NL8702011A - Startschakeling voor een stabilisatieschakeling. - Google Patents

Description

* ·« PHN 12.240 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

Startschakeling voor een stabilisatieschakeling.

De uitvinding heeft betrekking op een stabilisatieschakeling omvattende - een stroomspiegelversterker, tenminste voorzien van een eerste en een tweede transistor waarvan de emitter-collector-trajecten zijn 5 aangesloten tussen een eerste voedingsspanningsaansluiting en respectievelijk een eerste en een tweede stroomuitgang en waarvan de bases zowel met elkaar als met de tweede stroomuitgang zijn verbonden; - een derde transistor waarvan het emitter-collector-traject is geschakeld tussen de tweede stroomuitgang en de tweede 10 voedingsspanningsaansluiting; - een referentieschakeling, opgenomen tussen de eerste stroomuitgang en de tweede voedingsspanningsaansluiting, welke referentieschakeling stuursignalen levert aan de basis van de derde transistor.

Een dergelijke stabilisatieschakeling is reeds in een 15 aantal varianten bekend. Voorbeelden zijn beschreven in US-A-4,051,392, US-A-4,083,359 en het boek "Analysis and design of analoque integrated circuits" door P.R. Gray en R.G. Meyer, uitgave 1984.

Zoals bekend is vertonen dergelijke stabilisatieschakelingen over het algemeen twee stabiel toestanden, te 20 weten een eerste toestand waarin er in het geheel geen stroom door de diverse transistoren loopt en een tweede toestand waarin de stroomuitgangen de gewenste stromen leveren. Om te vermijden dat de schakeling na het inschakelen van de voedingsspanning in de eerste stabiele toestand blijft hangen, waarin geen stroom wordt geleverd en de 25 schakeling derhalve niet de gewenste functie vervult, worden zogenaamde startschakelingen gebruikt die de stabilisatieschakeling na het inschakelen van de voedingsspanning met zekerheid in de tweede stabiele toestand brengen waarin de schakeling zijn gewenste functie vervult.

Heeft de schakeling de tweede stabiele toestand bereikt 30 dan is de startschakeling niet langer nodig. Er moet nu voor gezorgd worden dat de aanwezigheid van de startschakeling geen invloed uitoefent op de normale werking van de stabilisatieschakeling. Over het algemeen 8702011 * * PHN 12.240 2 worden daarom startschakelingen zodanig ontworpen dat er een automatische ontkoppeling plaats vindt tussen de startschakeling en de stabilisatieschakeling zodra deze laatste zijn gewenste werkpunt heeft bereikt.

5 Een nadeel van de bekende startschakelingen is, dat deze schakelingen ook nadat de stabilisatieschakeling zijn werkpunt heeft bereikt, vermogen blijven consumeren hetgeen in het bijzonder in geïntegreerde schakelingen, waarin wordt gestreefd naar een zo laag mogelijke vermogensopnarae, als een sterk nadeel wordt ondervonden. In 10 veel bekende startschakelingen zijn bovendien relatief grote weerstanden nodig die in geïntegreerde vorm veel ruimte vragen.

De uitvinding heeft nu ten doel een startschakeling voor een stabilisatieschakeling te verschaffen, welke geen vermogen meer opneemt nadat de stabilisatieschakeling in zijn werkpunt is gebracht en 15 die verder bestaat uit slechts een zeer gering aantal componenten die eenvoudig in geïntegreerde vorm tezamen met componenten van de stabilisatieschakeling kunnen worden gerealiseerd.

Aan deze uitvinding wordt bij een stabilisatieschakeling van in de aanhef genoemde soort voldaan, doordat de 20 stabilisatieschakeling voorzien is van een startcircuit bestaande uit een diode die in doorlaatrichting geschakeld is tussen de eerste en tweede stroomuitgang.

De uitvinding zal in het volgende nader worden verklaard aan de hand van de bijgaande figuren.

25 In de figuren 1A, B, C zijn een aantal uit de stand der techniek bekende stabilisatieschakelingen elk met een bijbehorende startschakeling getoond.

In de figuren 2A, B, C zijn de stabilisatieschakelingen uit de corresponderende figuren 1a, 1b, 1c opnieuw getoond, nu voorzien 30 van een startschakeling volgens de uitvinding.

Allereerst zullen aan de hand van de figuren 1a, 1b, 1c een aantal op zichzelf bekende stabilisatieschakelingen, elk voorzien van een startschakeling, kort worden besproken. Voor uitgebreide details wordt verwezen naar de in het onderstaande nog te noemen 35 literatuurplaatsen.

Figuur 1A toont een stabilisatieschakeling van een type als bijvoorbeeld beschreven in US-A-4,051,392. Deze bekende schakeling 8702011

V

PHN 12.240 3 is voorzien van een stroomspiegelversterker gevormd door de eerste en tweede transistoren en T2. De emitters van en T2 zijn verbonden met de voedingsspanningsrail V+, de bases van de beide transistoren zijn onderling verbonden en de collector van T2 is 5 eveneens met deze onderling verbonden bases gekoppeld. In deze configuratie leveren de transistoren T1 en T2 onderling gelijke collectorstromen aan de onderliggende regeneratieve schakeling bestaande uit de derde transistor T3, de vierde transistor T4 en de weerstand Rl. Wanneer tijdens bedrijf zowel de transistor T3 als transistor 10 in geleiding zijn dan ontstaat er een spanningsval over de weerstand die gelijk moet zijn aan de basis-emitter-spanning van T^. Zou de stroom door T3 dalen, resulterend in een daling van de spanningsval over R^ dan heeft T4 de neiging om te worden afgeknepen zodat zijn collectorspanning stijgt waardoor T3 verder wordt geopend 15 en de stroomdaling door T3 wordt tegengegaan. De teruggekoppelde configuratie van T3 en T4 heeft derhalve de neiging om zich in te stellen op stromen door de beide transistoren die een vooraf bepaalde onderlinge verhouding bezitten. In deze schakeling vormt derhalve een referentieschakeling die stroom levert aan de basis van de derde 20 transistor T3.

Zoals bekend is heeft een dergelijke schakeling twee stabiel werkpunten waarin zowel aan de stroomvoorwaarden van de stroomspiegelversterker als aan die van de regeneratieve schakeling T3/T4 wordt voldaan. In het eerste stabiele werkpunt loopt er geheel 25 geen stroom door de schakeling en in het tweede stabiele werkpunt lopen er vooraf bepaalde stromen waarvan de waarden onder andere afhangen van de waarde van de weerstand R|.

Vanwege het stabiele werkpunt in de nulstroomsituatie is het noodzakelijk om een startschakeling toe te passen waarmee wordt 30 vermeden dat na het inschakelen van de voedingsspanning de stabilisatieschakeling in de nulstroomsituatie blijft hangen. In figuur 1a is deze startschakeling voorzien van de transistoren T5 en Tg en de weerstand R2.

Als na het inschakelen van de voedingsspanning geen 35 stroom loopt door en T2 dan zal de basisspanning van Tg te laag zijn om deze transistor in geleiding te brengen. De collector van Tg en daarmee de basis van Tg voert derhalve een hoge potentiaal zodat 8702011 PHN 12.240 4

Tg in geleiding zal komen waardoor er een stroomweg wordt geopend via T2 en Tg. Doordat er stroom door T2 gaat lopen zal er ook door T^ stroom gaan lopen, het circuit rond T3 en T4 komt eveneens in werking en de schakeling zal zich in het andere gewenste werkpunt gaan 5 instellen. Is dit werkpunt bereikt dan zal de basisspanning van Tg inmiddels voldoende zijn om Tg ingeleiding te brengen en daarmee Tg te blokkeren. Afgezien van de basisstroom van Tg wordt daarmee de startschakeling derhalve ontkoppeld van de stabilisatieschakeling. De startschakeling blijft echter via R2 en Tg wel vermogen onttrekken 10 aan de voedingsspanningbron V.

Figuur 2A toont in principe dezelfde stabilisatieschakeling als in figuur 1A, nu echter voorzien van een startcircuit volgens de uitvinding. De componenten van de eigenlijke stabilisatieschakeling zijn met dezelfde referentietekens aangeduid: 15 T^, T2, T3, T^ en . Zoals blijkt uit figuur 2A bestaat de startschakeling in feite alleen uit de transistor T7 die, geschakeld als diode, is aangebracht tussen de collectoren van T^ en T2- Als na het inschakelen van de voedingsspanning de schakeling in de nulstroomsituatie terecht komt dan zal er, vanwege de aanwezigheid van 20 Ίη, toch een stroomweg worden geopend verlopend via T2, T? en T4 tussen de voedingsspanningsaansluitingen V+ en V-. Zodra via deze weg stroom gaat lopen zal de schakeling als geheel, op de inmiddels reeds besproken wijze, naar zijn actieve werkpunt worden getrokken. Is dit gewenste werkpunt eenmaal bereikt dan zullen de spanningen op de 25 collectoren van T^ en T2 gelijk of nagenoeg gelijk zijn aan elkaar zodat de collector-emitter-spanning van Ίη gelijk is aan nul of aan een zeer kleine waarde die in elk geval onvoldoende is om enige stroom door deze transistor te laten lopen. Zodra de stabilisatieschakeling zich derhalve heeft ingesteld in zijn actieve werkpunt wordt automatisch 30 het startcircuit, gevormd door T7, uitgeschakeld.

Een tweede bekende stabilisatieschakeling is getoond in figuur 1B. Een dergelijke schakeling is reeds beschreven in US-A-4,085,359. De stroomspiegelversterker wordt in deze schakeling gevormd door T^ en T^· De regeneratieve schakeling wordt gevormd 35 door T13, T.|4 en de weerstand R^. In deze schakeling werken de transistoren T13 en T14 met verschillende stroomdichtheden zodanig dat de basis-emitter-spanning van transistor T^3 kleiner is dan die 870 201 1 PHN 12.240 5 van T^. De spanning over de weerstand bij een bepaalde collectorstroom van is derhalve gelijk aan het verschil tussen de basis-emitter-spanningen van de transistoren en T^. Ook deze stabilisatieschakeling kent twee stabiele toestandenr een eerste 5 toestand waarin er geen enkele stroom door de schakeling loopt en een tweede toestand waarin stromen lopen waarvan de grootte onder andere kan worden gevarieerd door het instellen van R^.

De in US-A-4,085,359 beschreven startschakeling wordt gevormd door T15' de weerstanden en R^ en de dioden D^ en 10 D2· Na het inschakelen van de voedingsspanning zal er een stroom gaan lopen door R-j2, D.jf D2 zodat er een basisspanning wordt aangeboden aan de transistor T15 voldoende om deze in geleiding te brengen. Het gevolg daarvan is dat er een stroom gaat lopen vanaf de positieve voedingsspanningsaansluiting v+ door TT-j5 en R^ naar de 15 negatieve voedingsspanningsaansluiting V-. Omdat T^ in geleiding komt zal nu ook in geleiding worden gestuurd, met andere woorden in beide takken van de stroomspiegelversterker gaat stroom lopen, eveneens in beide takken van de regeneratieve schakeling en al spoedig zal de gehele stabilisatieschakeling zich instellen op het gewenste werkpunt.

20 Is het gewenste werkpunt bereikt dan is de spanningsval · over D1 en D2 niet meer voldoende om transistor T-jg in geleiding te houden gezien de spanningsval over R^. Deze transistor T-jg wordt derhalve uitgeschakeld waardoor, afgezien van een lekstroom door R^, de verbinding tussen de startschakeling en de stabilisatieschakeling in 25 feite wordt verbroken. De startschakeling zelf blijft echter stroom trekken via R.j2, D.| en D2 uit de voedingsspanningsbron hetgeen ongewenst wordt geacht.

Figuur 2B toont de toepassing van een startcircuit volgens de uitvinding bij een stabilisatieschakeling van het type als 30 getoond in figuur 1B. In figuur 2B zijn de componenten van de eigenlijke stabilisatieschakeling weer met dezelfde referentiecijfers als in figuur 1B aangegeven. De werking van de startschakeling, in dit geval gevormd door transistor T^, is in feite identiek aan de werking als beschreven bij figuur 2A en behoeft derhalve geen nader betoog.

35 In figuur 2c is de toepassing van de stabilisatie schakeling volgens de uitvinding getoond bij een stabilisatieschakeling van het type als getoond in figuur 1c. Ook hier zijn voor de eigenlijke 8702011 # PHN 12.240 6 stabilisatieschakeling correponderende referentie-aanduidingen gebruikt.

Figuur 1C toont een andere bekende stabilisatieschakeling van een type dat onder andere in diverse varianten beschreven wordt in DE-A-34.47.002. In deze schakeling wordt de stroomspiegelversterker 5 gevormd door Τ2Ί en Τ22ι waarbij T24 als slaaf van T22 aan deze configuratie is toegevoegd. Alleen de collector van T22 is weer teruggekoppeld naar het gemeenschappelijke aansluitpunt van de basis van de genoemde drie transistoren. De regeneratieve schakeling wordt gevormd door de transistoren T23 en T25 en de weerstand R21-10 Ook deze schakeling heeft een eerste stabiel werkpunt in de nulstroomtoestand en een tweede stabiel werkpunt waarbij de stromen, geleverd door de stroomspiegelversterker juist zo groot zullen zijn dat de spanningsval over R21 gelijk is aan de basis-emitter-spanning over T25 en waarbij de collector-emitter-spanning over T25 juist groot 15 genoeg is om T23 open sturen met eenzelfde stroom door zowel door T23 als T25. Vanwege de twee mogelijke stabiele werkpunten vereist ook deze schakeling een startcircuit om na het inschakelen van de voedingsspanning in het juiste werkpunt terecht te komen.

In deze schakeling kan een startschakeling worden 20 toegepast van het type als beschreven is bij de figuren 1A en 1B. Een voorbeeld daarvan, omvattende de weerstand R22 an de dioden D3 en is in figuur 1C geïllustreerd. Ook deze configuratie heeft echter het nadeel dat na het bereiken van het gewenste werkpunt er stroom blijft lopen door R22 en D4.

25 Figuur 2C toont de toepassing van een startcircuit volgens de uitvinding bij deze bekende stabilisatieschakeling. De transistor T2^ is weer aangesloten tussen de collectoren van de beide transistoren uit de stroomspiegelversterker, te weten T2i en T22·

Mocht de schakeling na het inschakelen van de voedingsspanning in de 30 nulstroomsituatie terecht komen dan zal er toch direct een stroomweg worden gevormd via T22» T27 en R21 waardoor de schakeling uit de nulstroomsituatie wordt weggetrokken en uiteindelijk weer terecht komt in het gewenste tweede stabiele werkpunt.

Figuur 3 toont een verdere ontwikkeling van de schakeling 35 uit figuur 2A. Duidelijkheidshalve zijn dezelfde referentietekens gebruikt voor overeenkomstige componenten. Het enige verschil tussen figuur 3 en figuur 2A bestaat uit de toevoeging van de weerstanden R.^ 870201 1 PHN 12.240 7 en R32 respectievelijk tussen de tweede stroomuitgang van de stroomspiegelversterker en de cathode van de als diode geschakelde transistor Tη respectievelijk tussen de anode van de als diode geschakelde transistor Ύη en de referentiebron uit de regeneratieve 5 schakeling Tj/T^/Rj. Met behulp van de weerstanden R^ en R32 kunnen de grenzen waarop het startcircuit werkt naar wens worden gevarieerd. Het toevoegen van de weerstand R·^ leidt tot een verlaging van de basisspanning van Ύη terwijl het toevoegen van R^ leidt tot een verhoging van de collectofspanning van deze transistor. Uitgaande 10 van het feit dat bij een basis-emitter-spanning kleiner dan nul er geen stroom meer door transistor Ύη loopt geldt nu voor de schakelingen getoond in de figuren 2A en 3 de volgende relatie: vsmax-<3%+I(%+*32> waarin V .

= maximale voedingsspanning 15 Vg£ = basis-emitter-spanning van Ύη I = stroom geleverd door de stroomspiegelversterker.

Het zal duidelijk zijn dat ook in de configuraties volgens de figuren 2B en 2C naar wens de weerstanden R^ en R32 (of slechts een van beide weerstanden) kunnen worden toegevoegd voor het 20 afhankelijk van de resterende schakelingsvereisten op de juiste wijze instellen van het werkingstraject van de startschakeling. Voor de figuren 2B en 2C geldt dan de volgende relatie: V5W2VBE+I<r31«32> waarin VSfflax = maximale voedingsspanning 25 VBE = basisemitterspanning van T17 respectievelijk T27 I = stroom geleverd door de stroomspiegelversterker.

8702011

Claims (4)

1. Stabilisatieschakeling omvattende - een stroomspiegelversterker, tenminste voorzien van een eerste en een tweede transistor waarvan de emitter-collector-trajecten zijn aangesloten tussen een eerste voedingsspanningsaansluiting en 5 respectievelijk een eerste en een tweede stroomuitgang en waarvan de bases zowel met elkaar als met de tweede stroomuitgang zijn verbonden; - een derde transistor waarvan het emitter-collector-traject is geschakeld tussen de tweede stroomuitgang en de tweede voedingsspanningsaansluiting; 10. een referentieschakeling, opgenomen tussen de eerste stroomuitgang en de tweede voedingsspanningsaansluiting, welke referentieschakeling stuursignalen levert aan de basis van de derde transistor, met het kenmerk, dat de stabilisatieschakeling voorzien is van een startcircuit bestaande uit een diode die in doorlaatrichting geschakeld is tussen de 15 tweede en eerste stroomuitgang.

2. Stabilisatieschakeling volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat tussen het emitter-collector-traject van de tweede transistor en de tweede stroomuitgang een weerstandselement is opgenomen.

3. Stabilisatieschakeling volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat tussen de eerste stroomuitgang en de referentieschakeling een weerstandselement is opgenomen.

4. Stabilisatieschakeling volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat tussen het emitter-collector-traject van de tweede 25 transistor en de tweede stroomuitgang een weerstandselement is opgenomen en tussen de eerste stroomuitgang en de referentieschakeling een verder weerstandselement is opgenomen. 8702011