquelle (I₁) eine Vorspannung von einer Stromspiegelschaltung empfängt.

6. Spannungsregelschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromspiegelschaltung folgende Einrichtungen enthält:

- einen ersten und einen zweiten Transistor (31, 32) eines ersten Leitungstyps, deren Emitter gemeinsam an einem ersten Referenzpotential (V _cc ) liegen, und deren Basisanschlüsse miteinander verbunden sind,
- einen dritten Transistor (34) eines zweiten Leitungstyps, dessen Kollektor mit dem Kollektor und der Basis des zweiten Transistors (32) verbunden ist, und dessen Basis mit dem Kollektor des ersten Transistors (31) verbunden ist,
- einen emittergeerdeten vierten Transistor (33) des zweiten Leitungstyps, dessen Kollektor mit der Basis des dritten Transistors (34) und dessen Basis mit dem Emitter des dritten Transistors (34) verbunden sind, und
- einen fünften Transistor (35 _N) des zweiten Leitungstyps, dessen Basis mit der Basis des vierten Transistors (33), dessen Kollektor über einen Widerstand (37) mit dem Emitter des dritten Transistors (34) und dessen Emitter über einen Widerstand (36) mit einem zweiten Referenzpotential verbunden sind, wobei die Vorspannung von der Basis oder dem Kollektor des vierten Transistors (33) erhalten wird.

7. Spannungsregelschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Emitterbereich des fünften Transistors (35 _N) der Stromspiegelschaltung als ein ganzes Vielfaches desjenigen des vierten Transistors (33) gewählt ist.

8. Spannungsregelschaltung, gekennzeichnet durch

a) eine erste Stromquelle (I₂) zur Erzeugung eines vorbestimmten Stroms,
b) einen emittergeerdeten ersten Transistor (23), der an seiner Basis den vorbestimmten Strom von der ersten Stromquelle (I₂) empfängt,
c) einen zweiten Transistor (22), dessen Kollektor mit einem ersten Referenzpotential (V _cc), dessen Basis über einen Widerstand (28) mit dem ersten Referenzpotential (V _cc) und dessen Emitter sowohl mit dem Kollektor des ersten Transistors (23) als auch mit einem Ausgangsspannungsanschluß (3) verbunden sind, und
d) eine zweite Stromquelle (I₁), die zwischen der Basis des zweiten Transistors (22) und einem zweiten Referenzpotential liegt.

9. Konstantstromschaltung, gekennzeichnet durch

a) einen ersten Transistor (31) eines ersten Leitungstyps, dessen Emitter über einen ersten Widerstand (38) mit einem ersten Referenzpotential (V _cc) verbunden ist,
b) einem zweiten Transistor (32) vom ersten Leitungstyp, dessen Basis und Kollektor mit der Basis des ersten Transistors (31) und dessen Emitter über einen zweiten Widerstand (39) mit dem ersten Referenzpotential (V _cc) verbunden sind,
c) einen dritten Transistor (34) eines zweiten Leitungstyps, dessen Basis mit dem Kollektor des ersten Transistors (31) sowie mit dem Kollektor eines vierten Transistors (33) vom zweiten Leitungstyp, dessen Emitter geerdet ist, verbunden ist, dessen Kollektor mit der Basis und dem Kollektor des zweiten Transistors (32) und dessen Emitter mit der Basis des vierten Transistors (33) verbunden sind, und
d) einen fünften Transistor (35 _N) vom zweiten Leitungstyp, dessen Basis mit der Basis des vierten Transistors (33) sowie mit dem Emitter des dritten Transistors (34), dessen Kollektor über einen dritten Widerstand (37) mit dem Emitter des dritten Transistors (34) und dessen Emitter über einen vierten Widerstand (36) mit einem zweiten Referenzpotential verbunden sind, wobei eine Ausgangsspannung vom Emitter des zweiten Transistors (32) und/oder vom Kollektor des fünften Transistors (35 _N) abnehmbar ist.

10. Konstantstromschaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Emitterbereich des fünften Transistors (35 _N) als ein ganzes Vielfaches eines Emitterbereichs des vierten Transistors (33) gewählt ist.