EP0484360B1 - Elektrischer schaltkreis - Google Patents

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EP0484360B1
EP0484360B1 EP90910728A EP90910728A EP0484360B1 EP 0484360 B1 EP0484360 B1 EP 0484360B1 EP 90910728 A EP90910728 A EP 90910728A EP 90910728 A EP90910728 A EP 90910728A EP 0484360 B1 EP0484360 B1 EP 0484360B1
Authority
EP
European Patent Office
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current
transistor
input
output
voltage
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP90910728A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP0484360A1 (de
Inventor
Heinz Rinderle
Rolf Böhme
Günter Gleim
Elke Rösch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Telefunken Electronic GmbH
Deutsche Thomson Brandt GmbH
Original Assignee
Telefunken Electronic GmbH
Deutsche Thomson Brandt GmbH
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Publication date
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    • 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
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    • G05F1/59—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 including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • G—PHYSICS
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    • 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
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    • 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
    • G05F1/565—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 sensing a condition of the system or its load in addition to means responsive to deviations in the output of the system, e.g. current, voltage, power factor
    • G05F1/567—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 sensing a condition of the system or its load in addition to means responsive to deviations in the output of the system, e.g. current, voltage, power factor for temperature compensation

Definitions

  • the invention relates to an electrical circuit with a plurality of current-voltage converters, the parameters of which depend in approximately the same way on external factors.
  • Several current sources are connected in parallel to create a highly variable load resistance, e.g. a data processing system to provide electricity.
  • the voltage drop across the load resistor is tapped and added to a reference voltage in a summer.
  • the output voltage of the summer is amplified in an amplifier, the output of which is connected to the control inputs of all current sources; the output voltage of the amplifier therefore serves to regulate all current sources. Because the voltage drop across the load is added to a reference voltage, the load also serves as a measuring resistor.
  • the transmission resistance of a current-voltage converter depends on the temperature and other influencing variables.
  • the temperature dependency in integrated circuits is particularly pronounced because of the large changes in diffused or implanted resistors.
  • the invention solves this problem in that one of the current voltage transformers is provided as a reference current voltage transformer for regulating the transmission resistance of the current voltage transformers, the transmission resistance of which is compared with a reference resistor in a comparator, that a reference voltage to the reference resistor is proportional to the transmission resistance of the current voltage transformers is, and is applied to the comparator and that the output signal of the comparator is supplied to each current-voltage converter in such a way that the transmission resistance of the current-voltage converter is regulated to the constant value.
  • an integrated circuit contains several, but at least two, IU converters Wr, W1, ..., Wn.
  • Each IU converter has a current-sensitive, preferably low-impedance input, a live output and a control input.
  • One of the IU converters is provided as a reference IU converter Wr.
  • a reference current Iref is generated by means of a reference voltage source Uref and a reference resistor Rref, which is supplied to the input of the reference IU converter Wr.
  • the first input of a comparator V1 is connected to the output of the reference IU converter Wr and the second input is connected to the reference voltage source Uref.
  • the control inputs of all IU converters Wr, Wl, ..., Wn are connected to the output of the comparator V1.
  • FIG. 2 shows how the reference current Iref can be generated in a simple manner.
  • the reference resistor Rref lies between the reference voltage source Uref and the input of the reference IU converter Wr. With this arrangement, the potential at the input of the reference IU converter Wr must be equal to the potential of the ground terminal. If the reference resistor Rref is connected externally, two connections are required on the integrated circuit.
  • a differential amplifier Vd controls two current sources Iq1 and Iq2, which are shown here in the form of two transistors T1 and T2 with emitter resistors R1 and R2.
  • the output of the differential amplifier Vd is connected to the bases of the transistors T1 and T2.
  • the emitter resistors R1 and R2 lead to a common supply voltage source Ub1.
  • the collector of the first transistor T1, which corresponds to the output of the first current source Iq1 is connected to the reference resistor Rref and the first input terminal of the differential amplifier Vd.
  • the collector of the second transistor T2, which corresponds to the output of the second current source Iq2 is connected to the input of the reference IU converter Wr.
  • the voltage drop across the reference resistor Rref must be equal to the reference voltage Uref.
  • the current required for this is supplied by the first current source Iq1.
  • the current Iref to the input of the reference IU converter Wr is supplied by the second current source Iq2.
  • the current sources Iq1 and Iq2 can be dimensioned such that their currents are equal to one another or that, which is advantageous in the case of sensitive IU converters, the current Iref is a fraction K1 of the current through the reference resistor Rref.
  • stabilization can be much better than with an internal chip Resistance can be achieved. It is also possible to compensate for sample variations in the signal sources feeding the IU converters by adapting the reference resistance.
  • the reference IU converter Wr supplies the output signal Ur to two connection terminals with opposite polarity, the common-mode voltage of both output terminals being dependent on the temperature or other influencing factors.
  • a comparison of the symmetrical output signal Ur of the reference IU converter Wr with the asymmetrical reference voltage Uref must therefore be carried out.
  • this can be done by a differential stage consisting of two transistors T3 and T4, which is fed by a current source Iv, the current source Iv being dependent on the reference voltage Uref.
  • An emitter resistor R3 is connected upstream of one of the two transistors.
  • the bases of the transistors T3 and T4 are connected to the output terminals of the reference IU converter Wr.
  • the collectors of transistors T3 and T4 are connected to a current mirror Ssp.
  • a signal Uv is taken from the output A of the current mirror Ssp, which e.g. is converted into a control signal Sr by an output amplifier.
  • the function of this part of the comparator V1 results from the fact that with a mirror factor one of the current mirror Ssp and in the balanced state of the control loop, the same currents Iv / 2 flow through the two branches with the transistors T1 and T2, and thus the voltage Ur is equal to that Voltage drop Ur3 must be across resistor R3.
  • the current Iv is formed according to FIG. 5 by means of the reference voltage Uref. 5a, a differential amplifier V2 is provided, the first input of which is connected to one pole of the reference voltage source Uref, the second input of which is connected to the one terminal of a reference resistor Rref2 and the output of which is connected to the base of a current source transistor T5.
  • the emitter of the current source transistor T5 is connected to the second input of the Differential amplifier V2 connected.
  • the other pole of the reference voltage source Uref and the other connection of the reference resistor Rref2 are grounded or at a reference point.
  • the voltage drop across the reference resistor Rref2 becomes equal to the reference voltage Uref.
  • the current that can be drawn from the collector of the current source transistor T5 then corresponds to the current through the reference resistor Rref2 except for the low base current.
  • the circuit from FIG. 5b differs from the circuit from FIG. 5a in the arrangement of the current source transistor T5, the collector of which is connected here to the second input of the differential amplifier V2, while the emitter represents the current source output Ai. While in Figure 5a the second input of differential amplifier V2 is of the inverting type, in Figure 5b it must be non-inverting.
  • FIG. 5b also shows how a current source can be formed in the opposite direction.
  • a resistor R5 is connected between the output Ai and a supply voltage source Ub2.
  • the base of a further transistor T6 is connected to the output of the differential amplifier V2.
  • a resistor R6 is located between the supply voltage source Ub2 and the emitter of the transistor T6.
  • the reverse direction output current Iv is taken from the collector of transistor T6, which is designated as output Aj.
  • the task of stabilizing several IU converters while maintaining different transmission resistances can also be carried out with the means according to the invention.
  • a differential stage with bipolar transistors T7 and T8 which acts as a controllable organ within the IU converter.
  • the i-th IU converter is composed of an input stage Wai, a differential stage Wbi and an output stage Wci.
  • the input stage Wai converts the input current Ii into a voltage Uai.
  • the differential stage Wbi lying between the input stage Wai and the output stage Wci is constructed from bipolar transistors T7 and T8, the bases of which are connected to the output of the input stage Wai, the emitters of which are connected to a current source Ibi and the collectors of which are connected to the inputs of the output stage Wci .
  • the output stage Wci forms the output voltage Ui from the collector currents of the differential stage Wbi.
  • the mode of operation is based on the fact that the slope of the differential stage and thus its amplification is proportional to the current of the current source Ibi.
  • the current Ibi In order to ensure that the i-th converter Wi has K times the transmission resistance compared to the reference IU converter Wr, the current Ibi must assume the K times the value of the current Ibr of the reference IU converter Wr.
  • the circuitry means for this are known and therefore do not need to be explained here.
  • the possibility of making the factor K variable and thus controllable is included.
  • FIG. 7 One possibility of making the transmission resistance discretely controllable and thus programmable is shown in FIG. 7.
  • Several differential stages from bipolar transistors T71, T81; T72, T82; T73, T83; ... are connected on the input side to the Wai input section and on the output side to the Wci output section. They are fed by current sources Ib1, Ib2, Ib3 ..., which can be switched on and off by controllable switches S1, S2, S3 ... If for the transistors T71, T81; T72, T82; T73, T83; ... the differential stages emitter resistors R71, R81; R72, R82; R73, R83; ... are provided, the linearity and other properties are improved.
  • the steepness of the middle part Wbi results from the sum of the steepness of the differential stages switched on.
  • the slope can be changed in stages via the controllable switches K1, K2, K3, ...
  • the areas of the transistors T71, T81; T72, T82; ... also staggered in the ratio of the currents, because this enables maximum accuracy and stability to be achieved.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schaltkreis mit mehreren Strom-Spannungs-Wandlern, deren Parameter in annähernd gleicher Weise von äußeren Einflußgrößen abhängen.
  • Aus der US-PS 4 074 146 ist eine Anordnung bekannt, deren Aufgabe es ist, die Stromabgabe mehrerer parallel geschalteter Stromquellen zu regeln, die eine Last gemeinsam speisen.
  • Mehrere Stromquellen sind parallel geschaltet, um einen stark veränderlichen Lastwiderstand, z.B. eine Datenverarbeitungsanlage, mit Strom zu versorgen. Die am Lastwiderstand abfallende Spannung wird abgegriffen und in einem Summierer zu einer Referenzspannung addiert. Die Ausgangsspannung des Summierers wird in einem Verstärker verstärkt, dessen Ausgang mit den Steuereingängen aller Stromquellen verbunden ist; die Ausgangsspannung des Verstärkers dient deshalb zur Regelung aller Stromquellen. Weil die an der Last abfallende Spannung zu einer Referenzspannung addiert wird, dient die Last gleichzeitig als Meßwiderstand.
  • Der Übertragungswiderstand eines Strom-Spannungs-Wandlers, im weiteren Verlauf kurz IU-Wandler genannt, hängt von der Temperatur und anderen Einflußgrößen ab. Einerseits ist die Temperaturabhängigkeit in integrierten Schaltungen wegen der starken Änderungen diffundierter oder implantierter Widerstände besonders stark ausgeprägt. Andererseits ist es häufig notwendig, eine hohe Stabilität des Übertragungswiderstandes eines IU-Wandlers zu gewährleisten. Dies trifft z.B. für die integrierten Schaltkreise eines CD-Spielers für Fahrzeuge zu, die in einem Temperaturbereich von -20° bis +70°Celsius arbeitsfähig und sehr stabil sein müssen.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, in einem elektrischen Schaltkreis mit mehreren IU-Wandlern eine Drift des Übertragungswiderstandes zu unterdrücken.
  • Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß zum Regeln des Übertragungswiderstandes der Stromspannungswandler auf einen konstanten Wert einer der Stromspannungswandler als Referenzstromspannungswandler vorgesehen ist, dessen Übertragungswiderstand mit einem Referenzwiderstand in einem Vergleicher verglichen wird, daß eine Referenzspannung an den Referenzwiderstand, der proportional zum Übertragungswiderstand der Stromspannungswandler ist, und an den Vergleicher gelegt wird und daß das Ausgangssignal des Vergleichers jedem Stromspannungswandler derart zugeführt wird, daß der Übertragungswiderstand der Stromspannungswandler auf den konstanten Wert geregelt wird.
  • Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:
    • Figur 1
    ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
    Figur 2
    eine einfache Art der Erzeugung des Referenzstromes;
    Figur 3
    die Erzeugung des Referenzstromes mittels synchroner Stromquellen;
    Figur 4
    die Symmetrierung der Referenzspannung;
    Figur 5a
    die Stromerzeugung für die Symmetrierung;
    Figur 5b
    die Stromerzeugung mit Richtungsumkehr für die Symmetrierung;
    Figur 6
    die Zerlegung des IU-Wandlers in eine Eingangsstufe, eine Steuerstufe und eine Ausgangsstufe;
    Figur 7
    einen IU-Wandler mit diskret gesteuertem Übertragungswiderstand.
  • Ein integrierter Schaltkreis enthält nach Figur 1 mehrere, mindestens aber zwei IU-Wandler Wr, W1, ..., Wn. Jeder IU-Wandler besitzt einen stromempfindlichen, vorzugsweise niederohmigen Eingang, einen spannungsführenden Ausgang und einen Steuereingang. Einer der IU-Wandler ist als Referenz-IU-Wandler Wr vorgesehen. In einer Referenzstromquelle Iq wird mittels einer Referenzspannungsquelle Uref und eines Referenzwiderstandes Rref ein Referenzstrom Iref erzeugt, der dem Eingang des Referenz-IU-Wandlers Wr zugeführt wird. Der erste Eingang eines Vergleichers V1 ist mit dem Ausgang des Referenz-IU-Wandlers Wr und der zweite Eingang mit der Referenzspannungsquelle Uref verbunden. Die Steuereingänge aller IU-Wandler Wr, Wl, ..., Wn sind mit dem Ausgang des Vergleichers V1 verbunden.
  • In der Referenzstromquelle Iq wird der Referenzstrom Iref = K1 * Uref / Rref erzeugt, wobei K1 ein konstanter Faktor ist. Der Referenz-IU-Wandler Wr bildet aus dem einfließenden Referenzstrom Iref die Ausgangsspannung Ur = Iref * Rr, wobei Rr der Übertragungswiderstand des Referenz-IU-Wandlers Wr ist. Der Vergleicher V1 bildet zumindest näherungsweise das Ausgangssignal Sa = V * (Ur - K2 * Uref), wobei K2 ein konstanter Faktor und V die Verstärkung ist. Bei einem stabilen System wird mit hinreichend großer Verstärkung Ur - K2 * Uref = 0. Mit den oben genannten Beziehungen ergibt sich dadurch Rr = Rref * K2 / K1. Indem durch das Steuersignal Sa der Referenz-IU-Wandler Wr den Übertragungswiderstand Rr = Rref * K2 / K1 annimmt, werden alle weiteren IU-Wandler W1 bis Wn, soweit sie die gleichen Eigenschaften wie der Referenz-IU-Wandler Wr haben, auf den gleichen Übertragungswiderstand R1 = R2 = ... Rn = Rr eingestellt. Die Voraussetzung der Gleichartigkeit aller IU-Wandler bezüglich der Abhängigkeit einzelner Parameter von äußeren Einflußgrößen läßt sich innerhalb eines integrierten Schaltkreises durch gleichartigen Aufbau, enge Nachbarschaft und geringen Temperaturgradienten verhältnismäßig gut erfüllen. Auf die Stabilität der Referenzspannung Uref kommt es nicht an, da sie nicht in die Abgleichbedingung eingeht.
  • In Figur 2 ist dargestellt, wie der Referenzstrom Iref auf einfache Weise erzeugt werden kann. Der Referenzwiderstand Rref liegt zwischen der Referenzspannungsquelle Uref und dem Eingang des Referenz-IU-Wandlers Wr. Bei dieser Anordnung muß das Potential am Eingang des Referenz-IU-Wandlers Wr gleich dem Potential der Masseklemme sein. Wenn der Referenzwiderstand Rref extern angeschlossen ist, sind am integrierten Schaltkreis zwei Anschlüsse erforderlich.
  • Vorteilhafter ist die in Figur 3 dargestellte Anordnung. Ein Differenzverstärker Vd steuert zwei Stromquellen Iq1 und Iq2, die hier in Form zweier Transistoren T1 und T2 mit Emitterwiderständen R1 und R2 dargestellt sind. Der Ausgang des Differenzverstärkers Vd ist mit den Basen der Transistoren T1 und T2 verbunden. Die Emitterwiderstände R1 und R2 führen zu einer gemeinsamen Versorgungsspannungsquelle Ub1. Der Kollektor des ersten Transistors T1, der dem Ausgang der ersten Stromquelle Iq1 entspricht, ist mit dem Referenzwiderstand Rref und der ersten Eingangsklemme des Differenzverstärkers Vd verbunden. Der Kollektor des zweiten Transistors T2, der dem Ausgang der zweiten Stromquelle Iq2 entspricht, ist mit dem Eingang des Referenz-IU-Wandlers Wr verbunden.
  • Für hinreichend hohe Verstärkung des Differenzverstärkers Vd muß der Spannungsabfall am Referenzwiderstand Rref gleich der Referenzspannung Uref sein. Der dazu notwendige Strom wird von der ersten Stromquelle Iq1 geliefert. Der Strom Iref zum Eingang des Referenz-IU-Wandlers Wr wird von der zweiten Stromquelle Iq2 geliefert. Die Stromquellen Iq1 und Iq2 können so dimensioniert sein, daß ihre Ströme untereinander gleich sind oder daß, was bei empfindlichen IU-Wandlern vorteilhaft ist, der Strom Iref einen Bruchteil K1 des Stromes durch den Referenzwiderstand Rref beträgt.
  • Durch die Verwendung eines externen Referenzwiderstandes kann eine wesentlich bessere Stabilisierung als mit einem chipinternen Widerstand erreicht werden. Darüberhinaus besteht die Möglichkeit, Exemplarstreuungen der die IU-Wandler speisenden Signalquellen durch Anpassung des Referenzwiderstandes auszugleichen.
  • In einer bipolar integrierten Schaltung bevorzugt man symmetrische Signale. Der Referenz-IU-Wandlers Wr liefert das Ausgangssignal Ur an zwei Anschlußklemmen mit entgegengesetzter Polarität, wobei die Gleichtaktspannung beider Ausgangsklemmen von der Temperatur oder anderen Einflußfaktoren abhängen kann. Somit muß ein Vergleich des symmetrischen Ausgangssignales Ur des Referenz-IU-Wandlers Wr mit der unsymmetrischen Referenzspannung Uref durchgeführt werden. Dies kann nach Figur 4 durch eine Differenzstufe aus zwei Transistoren T3 und T4 erfolgen, die von einer Stromquelle Iv gespeist wird, wobei die Stromquelle Iv von der Referenzspannung Uref abhängt. Einem der beiden Transistoren ist ein Emitterwiderstand R3 vorgeschaltet. Die Basen der Transistoren T3 und T4 sind mit den Ausgangsklemmen des Referenz-IU-Wandlers Wr verbunden. Die Kollektoren der Transistoren T3 und T4 sind mit einem Stromspiegel Ssp verbunden. Am Ausgang A des Stromspiegels Ssp wird ein Signal Uv entnommen, das z.B. durch einen Ausgangsverstärker in ein Steuersignal Sr umgeformt wird. Die Funktion dieses Teiles des Vergleichers V1 ergibt sich daraus, daß bei einem Spiegelfaktor eins des Stromspiegels Ssp und im abgeglichenen Zustand der Regelschleife durch die beiden Zweige mit den Transistoren T1 und T2 jeweils gleiche Ströme Iv/2 fließen und daß somit die Spannung Ur gleich dem Spannungsabfall Ur3 über dem Widerstand R3 sein muß.
  • Der Strom Iv wird nach Figur 5 mittels der Referenzspannung Uref gebildet. In Figur 5a ist ein Differenzverstärker V2 vorgesehen, dessen erster Eingang mit dem einen Pol der Referenzspannungsquelle Uref, dessen zweiter Eingang mit dem einen Anschluß eines Referenzwiderstandes Rref2 und dessen Ausgang mit der Basis eines Stromquellentransistors T5 verbunden ist. Der Emitter des Stromquellentransistors T5 ist mit dem zweiten Eingang des Differenzverstärkers V2 verbunden. Der andere Pol der Referenzspannungsquelle Uref und der andere Anschluß des Referenzwiderstandes Rref2 liegen auf Masse oder an einem Bezugspunkt.
  • Mit hinreichend hoher Verstärkung des Differenzverstärkers V2 wird der Spannungsabfall am Referenzwiderstand Rref2 gleich der Referenzspannung Uref. Der am Kollektor des Stromquellentransistors T5 entnehmbare Strom entspricht dann bis auf den geringen Basisstrom dem Strom durch den Referenzwiderstand Rref2. Bei höheren Anforderungen kann der Stromquellentransistor T5 durch eine Darlington-Schaltung aus zwei Transistoren ersetzt werden. Ist z.B. R3 = 2 * Rref2, so wird wegen der Halbierung des Stromes Iv der Spannungsabfall über R3 gleich der Referenzspannung Uref. Je nach dem Widerstandsverhältnis kann die Hilfsspannung Ur3 = Ur beleibig gewählt werden. Eine gleichsinnige Änderung der Widerstände Rref2 und R3 läßt die Spannung Ur unverändert, weil es nur auf das Widerstandsverhältnis R3 / Rref2 ankommt. Dadurch läßt sich eine sehr geringe Temperaturabhängigkeit der integrierten Schaltung erzielen.
  • Die Schaltung aus Figur 5b unterscheidet sich von der Schaltung aus Figur 5a in der Anordnung des Stromquellentransistors T5, dessen Kollektor hier mit dem zweiten Eingang des Differenzverstärkers V2 verbunden ist, während der Emitter den Stromquellenausgang Ai darstellt. Während in Figur 5a der zweite Eingang des Differenzverstärkers V2 vom invertierenden Typ ist, muß er in Figur 5b nichtinvertierend sein. In Figur 5b ist weiter dargestellt, wie eine Stromquelle umgekehrter Richtung gebildet werden kann. Dazu wird ein Widerstand R5 zwischen den Ausgang Ai und einer Versorgungsspannungsquelle Ub2 geschaltet. Die Basis eines weiteren Transistors T6 wird an den Ausgang des Differenzverstärkers V2 angeschlossen. Zwischen der Versorgungsspannungsquelle Ub2 und dem Emitter des Transistors T6 liegt ein Widerstand R6. Der Ausgangsstrom Iv umgekehrter Richtung wird am Kollektor des Transistors T6 entnommen, der als Ausgang Aj bezeichnet ist.
  • Die Aufgabe, mehrere IU-Wandler zu stabilisieren, dabei aber verschiedene Übertragungswiderstände aufrechtzuerhalten, kann ebenfalls mit den erfindungsgemäßen Mitteln ausgeführt werden. Dazu ist nach Figur 6 vorgesehen, innerhalb des IU-Wandlers eine als steuerbares Organ wirkende Differenzstufe mit bipolaren Transistoren T7 und T8 zu verwenden. Der i-te IU-Wandler ist aus einer Eingangsstufe Wai, einer Differenzstufe Wbi und einer Ausgangsstufe Wci aufgebaut. Die Eingangsstufe Wai wandelt den Eingangsstrom Ii in eine Spannung Uai. Die zwischen der Eingangsstufe Wai und der Ausgangsstufe Wci liegende Differenzstufe Wbi ist aus bipolaren Transistoren T7 und T8 aufgebaut, deren Basen am Ausgang der Eingangsstufe Wai angeschlossen sind, deren Emitter mit einer Sromquelle Ibi verbunden sind und deren Kollektoren mit den Eingängen der Ausgangsstufe Wci verbunden sind. Die Ausgangsstufe Wci bildet aus den Kollektorströmen der Differenzstufe Wbi die Ausgangsspannung Ui.
  • Die Wirkungsweise beruht darauf, daß die Steilheit der Differenzstufe und damit ihre Verstärkung proportional zum Strom der Stromquelle Ibi ist. Um zu erreichen, daß der i-te Wandler Wi den K-fachen Übertragungswiderstand gegenüber dem Referenz-IU-Wandler Wr hat, muß der Strom Ibi den K-fachen Wert des Stromes Ibr des Referenz-IU-Wandlers Wr annehmen. Die schaltungstechnischen Mittel dazu sind bekannt und brauchen deshalb hier nicht dargelegt zu werden. Die Möglichkeit, den Faktor K variabel und damit steuerbar zu gestalten, ist dabei eingeschlossen.
  • Eine Möglichkeit, den Übertragungswiderstand diskret steuerbar und damit programmierbar zu machen, ist in Figur 7 dargestellt. Mehrere Differenzstufen aus bipolaren Transistoren T71, T81; T72, T82; T73, T83; ... sind eingangsseitig am Eingangsteil Wai und ausgangsseitig am Ausgangsteil Wci angeschlossen. Sie werden von Stromquellen Ib1, Ib2, Ib3 ... gespeist, die durch steuerbare Schalter S1, S2, S3 ... zu- und abgeschaltet werden können. Wenn für die Transistoren T71, T81; T72, T82; T73, T83; ... der Differenzstufen Emitterwiderstände R71, R81; R72, R82; R73, R83; ... vorgesehen werden, werden die Linearität und andere Eigenschaften verbessert.
  • Die Steilheit des Mittelteiles Wbi ergibt sich aus der Summe der Steilheiten der eingeschalteten Differenzstufen. Die Steilheit kann infolgedessen über die steuerbaren Schalter K1, K2, K3, ... in Stufen verändert werden. Besonders vorteilhaft ist es, die Ströme Ib1, Ib2, Ib3, ... gemäß einer Folge von Potenzen zur Basis 2 zu wählen. Falls Emitterwiderstände vorgesehen sind, müssen deren Werte invers zugeordnet werden. Darüberhinaus empfiehlt es sich, die Flächen der Transistoren T71, T81; T72, T82; ... ebenfalls im Verhältnis der Ströme zu staffeln, weil dadurch höchste Genauigkeit und Stabilität erzielt werden können.

Claims (17)

  1. Elektrischer Schaltkreis mit mehreren Stromspannungswandlern (Wr, W1, ..., Wn), deren Parameter in annähernd gleicher Weise von äußeren Einflußgrößen abhängen, dadurch gekennzeichnet, daß zum Regeln des Übertragungswiderstandes der Stromspannungswandler (Wr, W1, ... ,Wn) auf einen konstanten Wert einer der Stromspannungswandler als Referenzstromspannungswandler (Wr) vorgesehen ist, dessen Übertragungswiderstand mit einem Referenzwiderstand (Rref) in einem Vergleicher (V1) verglichen wird, daß eine Referenzspannung (Uref) an den Referenzwiderstand (Rref), der proportional zum Übertragungswiderstand der Stromspannungswandler (Wr, W1, ... ,Wn) ist, und an den Vergleicher (V1) gelegt wird und daß das Ausgangssignal des Vergleichers (V1) jedem Stromspannungswandler (Wr, W1, ... , Wn) derart zugeführt wird, daß der Übertragungswiderstand der Stromspannungswandler (Wr, W1, ... ,Wn) auf den konstanten Wert geregelt wird.
  2. Elektrischer Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Eingang einer ersten Stromquelle (Iq) über den Referenzwiderstand (Rref) auf Masse liegt, daß am zweiten Eingang der ersten Stromquelle (Iq) und am ersten Eingang des Vergleichers (V1) die Referenzspannung (Uref) liegt, daß der Ausgang der ersten Stromquelle (Iq) mit dem Eingang des Referenzstromspannungswandlers (Wr) verbunden ist, daß der Ausgang des Referenzstromspannungswandlers (Wr) mit dem zweiten Eingang des Vergleichers (V1) verbunden ist und daß der Ausgang des Vergleichers (V1) mit den Steuereingängen aller Stromspannungswandler (Wr, W1, ..., Wn) verbunden ist.
  3. Elektrischer Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Pol der Referenzspannungsquelle (Uref) mit dem ersten Eingang des Vergleichers (V1) und über den Referenzwiderstand (Rref) mit dem Eingang des Referenzstromspannungswandlers (Wr) verbunden ist, daß der Ausgang des Referenzstromspannungswandlers (Wr) mit dem zweiten Eingang des Vergleichers (V1) verbunden ist und daß der Ausgang des Vergleichers (V1) mit den Steuereingängen aller Stromspannungswandler (Wr, W1, ..., Wn) verbunden ist.
  4. Elektrischer Schaltkreis nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Eingang eines ersten Differenzverstärkers (Vd) über den Referenzwiderstand (Rref) auf Masse liegt, daß am zweiten Eingang des ersten Differenzverstärkers (Vd) die Referenzspannung (Uref) liegt, daß der Ausgang des ersten Differenzverstärkers (Vd) eine zweite und eine dritte Stromquelle (Iq1, Iq2) ansteuert und daß eine der beiden Stromquellen den Strom für den Referenzstromspannungswandler (Wr) liefert.
  5. Elektrischer Schaltkreis nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Eingang des ersten Differenzverstärkers (Vd) über den Referenzwiderstand (Rref) auf Masse liegt, daß am zweiten Eingang des ersten Differenzverstärkers (Vd) die Referenzspannung (Uref) liegt, daß der Ausgang des ersten Differenzverstärkers (Vd) mit der Basis eines ersten und zweiten Transistors (T1, T2) verbunden ist, daß der Emitter des ersten und zweiten Transistors (T1, T2) über je einen Widerstand (R1, R2) an einer ersten Versorgungsspannung (Ub1) liegt, daß der Kollektor des ersten Transistors (T1) mit dem ersten Eingang des ersten Differenzverstärkers (Vd) verbunden ist und daß der Kollektor des zweiten Transistors (T2) mit dem Eingang des Referenzstromspannungswandlers (Wr) verbunden ist.
  6. Elektrischer Schaltkreis nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ströme der Stromquellen (Iq1, Iq2) oder des ersten und zweiten Transistors (T1, T2) gleich groß gewählt sind.
  7. Elektrischer Schaltkreis nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom (Iref) am Eingang des Referenzstromspannungswandlers (Wr) kleiner als der durch den Referenzwiderstand (Rref) fließende Strom gwählt ist.
  8. Elektrischer Schaltkreis nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleicher (V1) eine dritte Stromquelle (Iv) enthält, die von der zugeführten Referenzspannung (Uref) gesteuert wird.
  9. Elektrischer Schaltkreis nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleicher (V1) eine asymmetrische Differenzstufe mit einem dritten und vierten Transistor (T3, T4) enthält, daß die Basen des dritten und vierten Transistors (T3, T4) den zweiten Eingang des Vergleichers (1) bilden, daß die Emitter des dritten und vierten Transistors (T3, T4) mit der dritten Stromquelle (Iv) verbunden sind, wobei dem Emitter des dritten oder vierten Transistors (T3) ein Widerstand (R3) vorgeschaltet ist, und daß die Kollektoren des dritten und vierten Transistors (T3, T4) mit dem Eingang (E) und dem Ausgang (A) eines Stromspiegels (Ssp) verbunden sind.
  10. Elektrischer Schaltkreis nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Stromquelle (Iv) derart aufgebaut ist, daß der eine Pol der Referenzspannungsquelle (Uref) mit dem nichtinvertierenden Eingang eines zweiten Differenzverstärkers (V2) verbunden ist, daß der invertierende Eingang des zweiten Differenzverstärkers (V2) mit dem Emitter eines fünften Transistors (T5) und über einen vierten Widerstand (Rref2) mit dem anderen Pol der Referenzspannungsquelle (Uref) verbunden ist, der auf Masse liegt, daß die Basis des fünften Transistors (T5) mit dem Ausgang des zweiten Differenzverstärkers (V2) verbunden ist und daß der Kollektor des fünften Transistors (T5) den Ausgang der dritten Stromquelle (Iv) darstellt.
  11. Elektrischer Schaltkreis nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Stromquelle (Iv) derart aufgebaut ist, daß die Referenzspannungsquelle (Uref) mit dem invertierenden Eingang eines zweiten Differenzverstärkers (V2) verbunden ist, daß der nichtinvertierende Eingang des zweiten Differenzverstärkers (V2) mit dem Kollektor eines fünften Transistors (T5) und über einen vierten Widerstand (Rref2) mit dem anderen Pol der Referenzspannungsquelle (Uref) verbunden ist, daß die Basis des fünften Transistors (T5) mit dem Ausgang des zweiten Differenzverstärkers (V2) verbunden ist und daß der Emitter des fünften Transistors (T5) den Ausgang (Ai) der dritten Stromquelle (Iv) darstellt.
  12. Elektrischer Schaltkreis nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Stromquelle (Iv) derart aufgebaut ist, daß der eine Pol der Referenzspannungquelle (Uref) mit dem invertierenden Eingang eines zweiten Differenzverstärkers (V2) verbunden ist, dessen nichtinvertierender Eingang mit dem Kollektor eines fünften Transistors (T5) und über einen vierten Widerstand (Rref2) mit dem anderen Pol der Referenzspannungsquelle (Uref) verbunden ist, daß der Ausgang des zweiten Differenzverstärkers (V2) mit der Basis des fünften Transistors (T5) und eines sechsten Transistors (T6) verbunden ist, daß der Emitter des fünften Transistors (T5) über einen fünften Widerstand (R5) und der Emitter des sechsten Transistors (T6) über einen sechsten Widerstand (R6) mit einer zweiten Versorgungsspannungsquelle (Ub2) verbunden ist und daß der Kollektor des sechsten Transistors (T6) den Ausgang (Aj) der dritten Stromquelle (Iv) darstellt.
  13. Elektrischer Schaltkreis nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Stromspannungswandler (Wr, W1, ..., Wn) aus einer Eingangsstufe (Wai), einer Ausgangsstufe (Wci) und einer zwischen Eingangsstufe (Wai) und Ausgangsstufe (Wci) liegenden Steuerstufe (Wbi) aufgebaut ist.
  14. Elektrischer Schaltkreis nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Ausgang der Eingangsstufe (Wai) mit der Basis eines siebten Transistors (T7) verbunden ist, dessen Kollektor mit dem ersten Eingang der Ausgangsstufe (Wci) verbunden ist, daß der zweite Ausgang der Eingangsstufe (Wai) mit der Basis eines achten Transistors (T8) verbunden ist, dessen Kollektor mit dem zweiten Eingang der Ausgangsstufe (Wci) verbunden ist, daß die miteinander verbundenen Emitter des siebten und achten Transistors (T7, T8) mit dem einen Pol einer steuerbaren Stromquelle (Ibi) verbunden sind und daß der siebte und achte Transistor (T7, T8) sowie die steuerbare Stromquelle (Ibi) die Steuerstufe (Wbi) bilden.
  15. Elektrischer Schaltkreis nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Steuerstufen (Wbi) zueinander parallel geschaltet sind, daß für jeden Transistor (T71, T72, ... T81, T82, ...) ein Emitterwiderstand (R71, R72, ..., R81, R82, ...) vorgesehen ist und daß jede steuerbare Stromquelle (Ib1, Ib2, ...) mittels eines steuerbaren Schalters (S1, S2, ...) an die Emitterwiderstände (R71, R72, ..., R81, R82, ...) anschaltbar ist.
  16. Elektrischer Schaltkreis nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Ströme der steuerbaren Stromquellen (Ib1, Ib2, ... ) gemäß einer Potenzreihe zur Basis 2 gewählt sind.
  17. Elektrischer Schaltkreis nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächen der Transistoren (T71, T72, ..., T81, T82, ... ) im Verhältnis der Ströme der Stromquellen (Ib1, Ib2, ... ) gestaffelt sind.
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