NL8700235A - Stroombronschakeling. - Google Patents

Description

E 2011-246 Ned hm/hv ^ 4

P & C

PLESSEY OVERSEAS LIMITED

Korte aanduiding: Stroombronschakeling.

De uitvinding heeft betrekking op een verbetering inzake stroom-bronschakelingen, in het bijzonder stroombronschakelingen van het type 5 bevattende éên of meer aandrijftransistoren, waarvoor de basisspanning wordt ontleend aan een referentietransistor en een in serie geschakelde referentiebron.

Bij hét ontwerpen van vele geïntegreerde schakelingen, is een nauwkeurige bronstroom het vaakst een essentieel vereiste, d.w.z. het is 10 noodzakelijk stroom op te wekken, die, binnen een praktische tolerantie, constant is ondanks drift of schommeling in de voedingsspanning, en op effectieve wijze onafhankelijk is van kleine veranderingen in de transistor parameters.

Een stroombronschakeling van het hiervoor genoemde type wordt 15 geïllustreerd in fig. 1. Deze schakeling bevat aldus één of meer aandrijftransistoren T^, .., TN, waarvoor de basisspanning ontleend wordt aan de basis van een referentietransistor Tg.

Deze referentietransistor T wordt aangedreven door een stroombron d S, bijv. een weerstand of een transistor, die in serie geschakeld is met 20 de referentietransistor T_ tussen één van de voedingsspanningsrails V_ en o de collector van de referentietransistor Tg.

De weergegeven referentietransistor T heeft een gemeenschappelijke «3 verbinding tussen z'n basis en z'n collector. Hij functioneert dus als een diode. De referentiebasisspanning wordt ontleend als spanningsval over 25 deze diode. Mits deze referentiespanning constant gehouden wordt, zal de stroom opgewekt door elke aandrijftransistor evenredig zijn met de stroom van de referentiebron. In feite, indien elke aandrijftransistor T^ tot T^ aangepast is aan de referentietransistor T , zullen alle aandrijfstromen

O

1^ tot 1^ in dit ideale geval gelijk zijn aan de bronstroom. Indien echter 30 de referentietransistor Tg en aandrijftransistoren T^ tót T^ door ontwerp van verschillende geometrie zijn, zullen de stromen 1^ tot 1^ op de schaal van de referentiestroom I gebracht worden door een geometrische factor.

In praktische bronschakelingen wordt echter een eindige basisstroom door elke aandrijftransistor T^ tot T^ getrokken. Dit heeft tot gevolg dat 35 een fout geïntroduceerd wordt in de referentiespanning. Deze fout zal evenredig met het aantal N van de aandrijftransistoren tot T^ toenemen. In het bijzonder wordt opgemerkt, dat deze fout het meest uitgesproken is, waar de aandrijftransistoren T^ tot T^ van PNP-constructie zijn. PNP tran-sistoren vertonen een lage stroomwinst en dus trekken een belangrijke basis-40 stroom.

8700235 J» -2-

Het hiervoor genoemde probleem wordt gewoonlijk overwonnen door middel van een complexe spiegel, waarvan een voorbeeld wordt weergegeven in fig. 2. In deze wijziging wordt de kortsluiting van de transistor ("short") 5 vervangen door een tweede referentietransistor T '. De emitter en basis van

O

deze laatste transistor Tg' worden aangesloten over de basis en collector van de eerste referentietransistor T , zoals weergegeven. Het is echter een s nadeel van deze oplossing, dat een voedingsspanning van tenminste twee maal de spanningsval tussen basis en emitter van de transistoren, d.w.z. een 10 voedingsspanning van tenminste 2V^e (gewoonlijk l,4Vj, vereist is. Batterijen van 1,5V worden gewoonlijk gebruikt voor het bekrachtigen van dergelijke schakelingen. In een typerend geval zullen deze batterijen een vermogen afgeven dat daalt naar een spanning aan het einde van de levensduur van circa 0,9V. Echter in de beschreven schakeling van fig. 2 wanneer eenmaal 15 de batterijspanning daalt beneden 1,4V of dergelijke, moet zij worden vervangen, d.w.z. zij moet worden vervangen, terwijl er nog steeds vermogen, al is het ook bij een lagere spanning, beschikbaar is.

Een ander probleem dat kan ontstaan is dat van Early spannings-effecten. Naarmate de emitter-collectorspanning stijgt, kan de collector-20 stroom van de aandrijftransistoren tot stijgen tot niveaus, hoger dan de referentiewaarde.

De onderhavige uitvinding is bedoeld om een remedie te verschaffen. Zij verschaft een schakeling, die zal werken ook bij steeds lagere voedingsspanning, d.w.z. spanningen die kenmerkend liggen beneden 1,4V en beneden, 25 laat ons zeggen, 0,9V en zelfs nog lager, terwijl zij in staat blijft een constante stroom te verschaffen ondanks variaties in de voedingsspanning en transistorparameters.

In overeenstemming hiermede verschaft de uitvinding een stroombron schakeling van het type bevattende één of meer aandrijftransistors, waar-30 voor de basisspanning wordt ontleend aan een eerste referentietransistor en in serie geschakelde referentiebron, gekenmerkt door een terugkoppel-stuursubketen bestaande uit: - een voedingstransistor, waarvan de collector is aangesloten op de basis van de referentietransistor; 35 - een diode aangesloten op de basis van de voedingstransistor; en - een tweede referentietransistor, in serie geschakeld met de diode, waarbij de basis van de tweede referentietransistor verbonden is met een knooppunt tussen de eerste referentietransistor en de referentiebron.

De diode kan op de meest geschikte wijze verschaft worden door 40 een transistor, waarvan de basis en collector met elkaar verbonden zijn.

8700235 * * .

-3-

In het ideale geval zal deze transistor in eigenschappen kunnen worden aangepast aan de hiervoor genoemde voedingstransistor.

De genoemde schakeling kan worden aangevuld met een voorspannings-5 diode en een aanvullende voorspanningsstroombron, welke in serie geschakeld zijn tussen voedingsrails, waarbij hun knooppunt verbonden is met de basis van elke aandrijftransistor. In dit geval wordt de voorspanningsstroom gecorrigeerd door stroom in de terugkoppel-subschakeling. Deze laatstgenoemde diode kan worden weggelaten. De voorspanningsbron kan enkel worden gebruikt .kan 10 om een opstarten van de stroom te verschaffen en/nadat evenwichtscondities zijn verkregen, uit de schakeling .worden verwijderd, waarbij een schakelaar ingebouwd kan zijn tussen de voorspanningsbron en de gemeenschappelijke basisverbindingen van de referentietransistor en elke aandrijftransistor. Andere middelen om een opstarten van de stroom te verschaffen, zijn 15 niet uitgesloten.

De uitvinding zal hieronder aan de hand van de bijgaande tekeningen nader worden toegelicht.

FIGUREN 1 en 2 tonen schakelschema's van twee bekende stroombron-schakelingen; en 20 FIGUREN 3-5 tonen schakelschema's van drie verschillende bronscha- kelingen, die elk geconstrueerd zijn in overeenstemming met de uitvinding.

De stroombronschakeling weergegeven in fig. 3, bevat eên aantal aandrijftransistoren tot waarvan de bases gemeenschappelijk verbonden zijn met de basis van een referentietransistor T , die op zijn beurt wordt b 25 aangedreven door een referentiestroombron S. De basis van deze laatstgenoemde transistor T is verbonden met de collector-uitgang van een voedingstransis-b

tor T . De basis van deze voedingstransistor T is op zijn beurt verbonden F F

met een diode en transistorketen, bevattende een transistor TQ (diode), waarvan de basis en collector met elkaar kortgesloten en op elkaar aangepast 30 zijn, en een tweede referentietransistor T ', die in serie geschakeld zijn s het tussen voedingsrails V en V . De basisspanning voor/sturen van de tweede

EE G

referentietransistor T 1 wordt genomen uit de collector-uitgang van de eerste b referentietransistor T , d.w.z. uit een knooppunt tussen deze laatste tran- b sistor T_ en de referentiebron S. Zoals weergegeven in fig. 3 omvat deze b 35 schakeling ook een voorspanningsdiode T , bijv. een kortgesloten transistor, en een voorspanningsstroombron B. Deze laatste zijn in serie geschakeld tussen de voedingsrails, en hun knooppunt is gemeenschappelijk met de bases van de aandrijftransistoren naar en de eerste referentietransistor Tg verbonden.

40 In deze figuur werken tot zoals eerder beschreven, maar onder 8700235 :? * -4- gebruikmaking van de voorspanningsstroombron B. De stroom Ig zal vloeien van T„ tot in de referentiestroombron S. De regellus T , T , T zal stroom S Γ X b toevoeren aan stroombron B om de coHectorstroom van T gelijk te houden b

5 aan de referentiestroombron S. Dit fixeert de collectorstromen van T , T

.D X

en elke andere transistor T^, die geschakeld is om dezelfde te zijn als de referentie S. Stroombron B is niet-kritisch. Het is slechts vereist dat

haar stroom I groter dient te zijn dan de referentiestroom I van de re-B S

ferentiebron S, plus de maximaal verwachtte basisstromen, wil de schakeling 10 functioneren. Aangezien de basisstromen geleverd worden door de voorspanningsstroombron B, is de uitgangsstroom uit onafhankelijk van de transistor-versterkingsfactor.

Deze stroom zal eveneens het Early effect op de aandrijftransis-toren tot in aanmerking nemen. De collector van zal dikwijls worden 15 gebruikt om de diode van een andere stroomspiegel te voeden. Dit maakt dat de collectorstroom stijgt, als gevolg van Early effect, wanneer de voedingsspanning toeneemt; waarbij het effect van de stroomspiegel stuurschakeling wordt genegeerd. In dit ontwerp is T ' op dezelfde wijze werkend als T. en

b X

ziet daardoor hetzelfde Early effect. Naarmate de voedingsspanning toeneemt, 20 zal de stroom in T de neiging hebben om toe te nemen, maar de terugkoppel- b lus zal de basisaandrijving naar op voldoende wijze reduceren om de stroom in Tg gelijk aan Ig te houden. volgt Tg en wordt zo gecompenseerd voor zijn Early effect. De referentiebron S wordt beschermd tegen Early effect problemen omdat Tg' zijn uitgang op een constante spanning houdt.

25 De beschreven schakeling zal werken met een voedingsspanning van slechts 0;7V.

In fig. 4 is Τβ verwijderd. De voorspanningsstroombron B heeft enkel de verwachte maximale basisstroom te leveren. Deze opstelling kan de totale voedingsstroom verlagen indien vereist voor werking bij lage stroom. 30 In fig. 5 is de stroombron B zelf verwijderd. De schakeling zal nu niet beginnen te werken bij het inschakelen, aangezien zij zich bevindt in een stabiele toestand, waarbij alle stromen zich op de waarde nul bevinden. Om de werking van de schakeling te starten is een opstartketen noodzakelijk. Een kortstondige verbinding met de stroombron B (via een schake- 35 laar S ) zal hiervoor voldoende zijn, maar vele andere inrichtingen zijn w mogelijk.

De onmiddellijke toepassing is bij geïntegreerde schakelingen bestemd voor 'radio paginering' ("radio paging"). Het schakelings-ontwerp voor "pagers" is niet zonder complicaties als gevolg van de lage batterij-40 spanning, einde levensduur bij 0,9V, en laag stroomverbruik. De noodzaak

87 0 023 S

C -V

-5- voor batterij-economie zal eveneens extensief gebruik met zich meebrengen van stroomspiegels in het sehakelingsontwerp.

De zojuist beschreven schakelingen, ofschoon ontworpen voor "pagers1', zouden 5 / met voordeel kunnen worden gebruikt op elke schakeling voor laag vermo gen en lage stroom.

10 15 20 25 30 35 40 8700235

Claims (5)

1. Stroombron schakeling (fig. 3-5) van het type bevattende één of 5 meer aandrijftransistors (T^, .. T^), waarvoor de basisspanning wordt ontleend aan een eerste referentie-transistor (T ) en in serie geschakelde re- b ferentiebron (S), gekenmerkt door een terugkoppel-stuursubketen bestaande uit: - een voedingstransistor (T ), waarvan de collector is aangesloten op de ba- Γ 10 sis van de referentietransistor (T ); w - een diode (T ) aangesloten op de basis van de voedingstransistor (T ); en D F - een tweede referentietransistor (T '), in serie geschakeld met de diode O ' (T ), waarbij de basis van de tweede referentietransistor (T ') verbonden O o is met een knooppunt tussen de eerste referentietransistor (T ) en de re- s 15 ferentiebron (S) .

2. Schakeling volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de genoemde diode (Tp) een transistor bevat, waarvan de basis en collector met elkaar verbonden zijn.

3. Schakeling (fig. 3) volgens conclusie 1 of 2, gekenmerkt door een 20 verdere voorspanningsdiode (T ) en aanvullende voorspanningsbron (B), waar- O bij het knooppunt tussen deze twee schakelingscomponenten verbonden is met de basis van de eerste referentietransistor (T ). O

4. Schakeling (fig. 4) volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat voorts de aanvullende voorspanningsbron (B) aangesloten is op de basis 25 van de eerste referentietransistor (T ). O

5. Schakeling (fig. 5) volgens conclusie 4, gekenmerkt door een schakelaar (S ) tussen de aanvullende voorspanningsbron (B) en de basis van de w eerste referentietransistor (T ). O 30 35 40 1700235'