DE69122844T2

DE69122844T2 - Stromquelle mit einstellbaren Temperaturschwankungen

Info

Publication number: DE69122844T2
Application number: DE69122844T
Authority: DE
Inventors: Robert B Davies; Lloyd H Hayes; David M Heminger; David Francis Mietus
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1990-12-24
Filing date: 1991-11-14
Publication date: 1997-04-30
Anticipated expiration: 2011-11-15
Also published as: EP0492117A3; EP0492117A2; JPH04293275A; US5198701A; DE69122844D1; EP0492117B1

Description

Sachgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Stromquelle und insbesondere auf eine Stromquelle, die zum Zuführen eines in der Temperatur kompensierten Stroms zu einer Last, die eine elektro-optische Vorrichtung oder ein System umfaßt, allerdings nicht darauf beschränkt ist, geeignet ist.

Hintergrund der Erfindung

Viele elektro-optische Systeme erfordern eine konstante Lichtausgangsintensität. Allerdings variiert die Lichtausgangsintensität der Licht emittierenden Vorrichtungen mit der Temperatur und wird unerwünschte Funktionsänderungen in dem System, sofern nicht eine Temperaturkompensation verwendet wird, bewirken. Gerade wenn kein anderer Grund vorhanden ist, ist eine Temperaturkompensation elektro-optischer Vorrichtungen erwünscht, um einen übermäßigen Leistungsverlust in der optischen Quelle und ihrem zugeordneten Schaltkreis zu vermeiden. In einigen Systemen wird der Strom, der däzu erforderlich ist, einen zuverlässigen Betrieb unter der niedrigsten Temperatur sicherzustellen, einen übermäßigen Strom bei der höchsten Temperatur liefern, was eine weitere Aufheizung und ein eventuelles Fehlverhalten der Vorrichtung bewirkt.
Eine Temperaturkompensation wird in den meisten elektronischen Schaltkreisen mittels einer elektrischen Rückführung bzw. Rückkopplung von dem letzten Ausgang in einer gewissen Ausführung durchgeführt. Elektro-optische Vorrichtungen sind solche unter den Vorrichtungen, bei denen eine elektrische Rückführung schwierig zu erreichen ist, was solche Temperaturkompensationsschemata unpraktikabel gestaltet. Optisch isolierte Vorrichtungen sind besonders schwierig in Bezug auf die Temperatur zu kompensieren, da sie aus einer Vielzahl von komponenten mit unterschiedlichen Temperaturcharakteristika bestehen, und zusätzlich setzen sie zwei oder mehr unabhängige elektrische Schaltkreise ein, die oftmals von unterschiedlichen Energieversorgungen, die unter unterschied lichen Potentialen arbeiten, versorgt werden. In der Vergangenheit ist eine Temperaturkompensation optisch isolierter Vorrichtungen auf eine Auswahl externer, einen Strom begrenzenden Komponenten begrenzt worden, die ihnen eigene Temperaturvariationen besitzen, die einen gewissen Grad der Temperaturvariation der optisch isolierten Vorrichtung und durch Akzeptieren eines reduzierten Temperaturbereichs zum Betrieb kompensieren.
Zusätzlich können viele Anwendungen auch über einen weiten Bereich von Spannungen arbeiten, was ein Erfordernis für einen geringen Spannungsabfall über die Stromquelle impliziert. Zum Beispiel muß eine Festkörper-Relaisanwendung mit Spannungen arbeiten, die von 3 bis 32 Volt reicht. Damit das Relais an dem unteren Ende dieses Bereichs arbeiten kann, muß eine Stromquelle einen Spannungsabfall von 1,5 Volt oder geringer haben.
Die US-A-4792748 offenbart eine in der Temperatur kompensierte Stromquelle mit zwei Anschlüssen, die einen ersten und einen zweiten Widerstand umfaßt. Der Strom, der in dem ersten Widerstand fließt, besitzt einen positiven Temperaturkoeffizienten, und derjenige, der in dem zweiten Widerstand fließt, besitzt einen negativen Temperaturkoeffizienten. Die jeweiligen Temperaturkoeffizienten werden durch die relativen Differenzen in den Basis-Emitter-Spannungen des Transistors eingestellt. Die Temperaturkoeffizienten der Widerstände werden so ausgewählt, daß sie ungefähr Null sind.
Die DE-A-3744756 offenbart eine Konstantstromquelle, die einen Strommeßwiderstand, einen Stromspiegel und einen den Strom steuernden Transistor besitzt, wobei der Meßwiderstand und der Kollektor-Emitter-Pfad des Transistors in Reihe verbunden sind.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Schaltkreis zum Einstellen der Variation des Betriebs eines Systems in Bezug auf die Temperatur geschaffen, wobei die Betriebsweise des Systems nur durch Variation der Werte der inneren Komponenten eingestellt ist, wobei der Schaltkreis gekennzeichnet ist durch
eine Last, in der sich eine kritische Betriebscharakteristik in Proportion zu einer Variation der Temperatur und eines Steuerstroms variiert;
eine Stromquelle, die den Steuerstrom zu der Last zuführt;
eine erste Widerstandseinrichtung, die mit der Stromquelle verbunden ist, wobei die erste Widerstandsein richtung einen vorbestimmten, positiven Temperaturkoeffizienten besitzt; und
eine zweite Widerstandseinrichtung, die mit der Stromquelle gekoppelt ist, wobei die zweite Widerstandseinrichtung einen vorbestimmten, positiven Temperaturkoeffizienten größer als der Temperaturkoeffizient der ersten Widerstandseinrichtung besitzt, wobei die erste und die zweite Widerstandseinrichtung mit der Stromquelle derart gekoppelt ist, daß der Temperaturkoeffizient der Stromquelle nur durch Variation der ersten und der zweiten Widerstandseinrichtung eingestellt ist, und wobei die Variation aufgrund der Temperatur des Steuerstroms, der durch die Stromquelle zugeführt wird, eine Variation aufgrund der Temperatur der kritischen Betriebscharakteristik so ermöglicht, daß sie auf einen erwünschten positiven oder negativen Wert minimiert oder eingestellt wird.
Gemäß einen zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Einstellen der Variation eines Betriebs eines Systems in Bezug auf die Temperatur, die alleine durch Variation von Werten der inneren Komponenten eingestellt werden kann, geschaffen, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch die Schritte:
Vorsehen einer Vielzahl von Komponenten, die zusammen ein System bilden;
Vorsehen einer Last, in der sich eine kritische Betriebscharakteristik in Proportion zu einer Variation der Temperatur und eines Steuerstroms variiert und der Betrieb des Systems alleine durch Variation der Werte innerer Komponenten eingestellt ist,
Liefern des Steuerstroms;
Vorsehen eines ersten Widerstand mit einem ersten, positiven Temperaturkoeffizienten;
Fühlen eines ersten Stroms in dem ersten Widerstand, der für den Laststrom repräsentativ ist;
Erfassen einer Änderung in dem ersten Strom in Abhängigkeit der Variation der Temperatur;
Vorsehen eines zweiten Widerstands mit einem zweiten, positiven Temperaturkoeffizienten, wobei der zweite, positive Temperaturkoeffizient größer als der erste Temperaturkoeffizient des ersten Widerstands ist;
Vorsehen einer Stromquelle;
Koppeln des ersten und des zweiten Widerstands mit der Stromquelle;
elektrisches Koppeln der Last derart, um den Steuerstrom zu der Last zuzuführen, wobei der Steuerstrom einen Temperaturkoeffizienten besitzt, der so einstellbar ist, daß er eine erwünschte positive oder negative Variation mit der Temperatur alleine durch Variation der Werte der inneren Komponenten besitzt;
Einstellen des Temperaturkoeffizienten der Stromquelle in Abhängigkeit des Fühlens des ersten Stroms in dem ersten Widerstand, um den Strom, der zu der Last geliefert wird, zu variieren.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 stellt die Verwendung eines Widerstands als eine einen Strom begrenzenden Vorrichtung für eine elektro-optische Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik dar;
Fig. 2 stellt die Verwendung eines Feldeffekt-Transistors als eine konstante Stromquelle für eine elektro-optische Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik dar;
Fig. 3 zeigt ein schematisches Diagramm einer Stromquelle als eine bevorzugte Ausführungsform dieser Erfindung;
Fig. 4 und Fig. 5 zeigen graphische Darstellungen, die beim Verständnis der vorliegenden Erfindung hilfreich sind;
Fig. 6 zeigt ein schematisches Diagramm eines optisch gekoppelten Triac's, der eine Stromquelle gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet; und
Fig. 7 zeigt eine graphische Darstellung des Stroms, der dazu erforderlich ist, um einen typischen, optisch gekoppelten Triac, wie er in Fig. 6 dargestellt ist, zu triggern.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 stellt einen Widerstand 10, der als eine einen Strom begrenzenden Vorrichtung für eine Licht emittierende Vorrichtung 11 verwendet wird, gemäß dem Stand der Technik dar. Der Widerstand 10 dient dazu zu, einen spezifischen Stromfluß durch die Licht emittierende Vorrichtung 11 für irgendeine gegebene Spannung zu ermöglichen. Die Lichtintensität, die produziert ist, variiert mit der angelegten Spannung und mit der Temperatur als eine Funktion der zusammengesetzten Temperaturcharakteristika der Licht emittierenden Vorrichtung 11 und des Widerstands 10. Dieser Schaltkreis besitzt den Vorteil einer Einfachheit, kann allerdings nur einen relativ schmalen Bereich einer Spannungsund Temperaturvariation tolerieren, bevor die Licht emittierende Vorrichtung 11 kein Licht aufgrund eines Fehlens des Stroms produziert oder aufgrund eines übermäßigen Strom zerstört wird. Die einzige Temperaturkompensation, die geliefert wird, sind die ihm eigenen, auf die Temperatur bezogenen Charakteristika des Widerstands 10.
Fig. 2 zeigt einen Feldeffekt-Transistor 12, der als eine Konstant-Stromquelle für die Licht emittierende Vorrichtung 11 gemäß dem Stand der Technik verwendet wird. Der Feldeffekt-Transistor 12 wird in einem gesättigten Modus betrieben, der den Effekt einer Begrenzung des Stromflusses durch die Licht emittierende Vorrichtung 11 besitzt, um so einen größeren Bereich einer Spannung und Temperatur verglichen mit dem Schaltkreis, der den Widerstand 10 (Fig. 1) verwendet, zu ermöglichen, und zwar ohne eine Beschädigung der Licht emittierenden Vorrichtung 11.
Diese Maßnahme besitzt allerdings noch den Nachteil, daß die Lichtabgabe mit der Temperatur gemäß der zusammengesetzten Charakteristika der Licht emittierenden Vorrichtung 11 und des Feldeffekt-Transistors 12 variiert. Die einzige Temperaturkompensation wird durch die ihm eigenen, auf die Temperatur bezogenen Charakteristika des Feldeffekt-Transistors 12 geliefert. Zusätzlich verhindert die Pinch-Off-Spannung des Feldeffekt-Transistors 12 einen zuverlässigen Betrieb mit einem sehr niedrigen Spannungseingang.
Der Stand der Technik umfaßt zahlreiche Variationen der zwei Maßnahmen, die in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellt sind, wobei alle davon versuchen, eine zufriedenstellende Temperaturkompensation basierend auf einer gewissen Zusammensetzung der ihnen eigenen, auf eine Temperatur bezogenen Charakteristika einer Kombination dieser Basisstrom- Versorgungsvorrichtungen zu produzieren. Diese Maßnahmen teilen alle eine Anzahl von Nachteilen, einschließlich einer Einstellfähigkeit, die durch die Auswahl der Vorrichtungen, die in der Stromquelle verwendet werden, begrenzt ist. Praktische Komponenten ermöglichen nur, daß ein begrenzter Bereich einer Temperaturkompensation erreicht wird, und es ist schwierig, die spezifischen Temperaturcharakteristika einer individuellen Komponente so einzustellen, daß sie eng eine erwünschte Temperaturcharakteristik anpassen. Dasjenige, was benötigt wird, ist ein Schema, das ermöglicht, daß die Temperaturkompensation durch Verändern der Werte der Komponenten eingestellt werden kann, im Gegensatz zu dem Versuch, die den Komponenten selbst eigenen Charakteristika zu verändern.
Fig. 3 stellt eine Stromquelle mit einer einstellbaren Temperaturkompensation dar, die nur durch Variation der Werte der inneren Komponenten einstellbar ist, und zwar als eine bevorzugte Ausführungsform dieser Erfindung. Eine Last, die eine Kompensation erfordert, kann thermisch mit der Stromquelle gekoppelt sein, um sicherzustellen, daß Temperaturvariationen der Last mit der Stromquelle geteilt werden. In dieser Ausführungsform der Erfindung ist ein positiver Spannungsanschluß 16 mit einer positiven Spannungsversorgung (nicht dargestellt) gekoppelt und ein negativer Spannungsanschluß 17 ist mit einer negativen Spannungsversorgung (nicht dargestellt) verbunden.
Eine Stromquelle 34 ist gemäß dem Verfahren aufgebaut, das auf Seite 76 des "Analogue IC Design: the current mode approach", herausgegeben von C. Tomazou et al, copyright 1990 durch Peter Peregrinous Ltd., London, United Kingdom, zu finden ist. Eine Stromquelle 34 besitzt die Eigenheit, daß der Stromfluß durch den Ausgangstransistor fast vollständig von dem Design der inneren Komponenten abhängig gemacht werden kann und der Temperaturkoeffizient des Ausgangsstroms von den relativen Größen der Transistoren, die der Schaltkreis umfaßt, abhängig gemacht werden kann. Die Stromquelle 34 ist so aufgebaut, daß sie einen NPN-Transistor 36 mit einem Emitterbereich besitzt, der vier Mal der Größe jedes der Emitterbereiche eines NPN-Transistors 35, eines NPN-Transistors 37 und eines NPN-Transistors 38 entspricht.
In einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung ist dieser Emitter des Transistors 36 mit einem negativen Spannungsanschluß 17 über einen Widerstand 40 gekoppelt. Der Kollektor des Transistors 36 ist mit dem Emitter des Transistors 35 und der Basis des Transistors 38 gekoppelt. Die Basis des Transistors 35 zusammen mit der Basis und dem Kollektor des Transistors 37 sind mit dem positiven Versorgungsanschluß 16 über einen Widerstand 39 gekoppelt. Der Widerstand 39 führt einen primär vorgespannten Strom zu der Stromquelle 34 zu, ein Stromfluß der wesentlich für den Betrieb der Stromquelle 34 ist. Der Emitter des Transistors 37, die Basis des Transistors 36 und der Kollektor eines Transistors 38 sind miteinander gekoppelt. Der Emitter des Transistors 38 ist mit einem negativen Spannungsanschluß 17 gekoppelt.
Ein Netzwerk 28, ein modifizierter Stromspiegelschaltkreis, wird als ein erstes Stromtemperaturkompensations-Linearisierungsnetzwerk durch Alternieren der Spiegeicharaktenstika des Schaltkreises in Bezug auf eine Temperaturvariation verwendet. Ein Widerstand 31 koppelt einen positiven Spannungsanschluß 16 mit dem Emitter eines PNP- Transistors 29. Ein Widerstand 30 koppelt einen positiven Spannungsanschluß 16 mit dem Emitter eines PNP-Transistors 32. Die Basis des Transistors 29, die Basis des Transistors 32 und der Kollektor des Transistors 32 sind alle mit dem Kollektor des Transistors 35 gekoppelt. Der ohm'sche Wert des Widerstands 30 beträgt die Hälfte des ohm'schen Werts des Widerstands 31, so daß der Strom, der durch den Emitter des Transistors 32 fließt, ungefähr dem Doppelten des Stroms entspricht, der durch den Emitter des Transistros 29 fließt. Die Variation dieser Ströme mit der Temperatur wird sich auch als eine Funktion dieses Verhältnisses unterscheiden. Eine weitere Temperaturkompensation wird durch Widerstände 30 und 31 geschaffen, die relativ große, positive Temperaturkoeffizienten besitzen, die dazu dienen, die negativen Temperaturkoeffizienten der Transistoren 29 und 32 zu versetzen. Der Ausgangsstrom von dem Netzwerk 28 fließt von dem Kollektor des Transistors 29 aus und wird zu der Basis eines NPN- Stromshuntelements 22 und zu dem Kollektor eines NPN-Transistors 27 gekoppelt.
Der Ausgangsstrom, der von dem Kollektor des Transistors 29 abgegeben wird, ist als Basissteuerung für das Nebenschluß-Shuntelement 22 verfügbar. Wenn die Spannung, die zu dem positiven Versorgungsanschluß 16 zugeführt wird, erhöht wird, erhöht sich der Strom, der zu der Basis des Shuntelements 22 zugeführt wird, auf einen Pegel, der durch den Ausgangsstrom der Stromquelle 34 durch das Netzwerk 28 bestimmt wird. Dies erzeugt einen Emitterstrom in dem Shuntelement 22 und dadurch einen proportionalen Kollektorstrom in dem Shuntelement 22, der als Eingangsstrom für ein Netzwerk 45 verfügbar ist.
Das Netzwerk 45 wirkt als ein Stromfühlschaltkreis. Der Kollektor des Shuntelements 22 und die Basis des PNP-Transistors 21 sind zusammen gekoppelt und sind mit einem positiven Spannungsanschluß 16 durch einen Stromüberwachungswiderstand 18 gekoppelt. Ein Widerstand 19 koppelt den Emitter des Transistors 21 mit einem positiven Spannungsanschluß 16. Der Kollektorstrom des Shuntelements 22 erzeugt eine Spannung über den Widerstand 18. Wenn sich der Kollektorstrom des Shuntelements 22 erhöht, erhöht sich auch die Spannung über den Widerstand 18. Wenn sich diese Spannung erhöht, beginnt der Transistor 21 damit, den Strom auf einen Pegel hin zu bringen, der durch die ohm'schen Werte der Widerstände 18 und 19 bestimmt wird. Dieser Strom wird zum Eingang eines Netzwerks 24 zugeführt, das ein modifizierter Stromspiegelschaltkreis ähnlich zu dem Netzwerk 28 ist.
Das Netzwerk 24 wird als ein zweites Stromtemperaturkompensations- Linearisierungsnetzwerk verwendet, um den Strompegel und den Temperaturkoeffizienten des Stroms, der von dem Kollektor des Transistors 21 geliefert wird, zu modifizieren. Ein Widerstand 33 koppelt den negativen Spannungsanschluß 17 mit dem Emitter eines NPN-Transistors 26. Ein Widerstand 25 koppelt den negativen Spannungsanschluß 17 mit dem Emitter des Transistors 27. Die Basis des Transistors 27, die Basis des Transistors 26 und der Kollektor des Transistors 26 sind jeweils miteinander gekoppelt und sind auch mit dem Kollektor des Transistors 21 gekoppelt. Der ohm'sche Wert des Widerstands 25 ist 3-mal so groß wie der ohm'sche Wert des Widerstands 33, so daß der Strom, der durch den Emitter des Transistors 26 fließt, ungefähr ein Drittel des Stroms ist, der durch den Emitter des Transistors 27 fließt. Die Variation dieser Ströme mit der Temperatur wird sich auch als eine Funktion dieses Verhältnisses unterscheiden. Eine weitere Temperaturkompensation wird durch den Widerstand 25 geliefert, der so hergestellt ist, daß er einen relativ großen positiven Temperaturkoeffizienten besitzt, wenn dieser mit dem Widerstand 33 verglichen wird, der so hergestellt ist, daß er einen signifikant niedrigeren, positiven Temperaturkoeffizienten besitzt.
Der Ausgang des Netzwerks 24, eine Stromsenke, ist mit der Basis eines Shuntelements 22 und dem Kollektor des Transistors 29 verbunden. Dieser Knoten wirkt als ein Summierknoten, und wenn sich die Rückkopplungssteuerschleife, die aus Netzwerken 45 und 24 aufgebaut ist, und das Shuntelement 22 in Balance befinden, wird der Strom, der durch das Netzwerk 28 geliefert wird, minus der Stromsenke durch das Netzwerk 24 gleich dem Eingangsstrom, der dazu notwendig ist, den erwünschten Strom in dem Emitter des Shuntelements 22 einzurichten. Dieser Strompegel wird durch den ohm'schen Wert des Widerstands 18 eingestellt. Da dies die Basis-Emitter-Spannung des Transistors 21 und die Spannung über den Widerstand 19 einstellt, richtet dies den Strom ein, der zu dem Eingang des Netzwerks 24 zugeführt wird, um dadurch den Stromrückkopplungspfad zu der Basis des Shuntelements 22 einzurichten. Der ohm'sche Wert des Widerstands 18 dient demzufolge als primäre Einrichtung, um die Größe des Stroms zu bestimmen, der durch das Shuntelement 22 bei irgendeiner Temperatur hindurchführt.
Der Strom, der in dem Kollektor des Shuntelements 22 fließt, besitzt einen Temperaturkoeffizienten, der durch die Temperaturcharakteristika der Rückkopplungssteuerschleife bestimmt wird. Die Spannung über den Widerstand 18 richtet das Emitter-Basis-Potential des Transistors 21 und die Spannung über den Widerstand 19 ein. Demzufolge bestimmt der Temperaturkoeffizient der Spannung über den Widerstand 18 die Summierung der Temperaturkoeffizienten des Emitter-Basis-Potentials des Transistors 21 und der Spannung über den Widerstand 19.
Wie vorstehend ausgeführt ist, bildet die Spannung über den Widerstand 18 den Strom, der durch den Transistor 21 geliefert wird. Da der Widerstand 18 so hergestellt ist, daß er einen sehr kleinen Temperaturkoeffizienten besitzt, wird der Temperaturkoeffizient des Stroms, der durch den Transistor 21 geliefert wird, durch den sich ergebenden Temperaturkoeffizienten der Spannung über den Widerstand 19 bestimmt. Der Widerstand 19 ist so hergestellt, daß er einen großen, positiven Temperaturkoeffizienten besitzt, der dazu verwendet wird, den ihm eigenen, negativen Temperaturkoeffizienten des Emitter- Basis-Potentials des Transistors 21 zu versetzen. Die Größe des sich ergebenden Temperaturkoeffizienten der Spannung über den Widerstand 19 ist von dem ohm'schen Wert des Widerstands 19 abhängig. Dies richtet dann den Temperaturkoeffizienten des Stroms, der durch den Transistor 21 geliefert wird, ein, und dient demzufolge als primäre Einrichtung, um den Temperaturkoeffizienten der Rückkopplungssteuerschleife einzurichten.
Das Ergebnis dieser Rückkopplung ist ein Strom, der durch den Emitter des Shuntelements 22 fließt, dessen Größe und Variation mit der Temperatur basierend auf den Werten der Widerstände 18 und 19 eingerichtet ist. Der Emitter des Shuntelements 22 führt den Strom zu einem Lastanschluß 20 zu. Ein Lastanschluß 23 ist mit einem negativen Spannungsanschluß 17 gekoppelt. Demzufolge wird der in der Temperatur kompensierte Strom, der durch das Shuntelement 22 fließt, zu einer Last zugeführt werden, die zwischen den Anschlüssen 20 und 23 verbunden ist. Die Last kann irgendeine Vorrichtung sein, die einen in der Temperatur kompensieren Strom erfordert.
In der Ausführungsform die in Fig. 3 dargestellt ist, ist die Last eine Licht emittierende Diode 15 (LED). Typischerweise ist die Licht emittierende Diode 15 thermisch mit der Stromquelle mittels einer gemeinsamen Befestigungslasche gekoppelt. Diese Ausführungsform der Erfindung liefert eine in der Temperatur kompensierte Lichtquelle, wobei die Lichtausgangsintensität der Licht emittierenden Diode 15 so eingestellt ist, daß sie einen erwünschten positiven, negativen oder minimalen Temperaturkoeffizienten besitzt. Diese Ausführungsform der Erfindung ist nützlich als eine Einrichtung zum Liefern einer spannungsaktivierten Lichtquelle mit einem vorbestimmten Temperaturkoeffizienten. Die inneren Spannungsabfälle dieser Ausführungsform der Erfindung sind niedrig genug, um einen zuverlässigen Betrieb der Licht emittierenden Diode 15 sicherzustellen, gerade mit Spannungen geringer als 3 Volt, die zwischen dem positiven Spannungsanschluß 16 und dem negativen Spannungsanschluß 17 zugeführt werden.
Eine alternative Ausführungsform der Erfindung koppelt Lastanschlüsse 20 und 23 miteinander. Eine externe Last wird dann in Reihe entweder zwischen der positiven Zuführeinrichtung und dem positiven Spannungsanschluß 16 oder zwischen der negativen Zuführeinrichtung und dem negativen Spannungsanschluß 17 gekoppelt.
Eine noch andere Ausführungsform der Erfindung, die auch in Fig. 3 dargestellt ist, fügt einen Steuereingang 41 und ein Puffernetzwerk 43 hinzu, die verwendet werden können, um den Strom durch das Shuntelement 22 auf im wesentlichen Null zu schalten, gerade obwohl die Spannung zwischen Anschlüssen 16 und 17 größer ist als das Minimum, das für den Betrieb der Stromquelle und der Lastvorrichtung erforderlich ist. Ein Puffernetzwerk 43 weist den Kollektor eines PNP-Transistors 42 auf, der mit dem negativen Spannungsanschluß 17 gekoppelt ist. Der Emitter des Transistors 42 ist mit dem Eingang der Stromquelle 34 am Basis-Kollektor des Transistors 37 gekoppelt. Die Basis des Transistors 42 ist mit dem Steuereingang 41 gekoppelt. Falls ein Steuerspannungseingang erwünscht ist, wird die Basis des Transistors 42 mit dem Kollektor des Transistors 42 über einen Widerstand 44 gekoppelt. Falls eine Spannung negativer als die Umschaltspannung zu dem Steuereingang 41 zugeführt wird, dann wird der Transistor 42 freigegeben. Dies wird ermöglichen, daß ein Strom zwischen dem Emitter und dem Kollektor des Transistors 42 von dem Widerstand 39 fließt, was den Stromfluß zu der Stromquelle 34 von dem Widerstand 39 abschalten wird. Dies wird einen Stromfluß zwischen dem Kollektor des Transistors 35 und dem Netzwerk 28 abschalten, was wiederum den Strom von dem Netzwerk 28 zu der Basis des Shuntelements 22 abschaltet. Ohne einen Basisstrom wird das Shuntelement 22 keinen Strom zu einer Lastvorrichtung zuführen, die mit einem Lastanschluß 20 verbunden ist. Andererseits führt, wenn eine Steuerspannung signifikant positiver als die Schaltspannung des Transistors 42 zu dem Steuereingang 41 gekoppelt wird, dann der Transistors 42 keinen Strom hindurch und der Stromquelle 34 wird ermöglicht, daß sie so arbeitet, als wäre ein Puffernetzwerk 43 nicht vorhanden.
Alternativ wird, falls eine Steuerung mittels einer solchen, wie eines offenen Kollektorschaltkreises, erwünscht ist, die Basis des Transistors 42 mit dem Emitter des Transistors 42 über einen Widerstand 46 (angedeutet dargestellt) gekoppelt. Entweder Widerstand 44 oder Widerstand 46 wird in Abhängigkeit von dem erwünschten Betrieb verwendet werden, allerdings werden die Widerstände 44 und 46 nicht gleichzeitig verwendet. Wenn der Widerstand 46 verwendet wird, wird das Puffernetzwerk 43 durch eine Steuereinrichtung freigegeben, die erlaubt, daß Strom von dem Steuereinang 41 zu dem negativen Spannungsanschluß 17 fließt. Wenn kein solcher Strom fließt, wird das Puffernetzwerk 43 gesperrt und die Stromquelle 34 arbeitet so, als wäre das Puffernetzwerk 43 nicht vorhanden.
Fig. 4 zeigt eine graphische Darstellung des Verhältnisses zwischen dem Temperaturkoeffizienten der Ausführungsform der Erfindung, die in Fig. 3 dargestellt ist, und dem entsprechenden ohm'schen Wert, der für die Widerstände 18 und 19 (Fig. 3) bei einer Temperatur von 25 Grad C erforderlich ist, wenn er so eingestellt ist, um einen Stromfluß durch die Lasteinrichtung von ungefähr 5-mal bei 25 Grad C zu produzieren. Dies liefert den Effekt, der gesehen wird, wenn die ohm'schen Werte des Widerstands 18 und des Widerstands 19 alleine geändert werden und die Temperaturkoeffizienten aller Komponenten, die die Ausführungsform der Fig. 3 aufweist, unverändert sind. Die graphische Darstellung gibt eine Umgebungstemperatur als die Abszisse und einen Stromfluß durch eine Last, die zwischen Anschlüssen 20 und 23 (Fig. 3) verbunden ist, als die Ordinate an. Eine Kurve 61 stellt den negativen Temperaturkoeffizienten dar, der mit dem Widerstand 18, der einen ohm'schen Wert von 156 Ohm besitzt, und einem Widerstand 19, der einen ohm'schen Wert von 641 Ohm besitzt, erhalten ist. Eine Kurve 62 stellt den ungefähren Null-Temperaturkoeffizienten dar, der mit einem Widerstand 18, der einen ohm'schen Wert von 183 Ohm besitzt, und einem Widerstand 19, der einen ohm'schen Wert von 1.500 Ohm besitzt, erhalten ist. Eine Kurve 63 stellt den positiven Temperaturkoeffizienten dar, der mit einem Widerstand 18, der einen ohm'schen Wert von 274 Ohm besitzt, und einem Widerstand 19, der einen ohmuschen Wert von 4.500 Ohm besitzt, erhalten ist.
Fig. 5 stellt dieselbe Information wie Fig. 4 dar, mit der Ausnahme, daß der Stromfluß durch die Lasteinrichtung auf ungefähr 10 ma bei 25 Grad C eingestellt ist. Eine Kurve 64 stellt den negativen Temperaturkoeffizienten dar, der mit einem Widerstant 18, der einen ohm'schen Wert von 66 Ohm besitzt, und einem Widerstand 19, der einen ohm'schen Wert von 641 Ohm besitzt, erhalten ist. Eine Kurve 66 stellt den ungefähren Null-Temperaturkoeffizienten dar, der mit einem Widerstand 18, der einen ohm'schen Wert von 76 Ohm besitzt, und einem Widerstand 19, der einen ohm'schen Wert von 2.254 Ohm besitzt, erhalten ist. Eine Kurve 67 stellt den positiven Temperaturkoeffizienten dar, der mit einem Widerstand 18, der einen ohm'schen Wert von 26 Ohm besitzt und einem Widerstand 19, der einen ohm'schen Wert von 6.600 Ohm besitzt, erhalten ist.
Die Temperaturcharakteristika, die in den Fig. 4 und 5 dargestellt sind, dienen dazu, den typischen Kompensationsbereich zu erläutern, der mittels dieses Schaltkreises verfügbar ist. Dieser Bereich ist adäquat, um eine Kompensation einer Vielzahl von Komponenten, einschließlich typischer Licht emittierender Dioden, die eine Variation der Lichtintensität gegenüber der Temperatur besitzen, die in dem Bereich von -0,5% pro Grad C bis -2,8% pro Grad C liegen, zu ermöglichen.
Fig. 6 zeigt ein schematisches Diagramm eines optisch gekoppelten Triac's, der eine Stromquelle 52 gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet. Eine Aktivierungs-Spannung wird zwischen einem Anschluß 47 und einem Anschluß 48 angelegt, um einen Triac 53, der zwischen Anschlüssen 49 und 50 verbunden ist, zu triggern. Der Strom, der zwischen Anschlüssen 47 und 48 durch eine Licht emittierende Diode 51 hindurchführt, wird durch die Stromquelle 52 als eine Ausführungsform dieser Erfindung reguliert. Wenn eine Spannung zwischen den Anschlüssen 47 und 48 angelegt wird, wird ein Strom fließen, der bewirkt, daß die Licht emittierende Diode 51 Licht emittiert, die mit dem optisch getriggerten Triac 53 gekoppelt ist. Wenn der Stromfluß einen Punkt erreicht, wo ausreichendes Licht erzeugt wird, um den optisch getriggerten Triac 53 zu triggern, wird Strom ermöglicht, zwischen Anschlüssen 49 und 50 hindurchzuführen Wenn eine unzureichende Spannung zwischen Anschlüssen 47 und 48 angelegt wird, um ausreichendes Licht zu produzieren, um den optisch getriggerten Triac 53 zu triggern, ist kein Stromfluß zwischen Anschlüssen 49 und 50 vorhanden. Es ist die Funktion der Stromquelle 52, um zu ermöglichen, daß genug Strom fließt, um ein Triggern des optisch getriggerten Triac's 53 zu ermöglichen, ohne daß ein übermäßiger Stromfluß unter irgendwelchen Umständen fließt. Die Stromquelle 52, die Licht emittierende Diode 51, der optisch getriggerte Triac 53 sind thermisch miteinander gekoppelt.
Fig. 7 zeigt eine graphische Darstellung des Stroms, der dazu erforderlich ist, um einen typisch optisch gekoppelten Triac, wie er in Fig. 6 dargestellt ist, zu triggern. Die graphische Darstellung gibt eine Umgebungstemperatur in Grad C als die Abszisse und einen relativen Strom durch die Licht emittierende Vorrichtung als die Ordinate an. Die Ordinaten-Skala ist so eingestellt worden, daß die Stromwerte, die dargestellt sind, relativ zu dem Strom bei 25 Grad C sind, was als 1,00 dargestellt ist. Eine Kurve 54 stellt den minimalen Strom dar, der zwischen Anschlüssen 47 und 48 (Fig. 6) für den optisch gekoppelten Triac 53 (Fig. 6) fließen muß, um in einen Ein-Zustand für Temperaturen, die von -40 Grad C bis +80 Grad C reichen, zu triggern.
Eine Linie 56 stellt den minimalen Strom dar, der durch eine Stromquelle zugeführt werden muß, die konstant mit der Temperatur verbleibt. Das Niveau des Stromflusses wird so eingestellt, um einen Betrieb bei der niedrigsten Temperatur von -40 Grad C sicherzustellen. Da sich der Strom, der bei einer höheren Temperatur erforderlich ist, erniedrigt, ist ein übermäßiger Strom bei höheren Temperaturen vorhanden, wo die Licht emittierende Diode 51 (Fig. 6) weniger in der Lage ist, einen übermäßigen Stromfluß zu tolerieren. Bei einer Temperatur von +80 Grad C empfängt die Licht emittierende Diode 51 (Fig. 6) ungefähr 40% mehr Strom als dies erforderlich ist, um ein Triggern sicherzustellen. Eine Linie 57 stellt den Stand der Technik dar, wo eine gewisse Temperaturkompensation geliefert wird, allerdings kann die Temperaturkompensation der Stromquelle nicht eng an die Temperaturvariation der Kurve 54 angepaßt werden, wobei noch ein übermäßiger Strom bei 80 Grad C verbleibt. Eine Linie 58 stellt die Temperaturkompensation dar, die durch eine einstellbare Stromquelle geliefert wird, und zwar als eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Eine Temperaturkompensation der Stromquelle 52 (Fig. 6) ist so eingestellt worden, daß sie eng die Temperaturvariation der Kurve 54 anpaßt, was zu einem minimalen, übermäßigen Strom bei 80 Grad C führt.
Es sollte ersichtlich sein, daß die Stromquelle der vorliegenden Erfindung, die einen leicht einstellbaren Temperaturkoeffizienten besitzt, ebensogut zur Kompension von Funktionsvariationen aufgrund der Temperatur in einer breiten Vielfalt elektrischer Vorrichtungen geeignet ist und daß die Technik einzigartig für Temperaturkompensationserfordern isse elekto-optischer Vorrichtungen, wie beispielsweise eine optisch gekoppelte Triac-Vorrichtung, geeignet ist. Die Stromquelle kann so eingestellt werden, um einen Strom zuzuführen, der einen positiven, negativen oder sogar einen konstanten (z.B. ungefähr Null) Temperaturkoeffizienten besitzt.

Claims

1. Schaltkreis zum Einstellen der Variation des Betriebs eines Systems in Bezug auf die Temperatur, wobei der Betrieb des Systems nur durch Variation innerer Komponentenwerte einstellbar ist, wobei der Schaltkreis gekennzeichnet ist durch eine Last (51, 15), in der sich eine kritische Betriebscharakteristik in Proportion zu einer Variation der Temperatur und eines Steuerstroms variiert;

eine Stromquelle (52, 22), die den Steuerstrom zu der Last (51, 15) zuführt;

eine erste Widerstandseinrichtung (18), die mit der Stromquelle (52) verbunden ist, wobei die erste Widerstandsein richtung (18) einen vorbestimmten, positiven Temperaturkoeffizienten besitzt; und

eine zweite Widerstandseinrichtung (19), die mit der Stromquelle (52) gekoppelt ist, wobei die zweite Widerstandseinrichtung (19) einen vorbestimmten, positiven Temperaturkoeffizienten größer als der Temperaturkoeffizient der ersten Widerstandseinrichtung (18) besitzt, wobei die erste (18) und die zweite (19) Widerstandseinrichtung mit der Stromquelle (52) derart gekoppelt ist, daß der Temperaturkoeffizient der Stromquelle (52) nur durch Variation der ersten (17) und der zweiten (19) Widerstandseinrichtung eingestellt ist, und wobei die Variation aufgrund der Temperatur des Steuerstroms, der durch die Stromquelle (52) zugeführt wird, eine Variation aufgrund der Temperatur der kritischen Betriebscharakteristik so ermöglicht, daß sie auf einen erwünschten positiven oder negativen Wert minimiert oder eingestellt wird.

2. Schaltkreis nach Anspruch 1, wobei die erste und die zweite Widerstandseinrichtung (18,19) ein erster und ein zweiter Widerstand jeweils sind.

3. Schaltkreis nach Anspruch 2, der weiterhin gekennzeichnet ist durch:

die Last (15), die einen ersten Anschluß und einen zweiten Anschluß besitzt, die mit einem zweiten Spannungszuführanschluß verbunden sind;

ein Stromshuntelement (22), das eine erste stromführende Elektrode, eine Steuerelektrode und eine zweite stromführende Elektrode, gekoppelt mit dem ersten Anschluß der Ausgangseinrichtung (15), besitzt;

eine Freigabeeinrichtung (28), die elektrisch mit der Steuerelektrode gekoppelt ist, die dazu dient, der Steuerelektrode des Stromshuntelements (22) mit einem Freigabestrom zu versorgen;

einen Stromsteuertransistor (21) einer ersten Übergangspolarität, der eine Basiselektrode, die sowohl mit dem zweiten Anschluß des ersten Widerstands (18) als auch mit der ersten stromführenden Elektrode des Stromsshuntelements (22) gekoppelt ist, eine Emitterelektrode, die mit dem zweiten Anschluß des zweiten Widerstands (19) gekoppelt ist, und eine Kollektorelektrode besitzt; und

eine Kollektorzuführeinrichtung (34, 28, 24), die elektrisch mit der Kollektorelektrode gekoppelt ist, die dazu dient, die Kollektorelektrode des Stromsteuertransistors mit einem Strom zu versorgen, der einen vorbestimmten Temperaturkoeffizienten besitzt.

4. Schaltkreis nach Anspruch 3, wobei die Kollektorzuführeinrichtung aufweist:

eine Stromquelle (52) mit einem positiven Temperaturkoeffizienten, die Transistoren einer zweiten Übergangspolarität besitzt, einen Ausgangsanschluß, einen zweiten Anschluß, der mit dem ersten Spannungszuführanschluß über eine Widerstandsvorrichtung gekoppelt ist, und einen dritten Anschluß, der mit dem zweiten Spannungszuführanschluß verbunden ist;

ein erstes Stromtemperaturkompensations-Linearisierungsnetzwerk, das Transistoren der ersten Übergangspolarität besitzt, einen Eingangsanschluß, der mit dem Ausgangsanschluß der Stromquelle (52) mit positivem Temperaturkoeffizienten gekoppelt ist, einen Ausgangsanschluß und einen Leistungsanschluß, der mit dem ersten Spannungszuführanschluß gekoppelt ist;

ein zweites Stromtemperaturkompensations-Linearisierungsnetzwerk, das Transistoren der zweiten Übergangspolarität besitzt, einen Eingangsanschluß, der mit dem Ausgangsanschluß des ersten Stromtemperaturkompensations- Linearisierungsnetzwerks gekoppelt ist, einen Ausgangsanschluß, der mit der Kollektorelektrode des Stromsteuertransistors gekoppelt ist, und einen Energieanschluß, der mit dem zweiten Spannungsversorgungsanschluß gekoppelt ist.

5. Schaltkreis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Last (51, 15) ein mittels Strom betriebener Lichtemitter ist.

6. Schaltkreis nach Anspruch 5, der weiterhin durch eine optisch getriggerte Halbleiter-Schaltvorrichtung (53) gekennzeichnet ist, die durch den mittels Strom betriebenen Lichtemitter (51) gesteuert wird, der eine Lichtausgangsintensität besitzt, die selbst durch den Steuerstrom gesteuert ist.

7. Verfahren zum Einstellen der Variation des Betriebs eines Systems in Bezug auf die Temperatur, die alleine durch Variation von Werten der inneren Komponenten eingestellt werden kann, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch die Schritte:

Vorsehen einer Vielzahl von Komponenten, die zusammen ein System bilden;

Vorsehen einer Last (51,15), in der sich eine kritische Betriebscharakteristik in Proportion zu einer Variation der Temperatur und eines Steuerstroms variiert und der Betrieb des Systems alleine durch Variation der Werte innerer Komponenten eingestellt ist,

Liefern des Steuerstroms;

Vorsehen eines ersten Widerstands (18) mit einem ersten, positiven Temperaturkoeffizienten;

Fühlen eines ersten Stroms in dem ersten Widerstand (18), der für den Laststrom repräsentativ ist;

Erfassen einer Änderung in dem ersten Strom in Abhängigkeit der Variation der Temperatur;

Vorsehen eines zweiten Widerstands (19) mit einem zweiten, positiven Temperaturkoeffizienten, wobei der zweite, positive Temperaturkoeffizient größer als der erste Temperaturkoeffizient des ersten Widerstands (18) ist;

Vorsehen einer Stromquelle (52, 22);

Koppeln des ersten (18) und des zweiten (19) Widerstands mit der Stromquelle (52, 22);

elektrisches Koppeln der Last (51, 15) derart, um den Steuerstrom zu der Last (51, 15) zuzuführen, wobei der Steuerstrom einen Temperaturkoeffizienten besitzt, der so einstellbar ist, daß er eine erwünschte positive oder negative Variation mit der Temperatur alleine durch Variation der Werte der inneren Komponenten besitzt; Einstellen des Temperaturkoeffizienten der Stromquelle (52, 22) in Abhängigkeit des Fühlens des ersten Stroms in dem ersten Widerstand (18), um den Strom, der zu der Last (51, 15) geliefert wird, zu variieren.