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Die vorliegende Erfindung betrifft eine
Konstantspannungsschaltung, umfassend:
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eine Bandabstands-Referenzschaltung zur Verbindung zwischen
ersten und zweiten Quellenspannungs-Versorgungsanschlüsse und
mit einer Stromspiegelschaltung, einem ersten Widerstand, der
einen Anschluß aufweist, der mit einem Ausgangsanschluß
verbunden ist, um einen Ausgangsstrom der
Stromspiegelschaltung durchzulassen, und ein bipolarer
Rückkopplungstransistor, dessen Basis-Emitter-Pfad zwischen
den anderen Anschluß des Widerstands und den zweiten
Spannungs-Versorgungsanschluß geschaltet ist.
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Eine derartige Schaltung kann in einer Vorspannungsschaltung,
beispielsweise in einem ECL (Emitter-gekoppelte Logik) Gate
Array verwendet werden und ist in der WO-A-8502472
beschrieben.
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Eine andere Bandabstandsspannungs-Referenzschaltung ist in
der EP-A-0288939 beschrieben.
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Figur 1 der beiliegenden Zeichnungen zeigt eine herkömmliche
Bandabstands-Schaltung vom Widler-Typ 30, die in einer
Konstantspannungsschaltung verwendet wird. In der
Bandabstands-Schaltung 30 sind ein Kollektor-Emitter-Pfad
eines ersten npn-Transistors Q1, ein erster Widerstand R1,
ein Kollektor-Emitter-Pfad eines zweiten npn-Transistors Q2
und ein zweiter Widerstand R2 zwischen einer Massespannung
GND und einer negativen Quellenspannung VEE in der genannten
Reihenfolge zueinander in Reihe geschaltet.
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Ein dritter Widerstand R3 und ein Kollektor-Emitter-Pfad
eines dritten npn-Transistors Q3, dessen Kollektor und Basis
miteinander verschaltet sind, sind zwischen dem Emitter
(Ausgangsanschluß) des ersten Transistors Q1 und die negative
Quellenspannung VEE in der genannten Reihenfolge zueinander
in Reihe geschaltet.
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Zusätzlich sind ein vierter Widerstand R4 und ein
Kollektor-Emitter-Pfad eines vierten npn-Transistors Q4 zwischen der
Massespannung GND und der negativen Quellenspannung VEE in
der genannten Reihenfolge zueinander in Reihe geschaltet. Der
Kollektor des vierten npn-Transistors Q4 ist mit der Basis
des ersten npn-Transistors Q1 verbunden und die Basis des
vierten npn-Transistors Q4 ist mit dem Kollektor des zweiten
npn-Transistors Q2 verbunden. Der Kollektor und die Basis des
dritten npn-Transistors Q3 sind mit der Basis des zweiten
npn-Transistors Q2 verbunden.
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In der voranstehend beschriebenen Bandabstands-Schaltung 30
erscheint die Differenz ΔVBE zwischen einer Spannung eines
Basis-Emitter-Pfads des Transistors Q3 und einer Spannung
eines Basis-Emitter-Pfads des Transistors Q2 über dem
Widerstand R2 auf. Die Spannungsdifferenz ΔVPE wird mit R1/R2
multipliziert und das Produkt erscheint über dem Widerstand
R1. Die Summe der Spannung ΔVBE R1/R2 über dem Widerstand R1
und eine Spannung eines Rasis-Emitter-Pfads des Transistors
Q4 ΔVBE4, d.h.
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(ΔVBE R1/R2) + VBE4 ... (1)
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ist eine Ausgangsspannung Vref. Da der erste Term der
Gleichung (1) einen positiven Temperaturkoeffizienten
aufweist und der zweite Term einen negativen
Temperaturkoeffizienten aufweist, kann durch Einstellung des
Werts des Widerstands R1 ein konstanter Spannungsausgang
erzielt werden, der einen Temperaturkoeffizienten von Null
aufweist. Der Wert der Ausgangsspannung Vref in bezug auf die
negative Quellenspannung VEE ist stabilisiert. Das heißt, es
wird angenommen, daß der Ausgangsstrom ansteigt. Wenn der
Ausgangsstrom ansteigt, nimmt ein in den Widerstand R1
fließender Strom ab. Der Basisstrom des Transistors Q4 nimmt
um das Absinken des in den Widerstand R1 fließenden Stroms
ab. Dann sinkt der Kollektorstrom des Transistors Q4. Wenn
der Kollektorstrom des Transistors Q4 absinkt, dann steigt
der Basisstrom des Transistors Q1 an.
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In der voranstehend beschriebenen Bandabstands-Schaltung 30
ist jedoch die negative Rückkopplungs-Funktion durch den
Transistor Q4 gegen Veränderungen der negativen
Quellenspannung VEE nicht immer ausreichend, so daß
Veränderungen in der Ausgangs spannung Vref nicht ausreichend
denjenigen in der negativen Quellenspannung VEE folgen.
Deshalb wird die Differenz zwischen der Ausgangsspannung Vref
und der negativen Quellenspannung VEE nicht konstant
gehalten, so daß der in die Lastseite hineinfließende
Ausgangsstrom sich unerwartet verändert.
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Wie voranstehend beschrieben, kann in der herkömmlichen
Bandabstands-Schaltung ein konstanter Spannungsausgang
gegenüber Temperaturveränderungen erhalten werden. Die
negative Rückkopplungsfunktion durch den Transistor Q4 ist
jedoch gegenüber Veränderungen in der negativen
Quellenspannung VEE nicht immer ausreichend. Deshalb folgen
die Veränderungen in der Ausgangsspannung Vref denjenigen in
der negativen Quellenspannung VEE nicht ausreichend, die
Differenz zwischen der Ausgangsspannung Vref und der
negativen Quellenspannung VEE wird nicht konstant gehalten
und der in die Lastseite hineinfließende Ausgangsstrom
verändert sich unerwartet, was Nachteile zur Folge hat.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Konstantspannungsschaltung vorzusehen, bei der eine
Ausgangsspannung Veränderungen in der Quellenspannung genau
folgt und jegliche Differenz zwischen einer Ausgangsspannung
und einer Quellenspannung stabilisiert ist.
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Gemäß der Erfindung ist die eingangs genannte
Konstantspannungsschaltung gekennzeichnet durch:
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einen weiteren bipolaren Transistor, dessen Kollektor mit dem
Kollektor des Rückkopplungstransistors verbunden ist und
dessen Basis mit einer von Veränderungen der Quellenspannung
freien Spannungsquelle verbunden ist, die an die
Versorgungsanschlüsse angelegt ist; und
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einen zweiten Widerstand, der zwischen den Emitter des
weiteren bipolaren Transistors und den zweiten
Quellenspannungs-Versorgungsanschluß geschaltet ist.
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Diese Erfindung läßt sich vollständiger aus der folgenden
eingehenden Beschreibung im Zusammenhang mit den beiliegenden
Zeichnungen verstehen. In den Zeichnungen zeigen:
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Figur 1 ein Schaltbild, welches eine herkömmliche
Bandabstands-Schaltung vom Widler-Typ zeigt, die in einer
Konstantspannungsschaltung verwendet wird;
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Figur 2 ein Schaltbild, welches eine
Konstantspannungsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt, die in einer Vorspannungsschaltung eines ECL-Gate-
Arrays verwendet wird; und
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Figur 3 ein Schaltbild, welches eine praktische
Anordnung einer Spannungsquelle in Figur 2 zeigt.
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Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird
nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen
beschrieben.
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Figur 2 zeigt eine Konstantspannungsschaltung, die in einer
Vorspannungsschaltung eines ECL-Gate-Arrays verwendet wird.
Die Konstantspannungsschaltung unterscheidet sich von der
herkömmlichen Bandabstands-Schaltung 30, die voranstehend
unter Bezugnahme auf Figur 1 beschrieben wurde, dadurch, daß
sie zusätzlich eine Rückkopplungsschleife 10 umfaßt. Deshalb
bezeichnen die gleichen Bezugszahlen wie in Figur 1 die
gleichen oder entsprechenden Teile in Figur 2 und deren
Erläuterung erübrigt sich.
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Die Rückkopplungsschleife 10 besteht beispielsweise, wie in
Figur 2 gezeigt, aus einem fünften npn-Transistor Q5, dessen
Kollektor mit dem Kollektor eines Transistors Q4 verbunden
ist und aus einem fünften Widerstand R5, der zwischen den
Emitter des fünften npn-Transistors Q5 und eine negative
Quellenspannung VEE geschaltet ist. Die Basis des fünften
npn-Transistors Q5 ist mit einer stabilisierten
Spannungsguelle VBB verbunden, die frei von Veränderungen in
der negativen Quellenspannung VEE ist.
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Ein Betrieb der voranstehend beschriebenen
Konstantspannungsschaltung ist im wesentlichen der gleiche,
wie der Betrieb der voranstehend unter Bezugnahme auf Figur 1
beschriebenen herkömmlichen Bandabstands-Schaltung 30. Durch
Hinzufügen der Rückkopplungsschleife 10 kann allerdings der
Betrieb, der nachstehend noch beschrieben wird, ausgeführt
werden. Das heißt, wenn beispielsweise die negative
Quellenspannung VEE abfällt, steigt ein EIN-Strom des
Transistors Q5 an und ein größerer Strombetrag wird durch
einen Widerstand R4 gezogen. Infolgedessen nimmt die
Basisspannung von Q1 und somit die Emitterspannung ab, so daß
eine Ausgangsspannung Vref abnimmt. Wenn im Gegensatz dazu
die negative Quellenspannung VEE ansteigt, nimmt der EIN-
Strom des Transistors Q5 ab und ein kleinerer Strombetrag
wird durch den Widerstand R4 gezogen. Infolgedessen steigt
die Basisspannung des Transistors Q1 und somit seine
Emitterspannung an, so daß die Ausgangs spannung Vref
ansteigt. Wie voranstehend beschrieben, folgen Veränderungen
der Ausgangsspannung Vref perfekt denjenigen Veränderungen
der negativen Quellenspannung VEE. Deshalb wird eine
Differenz zwischen der Ausgangsspannung Vref und der
negativen Quellenspannung konstant gehalten.
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Figur 3 ist eine praktische Schaltungsanordnung der
Spannungsguelle VBB in Figur 2. Die gleichen Bezugszahlen wie
in Figur 2 bezeichnen die gleichen Teile in Figur 3.
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Die Spannungsquelle VBB ist angeordnet, wie in Figur 3
gezeigt. Ein sechster Widerstand R6 und ein Kollektor-
Emitter-Pfad eines sechsten npn-Transistors Q6 sind zwischen
die Massespannung GND und die negative Quellenspannung VEE in
der genannten Reihenfolge zueinander in Reihe geschaltet. Der
sechste Widerstand R6 und der sechste npn-Transistor Q6
bilden eine Konstantspannungs-Erzeugungsschaltung. Es sei
darauf hingewiesen, daß der sechste npn-Transistor Q6 als
eine Konstantstromquelle dient und der sechste Widerstand R6
angeordnet ist, um die negative Konstantspannung in bezug auf
die Massespannung GND zu bewirken. Ein Kollektor-Emitter-Pfad
eines siebten npn-Transistors Q7, ein Kollektor-Emitter-Pfad
eines achten npn-Transistors Q8, dessen Kollektor und Basis
zusammengeschaltet sind, und ein siebter Widerstand R7 sind
zwischen die Massespannung GND und die negative
Quellenspannung VEE in der genannten Reihenfolge zueinander
in Reihe geschaltet. Der siebte npn-Transistor Q7 und der
achte npn-Transistor Q8 sind angeordnet, um eine durch den
sechsten Widerstand R6 und den sechsten Transistor Q6
erzeugte Konstant Spannung zu veranlassen, um eine vorgegebene
Spannung abzufallen.
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Die Basis des sechsten npn-Transistors Q6 ist mit den Basen
eines sechsten npn-Transistors Q2 und eines dritten npn-
Transistors Q3 verbunden. Die Basis des siebten npn-
Transistors Q7 ist mit dem Kollektor des sechsten npn-
Transistors Q6 verbunden. Der Emitter des achten npn-
Transistors Q8 ist mit der Basis eines fünften npn-
Transistors Q5 verbunden.
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In der in Figur 3 gezeigten Konstantspannungsschaltung fließt
ein Konstantstrom durch den Transistor Q6 für eine
Konstantstromguelle, so daß eine konstante Spannung an dem
Verbindungspunkt des Widerstands R6 und des Kollektors des
Transistors Q6 erzeugt wird. Ein Pegel der konstanten
Spannung wird verschoben, so daß er an die Basis des
Transistors Q5 in einer Rückkopplungsschleife geliefert wird.
In diesem Fall weist eine konstante Spannung, die an dem
Verbindungspunkt des Widerstands R6 und des Kollektors des
Transistors Q6 erzeugt wird, eine vorgegebene
Spannungsdifferenz von der Massespannung GND auf, um so durch
die Veränderungen in der negativen Quellenspannung VEE nicht
leicht beeinflußt zu werden. Deshalb wird eine Rückkopplung
durch die Rückkopplungsschleife wirksam durchgeführt.
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Es sei darauf hingewiesen, daß in der obigen Ausführungsform
die Konstantspannungsschaltung gezeigt ist, die zwischen die
Massespannung GND und die negative Quellenspannung VEE
geschaltet ist. Die vorliegende Erfindung ist auf eine
Konstantspannungsschaltung anwendbar, die zwischen eine
positive Quellenspannung und eine Massespannung GND
geschaltet ist. Es sei darauf hingewiesen, daß anstelle des
Transistors Q8 eine Vielzahl von zueinander in Reihe
geschalteten Transistoren verwendet werden können, deren
Basis-Kollektor-Pfade miteinander verschaltet sind.
Zusätzlich kann anstelle des Transistors Q8 eine oder eine
Vielzahl von in Reihe geschalteten Dioden verwendet werden.
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Da die grundlegende Anordnung eine Bandabstands-Schaltung
ist, kann ein konstanter Spannungsausgang gegenüber
Temperaturveränderungen erhalten werden. Zusätzlich folgen
durch Hinzufügung einer Rückkopplungsschleife die
Veränderungen in der Ausgangsspannung vollständig denjenigen
in der Quellenspannung, um so die Differenz zwischen der
Ausgangsspannung und der Quellenspannung konstant zu halten.