EP0075221A2

EP0075221A2 - Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer temperaturunabhängigen Referenzspannung

Info

Publication number: EP0075221A2
Application number: EP82108371A
Authority: EP
Inventors: Wilhelm Dr. Ing. Wilhelm
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 1981-09-21
Filing date: 1982-09-10
Publication date: 1983-03-30
Also published as: EP0075221A3; DE3137504A1; JPS5866132A; US4490669A

Abstract

Bei einer Bandgap-Schaltungsanordnung ist der Widerstand einer Dioden-Widerstandsstrecke (T₂, X, Y), an der eine temperaturunabhängige Referenzspannung (U_BG = Bandgap-Spannung) abnehmbar ist, als Reihenschaltung mindestens zweier Widerstände (X. Y) ausgebildet. die einer Diode (T,) parallel liegt, wobei die temperaturunabhängige Referenzspannung (U_BG1) an einem der Widerstände (X) abnehmbar ist.

Description

Die Vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer temperaturunabhängigen Referenzspannung in Form einer Bandgap-Schaltung, in der an einer Dioden-Widerstandsstrecke die dem Bandabstand des Halbleitermaterials der in der Schaltung verwendeten Bauelemente entsprechende temperaturunabhängige Referenzspannung abnehmbar ist.
Bandgap-Schaltungen der vorstehend genannten Art sind bekannt und beispielsweise in dem Buch "Halbleiter-Schaltungstechnik" von U. Tietze und Ch. Schenk, 5. überarbeitete Auflage, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 1980, S. 387 ff. und in "IEEE Journal of Solid-State Circuits," SC-7 (1972), S. 267-269 beschrieben.
Eine derartige-bekannte Bandgap-Schaltung ist in Fig. 1 der Zeichnung dargestellt. Bei dieser Ausführungsform einer Bandgap-Schaltung sind zwei Zweige vorhanden, von denen einer durch einen als Diode geschalteten Transistor T₁ mit einer einen Strom einprägenden Stromquelle I₁ und ein zweiter durch einen als Diode geschalteten Transistor T₂, einen in Reihe dazu liegenden Widerstand R₂, einen dazu in Reihe liegenden Mehremitter-Transistor T₃ sowie einen weiteren in Reihe liegenden Widerstand R₃ gebildet wird. Die Basen des als Diode geschalteten Transistors T₁ und des Mehremitter-Transistors T₃ sind mit-Bei einer derartigen Bandgap-Schaltung ist an der Dioden-Widerstandsstrecke T₂, R₃eine temperaturunabhängige Referenzspannung U_BG abnehmbar, welche dem Bandabstand des Halbleitermaterials der in der Schaltung verwendeten Bauelemente entspricht. Für Silicium ist diese Spannung etwa gleich 1,2 Volt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung der vorstehend genannten Art derart weiterzubilden, daß auch temperaturunabhängige Referenzspannungen erzeugbar sind, deren Wert sich von der Bandgap-Spannung des verwendeten Halbleitermaterials unterscheidet.
Diese Aufgabe wird bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Widerstand der Dioden-Widerstandsstrecke als Reihenschaltung mindestens zweier Widerstände ausgebildet ist, die einer Diode parallel liegt, und daß die temperaturunabhängige Referenzspannung an einem der Widerstände abnehmbar_.ist.
-Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren 2 und 3 der Zeichnung dargestellten Asuführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigt:

Fig. 2 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Ausführungsform, wobei gleiche Elemente wie in der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, und
Fig. 3 ein Schaltbild einer Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer von Schwankungen einer Versorgungsgleichspannung freien Ausgangsgleichspannung unter Verwendung einer Bandgap-Schaltung nach Fig. 2.

Im Unterschied zu der bekannten Schaltungsanordnung nach Fig. 1 liegt bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform gemäß Fig. 2 dem als Diode geschalteten Transistor T₂ die Reihenschaltung zweier Widerstände X und Y parallel. In diese Dioden-Widerstandsstrecke wird über eine Strom-. quelle I₂ ein Strom eingespeist. Eine temperaturunabhängige Referenzspannung U_BG1 ist am Widerstand X abnehmbar.
Im übrigen unterscheidet sich die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung nach Fig. 2 nicht von der vorbekannten Schaltungsanordnung nach Fi. 1.
Bezeichnet man den im Ausgangskreis (Kollektor-Emitter-Kreis) des Transistors T₃ fließenden Strom mit I_T' wie dies in.den Fig. 1 und 2 eingetragen ist, so ergibt sich für die Spannung U_BG nach Fig.1:
Darin bedeutet U_BE die Basis-Emitter-Spannung des als Diode geschalteten Transistors T₂.
Für die Schaltung nach Fig. 2 ergibt sich für die Spannung U_BG1 entsprechend:
Es zeigt sich also, daß die temperaturstabile Referenzspannung U_BG1 in der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 der Bandgap-Spannung U_BG nach Fig. 1 proportional ist, wobei der Proportionalitätsfaktor durch die Widerstände der Reihenschaltung der beiden Widerstände X und Y festgelegt ist. Durch die Wahl der Widerstandswerte für die Widerstände X und Y lassen sich also temperaturunabhängige Referenzspannungen einstellen, deren Wert vom Wert der Bandgap-Spannung verschieden ist.
Eine Verwendung der vorstehend anhand von Fig. 2 beschriebenen Schaltungsanordnung in einer Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer von Schwankungen einer Versorgungsgleichspannung U_O freien Ausgangsgleichspannung U_R zeigt Fig. 3. Es ist zu bemerken, daß eine solche Schaltungsanordnung zur Erzeugung der Spannung U_R in einer deutschen Patentanmeldung vom gleichen Anmeldetage der Anmelderin mit dem Titel " Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer von Schwankungen einer Versorgungsgleichspannung unabhängigen Ausgangsgleichspannung" beschrieben ist.
Gemäß dem Schaltbild nach der Fig. 3 der Zeichnung liegt an einer mit Schwankungen behafteten Versorgungsgleichspannung U_o ein Spannungsstabilisierungskreis 10 in Form einer Reihenschaltung eines Vorwiderstandes R_v sowie einer Diodenkette D₁ bis D_N. An einem Abgriff zwischen dem Widerstand R_v und der Diodenkette D₁ bis D_N ist eine vorstabilisierte Spannung U_v abnehmbar.
Weiterhin liegt an der Versorgungsgleichspannung U_o ein Referenzspannungskreis 11 in Form eines Spannungsteilers, der aus einer Konstantstromquelle in Form eines Transistors T₁₂ (gegebenenfalls mit Emitterwiderstand) und einem Potentialverschiebungszweig in Form eines Kreises aus einem Transistor T₁₁ und der Bandgap-Schaltungsanordnung entsprechend Fig. 2 gebildet wird.
Von diesem Referenzspannungskreis 11 wird ein die Verstärkung -1 aufweisender invertierender Verstärker 12 mit einem Transistor T₂₂, einem Kollektorwiderstand R₂₂ und einem Emitterwiderstand R₂₃ angesteuert. In den Kollektorkreis des Transistors T₂₂ ist ein weiterer Transistor T₂₁ eingeschaltet.
Der invertierende Verstärker 12 steuert einen Ausgangstreiber 13 mit einem als Emitterfolger geschalteten Transistor T₃₂ an. Im Emitterzweig dieses Transistors liegt ein Arbeitswiderstand R₃₂ sowie ein als Diode geschalteter Transistor T₃₃. Dieser Transistor T₃₃ bildet mit dem Transistor T₁₂ im Referenzspannungskreis 11 einen Stromspiegel, so daß über diese beiden Zweige ein gleicher mit I₁ bezeichneter Strom fließt. Im Kollektorzweig des Transistors T₃₂ liegt ein Transistor T₃₁, dessen Ansteuerung im folgenden noch genauer beschrieben wird.
.Vom Emitter des Transistors T₃₂ des Ausgangstreibers 13 ist die Ausgangsspannung U_R abnehmbar.
Um nun eine in einem weiten Bereich von der Versorgungsgleichspannung und der Bauelementeparameter unabhängige Ausgangsgleichspannung U_R zu erhalten, werden der Transistor T₂₁ im invertierenden Verstärker 12 über einen Widerstand R₂₁ und der Transistor T₃₁'im Ausgangstreiber 13 über einen Widerstand R₃₁ vom Abgriff des Spannungsstabilisierungskreises angesteuert, an dem die vorstabilisierte Spannung U_v steht. Die Kopplung über den Widerstand R₂₁ verbessert dabei noch die Verstärkung im Sinne einer genaueren'Einstellung der Verstärkung -1 des invertierenden Verstärkers.
Weiterhin wird der Transistor T₁₁ im Referenzspannungskreis über einen Widerstand R_B vom Verbindungspunkt der Transistoren T₃₁ und T₃₂ im Ausgangstreiber 13 angesteuert. Die Ausgangsspannung U_R ist, wie in der oben genannten deutschen Patentanmeldung der Anmelderin beschrieben, von der durch die Bandgap-Schaltungsanordnung erzeugten temperaturunabhängigen Referenzspannung U_BG1 abhängig.
In der Schaltungsanordnung nach Fig. 3 wird die Stromquelle I₁ nach Fig. 2 durch Kreis aus den Transistoren T₃₁ T₃₂ und dem Widerstand R₃₂ und die Stromquelle I₂ nach Fig. 2 durch den Transistorzweig T₁₂ gebildet. Die Diode T₁ gemäß Fig. 2 wird durch die Diode T₃₃ gebildet. Da durch die Elemente T₁₂ und T₃₃ ein Stromspiegel gebildet wird, sind im vorliegenden Fall die Ströme I₁ und I₂ nach Fig. 2 gleich, d. h. , in der Schaltungsanordnung nach Fig. 3 fließt in beiden Zweigen der gleiche Strom I₁. In der Schaltungsanordnung nach Fig. 3 ist der in der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 eine Diode bildende Transistor T₂ etwas anders geschaltet. Sein Kollektor ist an die Versorgungsspannung U_O geführt, so daß seine Basis-Emitter-Strecke in der Bandgap-Schaltungsanordnung die Diode bildet.

Claims

1. Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer temperaturunabhängigen Referenzspannung in Form einer Bandgap-Schaltung, in der an einer Dioden-Widerstandsstrecke die dem Bandabstand des Halbleitermaterials der in der Schaltung verwendeten Bauelemente entsprechende temperaturunabhängige Referenzspannung abnehmbar ist, dadurch gekennzeichnet , daß der Widerstand der Dioden-Widerstandsstrecke (T₂, X, Y) als Reihenschaltung mindestens zweier Widerstände (X, Y) ausgebildet ist, die einer Diode (T₂) parallel liegt, und daß die temperaturunabhängige Referenzspannung (U_BG1) an einem der Widerstände (X) abnehmbar ist.