DE4037823C2

DE4037823C2 -

Info

Publication number: DE4037823C2
Application number: DE19904037823
Authority: DE
Inventors: Karl-Diether Dipl.-Ing. 7101 Oedheim De Nutz
Original assignee: Temic Telefunken Microelectronic GmbH
Current assignee: Microchip Technology Munich GmbH
Priority date: 1989-12-20
Filing date: 1990-11-28
Publication date: 1993-06-09
Also published as: DE4037823A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Erzeugung ei nes zu einer Betriebsspannung proportionalen Arbeits stroms.

Aus der US-PS 37 35 240 ist eine integrierte Schal tungsanordnung zur Stromregelung bekannt. Diese Schaltung besteht aus einer Differenzverstärkerstufe aus zwei Transistoren, wobei der Eingang der Differenz verstärkerstufe über einen externen Widerstand mit der Spannungsversorgung verbunden ist. Die Differenzver stärkerstufe steuert anhand einer mit ihrem Ausgang verbundenen Darlingtonstufe den Strom von der Span nungsversorgung zur Last, die mit dem Emitter der Dar lingtonstufe verbunden ist. Die Kollektoren der Transi storen sind mit dem Eingang der Transistorstufe verbun den und bilden somit einen geschlossenen Regelkreis, der den Laststrom durch den externen Widerstand regelt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schal tung anzugeben, bei der der Arbeitsstrom auch bei klei nen Betriebsspannungen (z. B. kleiner als 1,3 V) durch einen Widerstand vorgegeben werden kann und streng pro portional zur Betriebsspannung bleibt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Schaltung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die vorteil hafte Ausgestaltung der Erfindung erfolgt gemäß den Merkmalen der abhängigen Ansprüche.

Die erfindungsgemäße Schaltung dient vorzugsweise als Stromquelle zur Speisung von IC-Schaltungen. Eine der Betriebsspannung proportionale Einstellung eines Ar beitsstromes ist beispielsweise dann erforderlich, wenn mit nur einem externen Widerstand ein integrierter Os zillator 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 Arbeitsstromni veau einer integrierten Schaltung zu steuern, und zwar speziell dann, wenn die Betriebsspannung nicht mehr we sentlich über der U_BE 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 Arbeits stromes nach der Erfindung, bei der die Größe des Ar beitsstromes durch einen Widerstand bestimmt wird. Die ser Widerstand ist in der Figur mit R_ex bezeichnet. Wie die Figur zeigt, ist der Widerstand R_ex in Reihe zur Emitter-Basisstrecke eines Transistors T1 geschal tet. Die Reihenschaltung des Widerstandes R_ex 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 Betriebs spannung bezogen und liegt damit an der Betriebsspan nung. Das Kollektorpotential des Transistors T1 wird auf ein Potential geregelt, welches dem Potential des Teilerpunktes TP des Spannungsteilers (R1, R2) ent spricht. 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 Emit ter miteinander verbunden sind. Nach der Figur ist der Kollektor des Transistors T1 mit der Basis des Transi stors 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 R_ex 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 Transistors 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 U_BE er höht der Basis von T8 angeboten wird und das Potential an der Basis von T8, welches gleich dem Kollektorpotential von T1 plus U_BET4 ist, um U_BET8 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 R_ex 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 R_ex ist.

Es gelten folgende Beziehungen:

U_BET = U_BET2
I_C1 = I_C2 = I_T2
I_C2 = I_Rex = I_T2
U_Bat × R2/(R1+R2) = U_B-T5
I_T2 = (U_Bat-U_B-T5)/R_ex
U_B-T5 = U_Bat × R2/(R1+R2)
I_T2 = U_Bat × R1/R_ex × (R1+R2)
I_-T2 = k × U_Bat/R_ex .

Claims

1. Schaltung zur Erzeugung eines zu einer Betriebsspan nung proportionalen Arbeitsstromes (I), dessen Größe durch einen Widerstand (R_ex) bestimmt wird, der in Rei he zur Emitter-Kollektorstrecke eines ersten Transi stors (T1) geschaltet ist, mit einem Komparator (T4, T5), der das Kollektorpotential des ersten Transistors (T1) mit dem Potential des Teilerpunktes eines an der Betriebsspannung liegenden Spannungsteilers (R1, R2) vergleicht, mit einem Stromquellentransistor (T3), der aufgrund des Vergleichsergebnisses des Komparators (T4, T5) zum einen den durch den Widerstand (R_ex) fließenden Eingangsstrom (I_E) mittels des ersten Transistors (T1) und zum anderen den Arbeitsstrom (I) mittels der Rei henschaltung eines ersten Transistors (T2) und eines weiteren Transistors (T8) regelt, wobei der Stromquel lentransistor (T3) einen Multikollektor aufweist, von dem aus den Basen des ersten, zweiten und weiteren Transistors (T1, T2, T8) gleiche Steuerströme zugeführt werden.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangsstrom des Komparators (T4, T5) mit Hil fe eines Stromspiegels (T6, T6′) und einer Konstant stromquelle (T7, R4) den Stromquellentransistor (T3) steuert.

3. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Transistor (T2) parallel zum ersten Transistor (T1) geschaltet ist, wobei Emit ter und Basis der beiden Transistoren (T1, T2) jeweils verbunden sind.

4. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Komparator aus zwei Transisto ren (T4, T5) besteht, deren Emitter miteinander verbun den sind.

5. Schaltung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstantstromquelle (T7, R4) mehrere Kollektoren aufweist und daß der eine Kollektor hiervon mit dem Ausgang des Stromspiegels (T6, T6′) verbunden ist und daß dieser Kollektor die Basis des Stromquellentransistors (T3) ansteuert.

6. Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Kollektor der Konstantstromquelle (T7, R4) mit den Emittern der Transistoren des Komparators verbunden ist.

7. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Transistor (T8) in Ba sisschaltung betrieben wird.

8. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem weiteren Transistor (T8) ein Transistor (T9) nachgeschaltet ist, der zur mehrfachen Abgabe des Arbeitsstromes entsprechend viele Kollekto ren aufweist.

9. Schaltung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitter der zum Komparator ge hörenden Transistoren (T4, T5) mit der Basis des weite ren Transistors (T8) verbunden sind.