DE4037823A1 - Schaltung zur erzeugung eines zu einer betriebsspannung proportionalen arbeitsstromes - Google Patents

Schaltung zur erzeugung eines zu einer betriebsspannung proportionalen arbeitsstromes

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DE4037823A1
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    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
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    • G05F3/02—Regulating voltage or current
    • G05F3/08—Regulating voltage or current wherein the variable is dc
    • G05F3/10—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics
    • G05F3/16—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices
    • G05F3/20—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations
    • G05F3/22—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations wherein the transistors are of the bipolar type only
    • G05F3/222—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations wherein the transistors are of the bipolar type only with compensation for device parameters, e.g. Early effect, gain, manufacturing process, or external variations, e.g. temperature, loading, supply voltage
    • G05F3/227—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations wherein the transistors are of the bipolar type only with compensation for device parameters, e.g. Early effect, gain, manufacturing process, or external variations, e.g. temperature, loading, supply voltage producing a current or voltage as a predetermined function of the supply voltage
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10—Regulating voltage or current
    • G05F1/46—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • G05F1/56—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices

Description

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung anzugeben, bei der der Arbeitsstrom auch bei kleinen Betriebsspannungen (z. B. kleiner als 1,3 V) durch einen Widerstand vorgegeben werden kann und streng proportional zur Betriebsspannung bleibt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Schaltung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Schaltung dient vorzugsweise als Stromquelle zur Speisung von IC-Schaltungen. Eine der Betriebsspannung proportionale Einstellung eines Arbeitsstromes ist beispielsweise dann erforderlich, wenn mit nur einem externen Widerstand ein integrierter Oszillator über den Strom in seiner Frequenz verändert werden soll und gleichzeitig auch der Arbeitsstrom ei­ ner nachfolgenden Frequenzteiler-Schaltung angepaßt werden muß.
Die erfindungsgemäße Schaltung ermöglicht es, mit Hilfe eines externen Widerstandes das interne Arbeitsstromniveau einer integrierten Schaltung zu steuern, und zwar speziell dann, wenn die Betriebsspannung nicht mehr wesentlich über einem UBE der integrierten pn-Übergänge liegt.
Die Erfindung wird im folgenden an einem Ausführungsbeispiel erläutert.
Die Figur zeigt eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines zu einer Betriebsspannung proportionalen Arbeitsstromes nach der Erfindung, bei der die Größe des Arbeitsstromes durch einen Widerstand bestimmt wird. Dieser Widerstand ist in der Figur mit Rex be­ zeichnet. Wie die Figur zeigt, ist der Widerstand Rex in Reihe zur Emitter-Basisstrecke eines Transistors T1 geschaltet. Die Reihenschaltung des Widerstandes Rex und des Transistors T1 liegt zwischen dem Betriebspotential und dem Bezugspunkt und damit an der Betriebsspannung.
Die Schaltungsanordnung der Figur weist weiterhin einen Spannungsteiler auf, der aus den Widerständen R1 und R2 besteht. Dieser Spannungsteiler ist auf die Betriebsspannung bezogen und liegt damit an der Betriebsspannung. Das Kollektorpotential des Transistors T1 wird auf ein Potential geregelt, welches dem Potential des Teilerpunktes TP des Spannungsteilers (R1, R2) entspricht. Zu diesem Zweck wird das Kollektorpotential des Transistors mit dem Potential am Teilerpunkt TP des Spannungsteilers verglichen. Dazu dient ein Komparator, der aus den Transistoren T4 und T5 besteht, deren Emitter miteinander verbunden sind. Nach der Figur ist der Kollektor des Transistors T1 mit der Basis des Transistors T4 und der Teilerpunkt TP des Spannungsteilers (R1, R2) mit der Basis des Transistors T5 verbunden. Seinen Arbeitsstrom erhält der Komparator von dem einen Kollektor K1 eines Stromspiegeltransistors T7, der mit den Emittern der Komparator-Transistoren T4 und T5 verbunden ist. Der Stromspiegeltransistor T7 liegt zusammen mit einem zu ihm in Reihe geschalteten Widerstand R4 an der Betriebsspannung.
Das Basispotential des Transistors T4 nimmt mit zuneh­ mendem Strom durch den Widerstand Rex ab. Wenn das Basispotential von T4 kleiner wird als das Basispotential des Transistors T5, liefert der Transistor T5 Strom in einen Stromspiegel, der aus den Transistoren T6 und T6′ besteht. Der Kollektor des Stromspiegeltransistors T6′ ist mit dem einen Kollektor K2 des Stromspiegeltransistors T7 sowie mit der Basis eines Stromquellentransistors T3 verbunden. Wird der vom Stromspiegeltransistor T6′ gelieferte Strom größer als der vom Kollektor K2 des Transistor T7 gelieferte Strom, so wird die Stromquellenschaltung, bestehend aus dem Transistor T3 und dem Widerstand R3, aufgesteuert. Dadurch bekommen die Transistoren T1 und T2 - über den Doppelkollektor K6 des Transistors T3 - Basisstrom und werden so weit aufgesteuert, bis der Transistor T1 den Stromsteuereingang IE bis auf das Potential der Basis des Transistors T5 und damit auf das Potential des Teilerpunktes TP des Spannungsteilers gezogen hat. Der Stromquellentransistor T3 weist einen dreigeteilten Kollektor auf, der zwei Teile seines Kollektorstromes den Transistoren T1 und T2 als Basisströme zuführt und der den dritten Teil seines Kollektorstromes der Basis eines Transistors T8 zuführt, dessen Emitter- Kollektorstrecke in Reihe zur Emitter-Kollektorstrecke des Transistors T2 geschaltet ist.
Der Transistor T2 ist parallel zum Transistor T1 ge­ schaltet, und zwar sind die Emitter der beiden Transistoren und die Basen der beiden Transistoren mit­ einander verbunden. Die Transistoren T1 und T2 sind identisch ausgebildet und haben deshalb die gleichen elektrischen Eigenschaften. Wegen der Parallelschaltung von Emitter und Basis und wegen des identischen Aufbaus liefern die Transistoren T1 und T2 gleiche Kollektorströme. Damit der Transistor T2 die gleichen Randbedingungen hat wie der Transistor T1, wird der Kollektorstrom des Transistors T2 nicht direkt ausge­ koppelt, sondern über den in Basisschaltung betriebenen Transistor T8. Der Transistor T8 dient dazu, das Kollektorpotential des Transistors T2 gleich dem Kollektorpotential des Transistors T1 zu machen, um die Kollektor-Emitter-Spannungsrückwirkung zu kompensieren. Dies wird dadurch erreicht, daß das Potential am Kollektor von T1 über den Transistor T4 um ein UBE er­ höht der Basis von T8 angeboten wird und das Potential an der Basis von T8, welches gleich dem Kollektorpotential von T1 plus UBET4 ist, um UBET8 re­ duziert am Emitter von T8 und damit am Kollektor von T1 erscheint. Damit der Basisstrom von T8 keinen Einfluß auf den Komparator (T4, T5) nehmen kann, wird vom Kollektor K7 des Transistors T3 dem Komparator genau so viel Strom zusätzlich angeboten, wie der Transistor T2 Basisstrom vom Kollektor K1 des Transistors T7 erhält.
Am Kollektor von T8 erscheint ein Strom, der der Betriebsspannung und dem Widerstand Rex proportional ist. Dieser Strom wird im Ausführungsbeispiel der Figur der Basis eines Multikollektor-Transistors T9 zuge­ führt, der so viele Kollektoren hat, wie eine nachge­ schaltete IC-Schaltung zur Versorgung benötigt.
Im folgenden wird der Nachweis erbracht, daß der Strom durch den Transistor T2 und damit der Strom durch den Transistor T8 proportional zur Betriebsspannung und zum Widerstand Rex ist.
Es gelten folgende Beziehungen:
UBET = UBET2
IC1 = IC2 = IT2
IC2 = IRex = IT2
UBat × R2/(R1+R2) = UB-T5
IT2 = (UBat-UB-T5)/Rex
UB-T5 = UBat × R2/(R1+R2)
IT2 = UBat × R1/Rex × (R1+R2)
I-T2 = k × UBat/Rex .

Claims (17)

1. Schaltung zur Erzeugung eines zu einer Betriebsspannung proportionalen Arbeitsstromes, dessen Größe durch einen Widerstand bestimmt wird, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der die Größe des Arbeitsstromes be­ stimmende Widerstand in Reihe zur Emitter- Kollektorstrecke eines Transistors geschaltet ist und daß der Basisstrom des Transistors und seine Kollektorspannung so geregelt werden, daß der Strom durch den Widerstand proportional zur Betriebsspannung ist.
2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spannungsteiler vorgesehen ist, der auf die Betriebsspannung bezogen ist, und daß das Kollektorpotential des Transistors auf ein Potential geregelt wird, welches dem Potential des Teilerpunktes des Spannungsteilers entspricht.
3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Kollektorpotential des Transistors mit dem Potential am Teilerpunkt des Spannungsteilers verglichen wird.
4. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Komparator vorgesehen ist, der zum Vergleich des Kollektorpotentials des Transistors mit dem Potential des Teilerpunktes des Spannungsteilers dient, und daß der Ausgangsstrom des Komparators einen solchen Basisstrom für den Transistor liefert, daß das Kollektorpotential des Transistors den Wert des Teilerpunktes des Spannungsteilers annimmt.
5. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangsstrom des Komparators mit Hilfe eines Stromspiegels und einer Konstantstromquelle eine Stromquelle steuert, die den Basisstrom für den Transistor liefert.
6. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum ersten Transistor ein zweiter Transistor geschaltet ist, der wegen der Parallelschaltung von Emitter und Basis den gleichen Kollektorstrom wie der erste Transistor liefert.
7. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als dritter Transistor ein Stromquellentransistor vorgesehen ist, der den Basisstrom für den ersten und zweiten Transistor lie­ fert.
8. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Komparator aus einem vierten und fünften Transistor besteht, deren Emitter miteinan­ der verbunden sind.
9. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangsstrom des Komparators einem sechsten Transistor zugeführt wird, der ein Stromspiegel ist.
10. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als siebter Transistor ein Stromspiegeltransistor als Konstantstromquelle vorgese­ hen ist, daß der siebte Transistor mehrere Kollektoren aufweist und daß der eine Kollektor des siebten Transistors mit dem Kollektor des sechsten Transistors verbunden ist und daß dieser Kollektor die Basis des dritten Transistors ansteuert.
11. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß ein Kollektor des siebten Transistors mit den Emittern des vierten und fünften Transistors verbunden ist.
12. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß in Reihe zum siebten Transistor ein Widerstand geschaltet ist und daß diese Reihenschaltung an der Bezugsspannung liegt.
13. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß ein in Basisschaltung betrie­ bener achter Transistor vorgesehen ist und daß dieser achte Transistor in Reihe zum zweiten Transistor ge­ schaltet ist.
14. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, da­ durch gekennzeichnet, daß dem achten Transistor ein Mehrkollektortransistor als neunter Transistor nachge­ schaltet ist, der so viele Kollektoren aufweist, wie Versorgungsströme benötigt werden.
15. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, da­ durch gekennzeichnet, daß der dritte Transistor einen dreigeteilten Kollektor aufweist, der zwei Teile seines Kollektorstromes dem ersten und zweiten Transistor als Basisstrom zuführt und der den dritten Teil seines Kollektorstromes der Basis des achten Transistors zu­ führt.
16. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, da­ durch gekennzeichnet, daß der dritte Transistor zwei Drittel seines Kollektorstromes an die Basen des ersten und zweiten Transistors und ein Drittel seines Kollektorstromes an die Basis des achten Transistors liefert.
17. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, da­ durch gekennzeichnet, daß der Kollektor des ersten Transistors mit der Basis des vierten Transistors ver­ bunden ist.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3534245A (en) * 1967-12-08 1970-10-13 Rca Corp Electrical circuit for providing substantially constant current
US3735240A (en) * 1971-10-15 1973-05-22 Motorola Inc Integrated circuit current regulator with differential amplifier control
DE2532397A1 (de) * 1975-07-19 1977-02-10 Licentia Gmbh Schaltungsanordnung zur erzeugung von mehreren konstanten stroemen zur versorgung einer integrierten schaltung

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