DE1948178B2 - Aus einer Vielzahl individueller logischer Kreise bestehende monolithische Halbleiterschaltung mit integrierter Gleichspannungsstabilisierungs-Halbleiterschaltung - Google Patents
Aus einer Vielzahl individueller logischer Kreise bestehende monolithische Halbleiterschaltung mit integrierter Gleichspannungsstabilisierungs-HalbleiterschaltungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine aus einer Vielzahl individueller logischer Kreise bestehende monolithische
Halbleiterschaltung mit integrierter Gleichspannungsstabilisierungs-Halbleiterschaltung,
die als Serienstellglied im Laststromkreis eine Stromregulierungs-Transistorschaltung
und in deren Steuerkreis einen Differenzverstärker und einen letzterem zugeordneten Emitterwiderstand
als erste Konstantstromquelle enthält, wobei der eine Verstärkerast basisseitig mit einer
Stromregulierungsschaltung für die Istwert-Rückführung verbunden ist und der andere Verstärkerast
basisseitig mit einer dem emitterseitigen Ausgang einer ein temperaturstabiles Netzwerk enthaltenden, konstantstromgespeisten
Konstantpegeleinstell-Halbleiterschaltung entnommenen Referenzspannung aussteuerbar
ist.
In der Zeitschrift radio-mentor 9/1967 ist auf den Seiten 702, 703 in Verbindung mit den Fig. 1 bis 3 eine
derartige monolithisch integrierte Gleichspannungsstabilisierungs-Halbleiterschaltung
mit Differenzverstärker beschrieben, bei welcher der Differenzverstärker einen ersten Transistor und einen zweiten Transistor
enthält, deren miteinander verbundene Emitter über eine Impedanz mit der negativen Netzanschlußklemme
verbunden sind und deren Basen der Regel-Istwert bzw. der aus einer temperaturstabilisierten, konstantstromgespeisten
Konstantpegeleinstell-Halbleiterschaltung entnommene Sollwert zugeführt werden.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, solche Anordnungen derart weiterzubilden,
daß sie den technischen Vorteil einer konstantstromgespeisten Pegelvariation und der Temperaturstabilität
in besonders einfacher Weise erreichen.
Es ist ferner bekannt, daß in Durchlaßrichtung vorgespannte Silicium-Dioden verwendet werden können,
um eine konstante Spannung zu schaffen. Silicium-Dioden haben jedoch den ihnen innewohnenden
Nachteil eines hohen negativen Temperaturkoeffizienten im spezifischen elektrischen Widerstand. Diese
Eigenschaft macht die Verwendung von Silicium-Dioden für heutige monolithische Schaltungen, welche
einen hohen Grad von Stabilität, abgesehen von Herstellungstoleranzen und Temperaturänderungen
erfordern, problematisch. Wenn dazu in bekannter Weise die Durchbruchskennlinien der Silicium-Dioden
ausgenutzt werden, um eine gesteuerte Spannung zu erzeugen, dnd die Spannungsausgangsbereiche vermöge
ihrer Charakteristiken auf besondere Bereiche begrenzt. Ein besonderes Problem entsteht, wenn es
erforderlich wird, stabilisierte Spannungen für monolithische Schaltungen außerhalb des Spannungsdurchbruchsbereiches,
welchen man bei Silicium-Dioden findet, zu erzeugen.
In monolithischen Schaltungen ist es oft erforderlich, eine konstante Referenzspannung zu erzeugen, welche
mit einer Menge von individuellen, logischen Kreisen in der monolithischen Schaltung zu koppeln ist. Oft ist es
beispielsweise notwendig, einen oberen oder einen unteren Pegel mit einer Referenzspannung zu vergleichen,
um zu bestimmen, ob ein logisches Signal über oder unter dem Pegel liegt. Eine monolithische Karte
könnte zum Beispiel nicht weniger als 100 Referenzspannungspegel erfordern. Infolge der den monolithischen
Prozessen innewohnenden Herstellungstoleranzen, nämlich infolge der Toleranzvariationen bezüglich
der Widerstände und Transistoren, v/ird es fast unmöglich sowie auch dem Umfange nach zu kostspielig,
eine einzelne geeignete Referenzpegelschaltung für jeden der logischen Kreise herzustellen. Ein solches
Vorhaben würde in hohem Maße wegen der durch Variationen verursachten Toleranz unzuverlässig sein.
Diese Variationen würden zwischen den verschiedenen Spannungsreferenzpegeln, mit denen jeder der logischen
Kreise versorgt wird, bestehen. Überdies würde das Bemühen, einen komplexeren Bezugsspannungsgenerator
pro Halbleiterchip oder Halbleitermodul zu schaffen, das Problem der Erzielung einer einheitlichen
Bezugsspannung für eine Anzahl von individuellen logischen Stromkreisen ziemlich verringern. Dies bringt
aber den Nachteil der Stör- und Rausch-Übertragung, welche durch die Wechselwirkung der logischen Kreise
und durch die Vielzahl der Spannungsquellen und den durch die Schaltung auf dem Chip eingenommenen
Raum erzeugt wird.
Ein System von Pegelspannungsquellen ist äußerst kostspielig und besitzt nicht die Eigenschaft der
Temperatureingrenzung. Daher ist eine Spannungsquelle mit hoher Belastungskapazität bei der Versorgung
aller monolithischen Moduln auf einer Karte höchst wünschenswert Mit anderen Worten: eine Bezugsspannungsquelle
pro Karte eliminiert die Hauptnachteile der bekannten Bezugsspannungsquellen und insbesondere
die Probleme der Rauschübertragung und der oben erwähnten Bezugsspannungsvariation.
Hinzu kommt daß durch Einführung einer Bezugsspannungsquelle für jede monolithische Karte ein kiarer ι ο
Vorteil im Hinblick auf die genannte Temperatureingrenzung zustande kommt Mit anderen Worten, in
logischen Stromkreisen mit Emitterfolger-Ausgängen bewirkt das Anwachsen der Temperatur einen Abfall
der Basis-Emitter-Spannung Vbe- Damit entsteht eine
Zunahme der Spannung am Emitterfolger-Ausgang. Dieser Prozeß verschiebt wesentlich den oberen und
den unteren Pegel zu positiveren Spannungswerten. Durch Verwendung einer Bezugsspannungsquelle, welche
ebenfalls eine entsprechende positive Verschiebung in der Ausgangsspannung im Hinblick auf dieselbe
Temperaturvariation zeigt bleibt die Schwellwertdifferenz
zwischen der Bezugsspannung und dem oberen oder dem unteren Pegel wesentlich konstant.
Bei den bisher bekanntgewordenen Anordnungen waren die Vorteile durch Einbau einer Referenzspannungseinspeisung
pro Karte nicht zu erreichen. Dies rührt daher, daß die bisherigen Referenzspannungen
durch begrenzte Leistungsfähigkeit, durch Empfindlichkeit gegen Netzspannungsschwankungen, durch Emp- u)
findlichkeit gegen die Temperatur und durch äußerste Empfindlichkeit gegen starke Schwankungen in den
Vorspannungen zufolge der Herstellungstoleranzcn stark behindert waren.
Durch die US-Patentschrift 32 63 156 ist bereits ein r> stabilisiertes Netzgerät bekanntgeworden, welches als
Hauptelement einen Differenzverstärker verwendet. Durch die US-Patentschrift 26 93 572 ist bereits eine
Anordnung bekanntgeworden, bei welcher das Prinzip einer temperaturkompensierenden Widerstandsschaltung
angewendet wird.
Für eine aus einer Vielzahl individueller logischer Kreise bestehende monolithische Halbleiterschaltung
mit integrierter Gleichspannungsstabilisierungs-Halbleiterschaltung
der eingangs genannten Art wird die gestellte Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale
des Anspruchs 1 gelöst.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung für eine beispielsweise besonders vorteilhafte
Ausführungsform näher erläutert.
F i g. 1 zeigt eine schematisch dargestellte monolithische Halbleiterschaltung mit integrierter Gleichspannungsstabilisierungs-Halbleiterschaltung
nach der Erfindung;
Fig.2 enthält eine graphische Darstellung der Ausgangsspannung in Abhängigkeit von der Temperatur
für verschiedene Spannungsquellen-Schaltungsanordnungen bei variierender Spannung und bei variierenden
Temperaturkoeffizienten.
Nach der Schaltung in Fig. 1 ist eine erste t>o
Netzanschlußklemme 10 und eine zweite Netzklemme 12 vorgesehen, an welche der Differenzverstärker 14 in
Reihe mit einer Schaltvorrichtung 37 angeschlossen ist. Der Differenzverstärker 14 enthält einen ersten
Transistor 16, einen zweiten Transistor 18 und einen tn
Widerstand 19. Die Transistoren 16 und 18 haben Basiselektroden 20 und 22 und miteinander an den
Punkt 24 angeschlossene Emitterelektroden. Die KoI-lektorelektrode des Transistors 16 ist über die Leitung
26 mit der Netzklemme 10 verbunden, während der Kollektor des Transistors 18 über den Widerstand 19 an
der Netzklemme 10 liegt Eine Eingangsklemme 30 ist mit der Basis 20 des ersten Transistors 16 verbunden.
Die Ausgangsklemme 32 der Gesamtschaltung ist an die Basis 22 des zweiten Transistors 18 gelegt
Eine erste Konstantstromquelle 33 liegt zwischen der zweiten Netzklemme 12 und der Eingangsklemme 30.
Sie enthält einen Transistor 34, dessen Basiselektrode mit 35 bezeichnet ist und einen Widerstand 36, der
zwischen der Emitterelektrode und der Netzklemme 12 liegt Eine andere Konstantstromquelle 37 oder
Quasi-Konstantstromquelle liegt zwischen der Verbindungsklemme
24 und der Netzklemme 12. Die Quelle 37 enthält einen Transistor 38, dessen Basiselektrode mit
39 bezeichnet ist und einen Widerstand 40, der zwischen der Emitterelektrode und der Klemme 12 liegt
Bei der in F i g. 1 dargestellten Schaltungsanordnung nach der Erfindung ist die erste Stromversorgungsklemme
10 mit Erde verbunden, -während die zweite Stromversorgungsklemme 12 an einer negativen Spannung
VEE von —4 V liegt. Die Stromquellen 33 und 37
stellen daher in Verbindung mit der negativen Potentialquelle Vee Konstantstromquellen bzw. Quasi-Konstantstromquellen
für die Anschlußpunkte 24 und 30 dar. Dieser Strom ist in F i g. 1 durch den Pfeil /ι am
Verbindungspunkt 30 bzw. durch den Pfeil h am Verbindungspunkt 24 angedeutet.
Um die Stromquellen 33 und 37 in den Ein-Zustand zu bringen, wird auf die Klemme 41 eine Eingangs-Einschaltspannung
gegeben und damit der Transistor 42 beeinflußt, der als Diode arbeitet. Dabei sind der
Widerstand 43 und die in Reihe geschalteten Dioden 44 und 45 mit betroffen. Unter dem Einfluß von Vee werden
die Transistordiode 42 und die in Reihe geschalteten Dioden 44 und 45 in Durchlaßrichtung vorgespannt, um
eine Einschaltspannung an den Basen 35 und 39 der Stromschalter über den Verbindungspunkt 41 zu
schaffen. Die Dioden 44 und 45 können auch durch Verwendung der Basis-Emittercharakteristiken eines
Transistors gebildet sein. Ein geeigneter Spannungspegel an einer Klemme 46 schafft eine Einschaltspannung
an den Basen der Transistoren 34 und 38. Der Transistor 42 arbeitet wie eine Diode in der üblichen Weise durch
Ausnutzung seines auf Durchlaß vorgespannten Basis-Emittersystems. Wenn der Pegel an der Klemme 46
nicht gebraucht wird, ist die Transistor-Diode 42 in der Schaltung nach F i g. 1 nicht erforderlich.
Um an der Verbindungsklemme 30 eine einstellbare Spannung mit konstantem Pegel zu schaffen, ist
zwischen der ersten Stromversorgungsklemme 10 und der Eingangsklemme 30 eine Konstant-Pegeleinstell-Halbleiterschaltung
56 angeschlossen. Die Schaltung 56 enthält einen Transistor 58, dessen Kollektor mit der
Klemme 10 und dessen Emitter mit der Verbindungsklemme 30 verbunden ist. Die Schaltung 56 enthält
ferner ein temperaturstabiles Vorspannungsnetzwerk mit einem ersten Widerstand R\, der zwischen der
Klemme 10 und der Basis des Transistors 58 liegt, und einem zweiten Widerstand /?2 zwischen der Basis des
Transistors 58 und der Eingangsklemme 30. Eine Spannung Vr zwischen der Verbindungsklemme 30 und
der Stromzufuhrklemme 10 ist gleich:
VR = V1 χ
R1 + R1
R,
bei genügend hoher Stromverstärkung des Transistors
58, wobei V2 gleich der Basis-Emitter-Spannung des
Transistors 58 ist. Hieraus ist zu ersehen, daß die Spannung Vr durch passende Auswahl des Temperaturkoeffizienten
Tk der spezifischen Widerstände von R\
und R2 kompensiert oder verstärkt werden kann. <-,
Dies kann durch Bereitstellung einer monolithischen Vorrichtung (in der Zeichnung nicht besonders dargestellt)
erreicht werden, in welcher zwei verschiedene Typen von monolithischen Widerständen R^ und R2
verwendet werden. Diese genannten Widerstände sind m nach an sich bekannten Verfahren herstellbar. Eine
andere Ausführungsform ergibt sich dadurch, daß eine integrierte Schaltung mit einem der Widerstände
entweder nach der Dünnschichttechnik oder zusätzlich in Form einer gemischten integrierten Schaltung
vorgesehen wird. Nach einem besonderen Beispiel wird eine Spannung von 1,2 Volt an der Eingangsklemme 30
durch Verwendung einer hybriden, integrierten Schaltung erreicht, in welcher ein durch Siebdruck hergestellter
Widerstand /?2 auf einem Modulsubstrat gebildet ist,
während der Widerstand R\ zusammen mit dem Transistor 58 auf einem Halbleiterchip hergestellt ist, so
daß die Widerstände R\ und R2 die passenden
Temperaturkoeffizienten des spezifischen Widerstandes besitzen, um die genaue Temperaturstabilisierung 2ί
zu bewerkstelligen.
Ein hoher Ti-Wert wird für /?i in einem Beispiel durch
Verwendung von diffundierten Silicium-Widerständen gewonnen, welche in einem relativ niedrig dotierten
epitaktischen Bereich gebildet werden. In ähnlicher j'i
Weise könnte der Ti-Wert von R2 in passender Weise so
ausgewählt werden, daß er sich dem Werte Null nähert, während der 7VWert von R\ so ausgewählt wird, daß er
im positiven Bereich liegt. Unter der Annahme der Zunahme der Temperatur würde die Spannung am
Emitter des Transistors 58, der mit der Klemme 30 verbunden ist, hochgehen und damit die Eingangsspannung
an der Basis 20 des Transistors 16 ändern. Die Temperaturzunahme bewirkt jedoch eine Zunahme des
Wertes des Widerstandes R\. Damit wird die Vorspannung der Basis des Transistors 58 stärker negativ. Dies
bewirkt wiederum, daß die Spannung am Emitter des Transistors 58 oder die Spannung an der Verbinc'ungsklemme
30 abnimmt. Hieraus ersieht man, daß durch passende A.uswahl eines positiven Ti-Wertes für R\ eine
in hohem Maße temperaturstabilisierte Spannungspegel-Einstellschaltung 56 erreichbar ist.
Nachdem die gesamte Referenzspannungsschaltung in monolithischer Form hergestellt ist, wird zusätzlich
der Widerstandswert von R2 abgeglichen. Dies ist in F i g. 1 dadurch schematisch dargestellt, daß der
Widerstand R2 als veränderbar gezeichnet ist. Das
Abgleichen von R2 bestimmt in der üblichen Weise den
Spannungspegel an der Basis 20 des Transistors 16, welcher wiederum die Ausgangsspannung am Verbindungspunkt
32 steuert, wie nachstehend noch im einzelnen beschrieben wird.
Mit dem Variieren des Wertes von R2 wird
gleichzeitig die Basis-Emitter-Vorspannung V2 des
Transistors 58 eingestellt Das ist außerordentlich vorteilhaft, weil es ein präzises Einstellen der Ausgangsspannung
am Verbindungspunkt 32 trotz der Gesamteffekte der Toleranzvariationen zwischen den verschiedenen
Transistoren und Widerständen, welche in die Fabrikation der monolithischen Schaltung eingegangen
sind, ermöglicht Demgemäß ist zusätzlich zur Temperaturstabilisierung
die einen Konstantspannungspegel ermöglichende Halbleiterschaltung 56 einstellbar eingerichtet.
Um die Ausgangsklemme oder den Verbindungspunkt 32 auf einer konstanten Spannung bei veränderlichen
Belastungsströmen k zu halten, ist ein stromregulierender Transistorkreis 62 zwischen die zweite
Netzklemme 10 und die Ausgangskleiinme 32 geschaltet.
Zwischen der Ausgangsklemme 32 und der zweiten Netzklemme 12 liegt ein Belastungswiderstand 64. Der
stromregulierende Transistorkreis 62 enthält den Transistor 66, dessen Emitter mit der Klemme 32,
dessen Kollektor über den Widerstand 68 mit der Netzklemme 10 und dessen Basis mit einer Kollektorklemme
70 des zweiten Transistors 18i verbunden ist.
Um den Strom in der Schaltung 62 zu begrenzen, sind zusätzliche Transistoren in Parallelschaltung zum
Transistor 66 zwischen einem Verbindungspunkt 72 und der Ausgangsklemme oder dem Verbindungspunkt 32
angeschlossen. In der Zeichnung ist nur der Transistor 73 gezeigt. Der Widerstand 68 begrenzt den Ausgangsstrom
/ο, welcher vom Punkt 60 im Sättigungszustand des Transistors 66 oder zusätzlicher Transistoren im
Transistorkreis 62 fließt.
Zusätzliche Ströme I\ und h sowie /3 bis k sind in der
Zeichnung schematisch durch Pfeile angedeutet. Die Erfindung ist natürlich nicht beschränkt auf irgendwelche
spezifischen Stromwerte. Die angegebenen Stromwerte sind vor allem zum Zwecke der Erläuterung der
Schaltungsanordnung gedacht. Bei der Herstellung der monolithischen Schaltung werden feiner große Metallflächen
an den Basen der Transistoren 66, 73 usf. gebildet. Diese Technik liefert einen kapazitiven
Widerstand gegen Erde, womit weiterhin eine Verbesserung der Stabiliation der Ausgangsspannung erzielt
wird.
In F i g. 2 sind mehrere Kurven für die Ausgangsspannung V0 über der Temperatur dargestellt. Von den vier
Kurven repräsentiert jede einen anderen Zustand. Jede Kurve zeigt geänderte Werte der Netzspannung Vee für
zwei verschiedene Schaltungen. Jede der zwei Schaltungen enthält Transistoren mit verschieden ausgewählten
Temperaturkoeffizienten TC. Die Temperaturkoeffizienten sind auf das Minimum und auf das Maximum der
Kurvenneigungen für den lastfreien Zustand und bei Vollaststrom I0 ausgewählt. Bei einem der Schaltkreise
beträgt die Änderung der Basis-Emitterspannung Vbe
pro Grad 1,7 mV. Im anderen Falle beträgt die Änderung 1,5 mV. Die mit 74 bezeichnete Kurve gilt für
eine Spannung Vee von 3520 mV an der Klemme 12 auf einer monolithischen Schaltung mit einem TC- Vßfvon
1,5 mV pro 0C und mit Z0=OmA, d.h. für den
belastungsfreien Zustand. Man sieht hieraus, daß die Ausgangsspannung Vo in diesem besonderen Falle mit
der Temperatur in anderer Weise zunimmt als bei den anderen Kurven, und daß eine Abhängigkeit von den
besonderen Temperaturkoeffizienten der in der monolithischen Schaltung verwendeten Transistoren besteht
Man ersieht ferner eine Abhängigkeit von dem aus der Klemme 60 abgezogenen Strom Zo. Die Kurven zeigen
auch die Abhängigkeit von allen anderen Temperaturkoeffizienten, z.B. jenem von R2 und den anderen
normalen Stromkreiswiderständen.
Die Gesamtkennlinien nach F i g. 2 haben einen Temperaturverlauf, der sich mit dem anderer monolithischer
Schaltungen vom Emitterfolger-Ausgangstyp verträgt, und welche ähnlich ausgelegt sind bei
entsprechenden Temperaturänderungen. Obgleich genau genommen der Vߣ-Wert einer Transistorschaltung
in Abhängigkeit von anderen Faktoren als nur der
Temperatur allein variiert, sind doch die anderen Variablen vernachlässigbar. Die Änderung der Basis-Emitterspannung
der Transistorvorrichtung wird daher allein der Temperaturänderung zugeschrieben. Für die
Zwecke der vorliegenden Erörterung ist die Basis-Emitterspannungsänderung pro Grad mit TC-Vbe
bezeichnet worden. Diese Bezeichnung gibt den Temperaturkoeffizienten des Transistors im Hinblick
auf die Basis-Emitterspannung an.
Nachstehend sei an Hand der F i g. 1 die Arbeitsweise der Referenzspannungsquelle nach der Erfindung
beschrieben.
Die Eingangsklemme 20 am Differenzverstärker 14 ist über die Eingangs-Verbindungsstelle 30 mit der
Schaltung 56 und der Konstant-Stromquelle 33 verbunden. Als Konstant-Stromquelle oder Quasi-Konstantstromquelle,
wird der Transistor 34 über eine relativ positive Spannung an der Verbindungsstelle 41 in den
leitenden Zustand gebracht und hierdurch ein Konstantstrompfad für den Strom /1 über den leitenden
Transistor und den Widerstand 36 zur negativen Netzspannung Vee geschaffen. Die am Verbindungspunkt 41 erzeugte relativ positive Spannung wird durch
die in Durchlaßrichtung vorgespannte Transistor-Diode 42 und die in Reihe geschalteten Dioden 44 und 45 in
Verbindung mit dem Widerstand 43 entwickelt.
Vom Verbindungspunkt 41 wird in ähnlicher Weise eine relativ positive Spannung der Basisklemme 39 der
Stromquelle 37 aufgeprägt, die in ähnlicher Weise wie die Schaltung 33 betrieben wird und einen relativ
konstanten Strom h vom Verbindungspunkt 24 abzieht.
Das Potential an der Eingangsklemme 30 wird auf einen vorbestimmten Spannungspegel gemäß der
Halbleiter-Einstellschaltung 56 gehalten. Der Strom über die Widerstände R\ und R2 erzeugt an dem
Basis-Emitterübergang des Transistors 58 eine Durchlaßvorspannung, welche zur Erregung dieses Transistors
ausreicht.
Wie bereits oben beschrieben, ist die Spannung zwischen der Eingangsklemme 30 und der ersten
Netzklemme 10 durch das Verhältnis der Widerstandswerte von R\ und R2 bestimmt. Daher bestimmt die
Einstellung des Widerstandes R2 bei der fertigen
Schaltung die Basis-Emitterspannung des Transistors 58 und damit die Gesamtspannung Vb zwischen der
Eingangsklemme 30 und der Netzklemme 10. Der Emitter des Transistors 58 hat bei Betrieb im aktiven
Bereich eine äußerst niedrige Impedanz, so daß jede Änderung des Stromes I\ nur einen vernachlässigbaren
Spannungsabfall an der Eingangsklemme 30 bewirkt
Um einen konstanten Spannungspegel zusätzlich am Differenzverstärker 14 zu schaffen, ist die Einstellschaltung
56 temperaturkompensiert Bei der anzuwendenden Technik wird — wie bereits erwähnt — ein
Widerstand R\ ausgewählt, der im Verhältnis zum Widerstand Ri einen hohen positiven Temperaturkoeffizient
des spezifischen Widerstandes aufweist Bei Zunahme der Temperatur wächst der spezifische Wert
von Ri und gleichzeitig nimmt die Basis-Emitterspannung
des Transistors 58 ab. Eine genaue Anpassung der Temperaturkoeffizienten des spezifischen Widerstandes
der Widerstände R\ und R2 erzeugt eine Abnahme
des Potentials an der Basis des Transistors 58, wodurch der von einer Temperaturerhöhung verursachte Spannungsanstieg
am Verbindungspunkt 30 kompensiert wird. Es ist somit zu ersehen, daß die Spannungs-Einstellschaltung
56 eine stabilisierte, konstante Referenzspannung für den Differenzverstärker 14 liefert
Die Ausgangsklemme 32 führt eine Ausgangsspannung, welche im wesentlichen mit der Spannung
übereinstimmt, die dem Differenzverstärker 14 an der Basis 20 aufgeprägt wird. Dies rührt bekanntlich daher,
daß die Emitter der Transistoren 16 und 18, welche den Differenzverstärker 14 bilden, gemeinsam an der
Verbindungsstelle 24 miteinander verbunden sind und daß die Basis-Emitterspannung in den Transistoren 16
und 18 im wesentlichen identisch sind.
Im lastfreien Zustande, bei dem der Ausgangspunkt 60 mit keiner Ausgangsbelastung verbunden ist, führen
beide Transistoren 16 und 18 des Differenzverstärkers die Ströme /3 und A. Der aus der Verbindungsstelle 24
fließende Strom I2 ist gleich den Strömen /3 und /4. Der
über den Widerstand 19 fließende Strom /4 erzeugt eine Spannung, welche an der Basis des Transistors 66 in der
Schaltung 62 liegt. Im leitenden Zustand des Transistors 66 fließt daher ein Strom /5 zur Verbindungsstelle oder
Ausgangsklemme 32. Im lastfreien Zustande ist der Strom k im wesentlichen gleich dem Strom /5, da kein
Strom /0 fließt Die Ausgangsklemme 32 wird deshalb auf einer konstanten Ausgangsspannung entsprechend
der Sollspannung oder dem Potential der Basis des Transistors 16 gehalten.
Unter der Annahme, daß die Ausgangsklemme 60, welche dem Verbindungspunkt 32 entspricht, mit einer
Ausgangsbelastung (in F i g. 1 nicht besonders gezeigt) verbunden ist, wird ein Strom /0 aus der Klemme 60
gezogen. Dies bewirkt wiederum einen Rückgang der Spannung am Verbindungspunkt 32, was dazu führt, daß
der Transistor 18 abgesteuert wird. Wenn dessen Strom /4 abnimmt leitet aber der Transistor 16 stärker, so daß
dessen Strom /3 versucht, den konstanten Strom I2
aufrecht zu erhalten. Wenn der Strom /4 abnimmt, nimmt das Potential des Kollektors 70 des Transistors
18 zu. Dies bewirkt wiederum, daß der Transistor 66 stärker leitend wird, da seine Basis auf ein höheres
Potential gebracht wird. Die erhöhte Leitfähigkeit des Transistors 66 führt zu einer Zunahme des Stromes /5
zur Verbindungsstelle 32, womit die Spannung an dieser Stelle erhöht wird. Die Zunahme der Spannung an der
Verbindungsstelle 32 bewirkt wiederum, daß die Basis 22 des Transistors 18 positivere Werte annimmt und
dieser damit stärker leitend wird.
Die Stromregulierungs-Transistorschaltung 62 arbeitet demgemäß im Sinne einer Aufrechterhaltung der
Spannung an der Klemme 32 auf einen konstanten Wert, und zwar trotz erhöhter Belastung an der
Klemme 60. Der Wert des Widerstandes 68 wird so ausgewählt, daß der Transistor 66 in den Sättigungszustand
gelangt, wenn ein übermäßiger Ausgangsstrom /0
verlangt wird; damit wird der maximale Ausgangsstrom /obegrenzt
Die Transistordiode 42, der Widerstand 43 und die in
Reihe geschalteten Dioden 44 und 45 liefern die Steuerspannung für die Transistoren 34 und 38. Es ist
von Vorteil, daß außer dem hauptsächlichsten Gegenstand der Erfindung eine zusätzliche Ausgangsspannung
an der Klemme 46 vorliegt
Die Erfindung ergibt eine äußerst stabile Referenzspannungsquelle,
die in der Lage ist, eine Anzahl individueller Ausgangsbelastungen zu versorgen. Im
praktischen Gebrauch beläuft sich eine solche Versorgung auf über 100 getrennte Belastungen. Dieser Vorteil
wird mit Hilfe der Temperaturstabilisierung, der Temperatureingrenzung und einer Referenz-Spannungsquelle
erreicht, welche an der fertigen Schaltung durch Variation des Wertes von R2 leicht eingestellt
werden kann, so daß Abweichungen in den Herstellungstoleranzen zwischen den Stromkreiselementen
auszugleichen sind.
Der Grad der Temperaturstabilisierung ist durch passende Auswahl von R\ und Rj und durch geeignete
Modifikationen der Stromquellenschaltungen 33 und 37 leicht steuerbar, so daß sie einer idealen Konstantstrom-
10
quelle nahekommen. Zum Beispiel ist bei Ersatz der Diode 45 durch einen Widerstand und durch die
Möglichkeit, den die Diode 45 ersetzenden Widerstand und/oder den Widerstand 36 zu Null zu machen, eine
fast perfekte Konstantstromquelle zu schaffen, welche stark abhängig ist von den Kennwerten des Widerstandes
43 und der Diode 42.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
- Patentansprüche:L Aus einer Vielzahl individueller logischer Kreise bestehende monolithische Halbleiterschaltung mit integrierter Gleichspannungsstabilisierungs-Halbleiterschaltung, die als Serienstellglied im Laststromkreis eine Stromregulierungs-Transistorschaltung und in deren Steuerkreis einen Differenzverstärker und einen letzterem zugeordneten Emitterwiderstand als erste Konstantstromquelle enthält, wobei der eine Verstärkerast basisseitig mit einer Stromregulierungsschaltung für die Istwert-Rückführung verbunden ist und der andere Verstärkerast basisseitig mit einer dem emitterseitigen Ausgang einer ein temperaturstabiles Netzwerk enthaltenden konstantstromgespeisten Konstantpegeleinstell-Halbleiterschaltung entnommenen Referenzspannung aussteuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstantpegeleinstell-Halbleiterschaltung (56) am emitterseitigen Ausgang mit einer zweiten Konstantstromquelle (33) in Reihe liegt, deren Basis (35) mit der Basis (39) der ersten Konstantstromquelle (37) verbunden ist, und aus einem Transistor (58) und einem seiner Kollektor-Emitterstrecke parallelgeschalteten Spannungsteiler aus temperaturabhängigen Widerständen besteht, deren Verbindungspunkt mit der Transistorbasis verbunden und deren der Basis-Emitterstrecke parallelliegender Widerstand (R2) einstellbar ist.
- 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- jo zeichnet, daß der Differenzverstärker (14) ein Hochstromverstärker ist.
- 3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Netzwerkwiderstände (Ru R2) vom monolithischen Typ sind. j >
- 4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu der aus dem Ausgangslastwiderstand (64) und der Stromregulierungs-Transistorschaltung (62) gebildeten Reihenschaltung eine weitere Reihenschaltung liegt, welche aus einer Transistor-Diode (42), einem Widerstand (43) und zweier Dioden (44, 45) oder eines als Diode geschalteten Transistors gebildet ist, wobei die Verbindungsstelle (41) zwischen Diode (44) und Reihenwiderstand (43) mit jeder Basiselektrode (35, 4■> 39) jedes Transistors (34, 39) der beiden Konstantstromquellen (33,37) angeschlossen ist.
Applications Claiming Priority (1)
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8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |