DE19523329A1 - Schaltungsanordnung zur Stromtransformation - Google Patents
Schaltungsanordnung zur StromtransformationInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Strom
transformation mit vier Stromzweigen, die einen ersten, einen
zweiten, einen dritten und einen vierten Transistor enthal
ten, die paarweise gekoppelt sind.
Schaltungsanordnungen zur Stromübersetzung sind beispielswei
se aus der Veröffentlichung U. Tietze, Ch. Schenk: Halblei
ter-Schaltungstechnik, Springer-Verlag, 7. Auflage, 1985,
Seite 364ff, bekannt. Als einfachste Übersetzungsschaltung
funktioniert dabei ein Stromspiegel. Oft besteht das Erfor
dernis, einen Strom mit bestimmten Eigenschaften zu erzeugen,
die mit den bekannten Schaltungsanordnungen nicht realisier
bar sind. Andere Schaltungsanordnungen lassen sich nur
schlecht integrieren, beispielsweise weil sie Widerstände mit
bestimmten Eigenschaften, beispielsweise temperaturkonstante
Widerstände benötigen.
Insbesondere Schaltungsanordnungen, die einen Ausgangsstrom
durch Multiplikation oder Division von Strömen erzeugen oder
die sich zur Temperaturkompensation bzw. zur Erzeugung eines
vorgegebenen Temperaturkoeffizienten eignen, sind nur unter
großem Aufwand integrierbar und wenig bekannt.
Der Erfindung
liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur
Stromtransformation anzugeben, die integrierbar ist und sich
insbesondere zur Erzeugung eines Stroms mit einem vorgegebe
nen Temperaturkoeffizienten eignet.
Diese Aufgabe löst die Erfindung mit den Merkmalen des Pa
tentanspruchs 1.
Die Erfindung hat den Vorteil, daß sie sich sowohl zur Erzeu
gung eines Stroms durch Multiplikation oder Division von
Einzel strömen eignet als auch als Schaltung zur Temperatur
kompensation oder zur Erzeugung eines vorgegebenen Tempera
turkoeffizienten. Beispielsweise eignet sich die Schaltungs
anordnung zur Erzeugung eines Stroms, der proportional zur
absoluten Temperatur ist, ohne daß ein temperaturkonstanter
Widerstand erforderlich ist. In gleicher Weise kann ein
Ausgangsstrom mit einem linearen Temperaturgang aus einem
gegebenen Mutterstrom erzeugt werden.
Ausgestaltungen der Erfindung sind in Unteransprüchen gekenn
zeichnet.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier in den Figuren
der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläu
tert. Es zeigen:
Fig. 1 ein erster Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanord
nung zur Stromtransformation und
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Stromtransforma
tionsschaltung mit zwei Ausgangsströmen.
Gemäß Fig. 1 enthält die Schaltungsanordnung zur Stromtrans
formation vier Stromzweige mit Transistoren T1 bis T4, die
emitterseitig paarweise miteinander verbunden sind. Die
Steueranschlüsse der Transistoren sind kreuzgekoppelt paar
weise miteinander verbunden. Jeweils einer der Transistoren
mit gemeinsamen Steueranschluß ist als Diode geschaltet.
Gemäß Fig. 1 hat deshalb die Schaltungsanordnung vier Strom
zweige mit einem ersten Transistor T1, einem zweiten Transi
stor T2, einem dritten Transistor T3 und einem vierten Tran
sistor T4. Die Transistoren T1 und T4 sind emitterseitig
miteinander verbunden, und die Transistoren T2 und T3 sind
emitterseitig miteinander verbunden. Die Transistoren T1 und
T2 sind basisseitig miteinander verbunden, und die Transisto
ren T3 und T4 sind basisseitig miteinander verbunden. Jeweils
die Transistoren T2 und T3 sind als Diode geschaltet, indem
ihr Kollektoranschluß mit dem Basisanschluß verbunden ist.
Dem Ausgangskreis jedes Transistors ist ein Lastelement L1
bis L4 zugeordnet, das z. B. als Widerstand ausgebildet sein
kann. Jeweils der dem zugeordneten Transistor abgewandte
Anschluß der Lastelemente L1 bis L4 ist mit einem
Versorgungspotential V+ verbunden.
In den Emitterzweigen der paarweise miteinander gekoppelten
Transistoren sind zwei Stromquellen SQ1 für die Transistoren
T1 und T4 sowie SQ2 für die Transistoren T2 und T3 angeord
net. Den Transistoren T1 bis T4 sind Ausgangsströme I1 bis I4
zugeordnet. Die Ströme I2 und I3 haben zusätzlich die Basis-
Emitter-Ströme für die Transistoren T1 und T2 einerseits
sowie T3 und T4 andererseits aufzubringen. Die Stromquellen
SQ1 und SQ2 können als Diode oder als Transistor ausgebildet
sein, der von einem vorgegebenen Versorgungspotential ge
speist wird. Die Stromquelle SQ1 erzeugt den Strom IO1, und
die Stromquelle SQ2 erzeugt den Strom IO2. Die Stromquellen
SQ1 und SQ2 sind mit einem zweiten Versorgungspotential,
vorzugsweise dem Bezugspotential verbunden.
Die Systemgleichungen der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1
lauten
I1/I4 = I2/I3
I1 + I4 = IO1
I2 + I3 = IO2
I1 + I4 = IO1
I2 + I3 = IO2
Durch Umformung erhält man daraus beispielsweise die Ströme
I1 = I4 · I2/I3
und
IO1 = I4 · (1 + I2/13)
und
IO1 = I4 · (1 + I2/13)
Von den sechs beteiligten, in Fig. 1 eingezeichneten Strömen
der Schaltungsanordnung sind drei unabhängig. Nach der Fest
legung von drei Strömen ergeben sich die anderen drei Ströme
aus den Systemgleichungen. Diese Eigenschaft kann ausgenutzt
werden, um Ströme mit Abhängigkeiten zu erzeugen, die sich
bei der Umformung der Systemgleichungen ergeben. Beispiels
weise ist erkennbar, daß sich der Strom I1 aus der Multipli
kation der Ströme I2 und I4 und der Division durch den Strom
I3 ergibt. Faßt man I3 als nomierten Einheitsstrom aus, dann
ergibt sich I1 aus der Multiplikation der Ströme I2 und I4.
Andererseits ergibt sich I1 nach Umformung der Systemglei
chungen aus dem Ausgangsstrom IO1 und den Zweigströmen I2 und
I3 zu
I1 = IO1/(1 + I3/I2)
Die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 kann beispielsweise zur
Temperaturkompensation oder zur Erzeugung eines Stroms mit
einem vorgegebenen Temperaturkoeffizienten eingesetzt werden.
Wird beispielsweise der Strom I2 aus einer Konstantspannung
abgeleitet und der Strom I3 aus einer temperaturproportiona
len Spannung und hat weiterhin der Strom IO1 einen linearen
Temperaturübergang der Form dIO1/dT = 1+a·T, mit a=
const., dann ist der Strom I1 temperaturstabil, d. h. unabhän
gig von der absoluten Temperatur T·I2 kann beispielsweise
erzeugt werden aus einer Band-Gap-Schaltung und einem Wider
stand mit einem beliebigen Temperaturgang. I3 kann erzeugt
werden aus einer zur absoluten Temperatur proportionalen
Spannung und einem Widerstand mit dem Temperaturgang, wie er
bei dem Widerstand zur Erzeugung von I2 eingesetzt wird.
Gemäß der Formel für I1 kompensieren sich dann die Tempera
turgänge für IO1 und I3, so daß I1 temperaturstabil ist.
Andererseits kann umgekehrt bei der Vorgabe von I1 als tempe
raturstabil, beispielsweise mit Hilfe einer Konstantstrom
quelle und der Wahl für I2 und I3 in gleicher Weise wie
vorstehend erläutert, nämlich I2 abgeleitet aus einer Kon
stantspannung und I3 abgeleitet aus einer temperaturpropor
tionalen Spannung, ein Strom IO1 erzeugt werden, der propor
tional zur absoluten Temperatur T ist. Der Vorteil der Schal
tungsanordnung liegt darin, daß ein temperaturkonstanter
Widerstand nicht erforderlich ist, der in integrierter Tech
nik nicht oder nur sehr schwer herstellbar ist. Erforderlich
ist lediglich ein Widerstand mit einem gegebenen
Temperaturgang, der aber beliebig gegeben sein kann.
Gemäß Fig. 2 ist die Schaltung der Fig. 1 erweitert um einen
fünften Stromzweig mit dem Transistor T5 und einer Strom
quelle SQ5, die in Serie zwischen die Versorgungsspannung
geschaltet sind. T5 wird vom Kollektor des Transistors T1
gesteuert. Vom Verbindungspunkt des Transistors T5 mit der
Stromquelle SQ5 werden die Steueranschlüsse des Stromquellen
transistors TS und eines sechsten Transistors T6 gesteuert.
TS dient als Stromquellentransistors für die Transistoren T1
und T4. Die Transistoren T2 und T3 werden von einer als Diode
D1 geschalteten Quelle gespeist. Im Ausgangskreis des
Transistors T6 fließt der Ausgangsstrom IO3. Gemäß der Sy
stemgleichungen ergeben sich die Ausgangsströme
I4 = I1 · I3/I2
und
IO3 = I1 · (1 + I3/I2)
und
IO3 = I1 · (1 + I3/I2)
Die Schaltungsanordnung stellt damit eine Kombination der
sich aus der Schaltung von Fig. 1 einzeln ergebenden Möglich
keiten dar.
Es versteht sich von selbst, daß die Schaltungsanordnungen
der Fig. 1 und 2 auch zur Signalverarbeitung eingesetzt werden
können, wenn die entsprechenden Übertragungsfunktionen gefor
dert sind.
Claims (7)
1. Schaltungsanordnung zur Stromtransformation mit vier
Stromzweigen, die einen ersten, einen zweiten, einen dritten
und einen vierten Transistor (T1 bis T4) enthalten, welche
paarweise derart gekoppelt sind, daß die Anschlüsse der
Ladungsträgerquellen des ersten (T1) und des vierten Transi
stors (T4) mit einem ersten Knotenpunkt verbunden sind, daß
die Anschlüsse der Ladungsträgerquellen des zweiten (T2) und
des dritten Transistors (T3) mit einem zweiten Knotenpunkt
verbunden sind, daß jeweils der Steueranschluß und der An
schluß des Ladungsträgerabflusses des zweiten (T2) sowie des
dritten Transistors (T3) miteinander verbunden sind, und daß
die Steueranschlüsse des dritten (T1) und des zweiten Tran
sistors (T2) einerseits sowie des dritten (T3) und des vier
ten Transistors (T4) andererseits miteinander verbunden sind.
2. Anordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Transistoren Bipolartransistoren und der erste und
der zweite Knotenpunkt gemeinsam verbundene Emitteranschlüsse
sind.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der erste und der zweite Knotenpunkt jeweils von einer
Stromquelle (SQ1, SQ2) gespeist werden, die eine Diode (D1)
oder einen von einem Referenzpotential gesteuerten Transistor
(TS) enthält.
4. Anordnung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Anschluß des Ladungsträgerabflusses des ersten Tran
sistors (T1) einen fünften Stromzweig mit einem fünften
Transistors (T5) speist, dessen einer Anschluß des Ausgangs
kreises einen sechsten Transistor (T6) in einem sechsten
Stromzweig steuert.
5. Anordnung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Anschluß des Ausgangskreises des fünften Transistors
(T5) einen als Stromquelle für den ersten und den vierten
Transistors (T1, T4) ausgebildeten Transistor (TS) steuert.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß einer des zweiten und des dritten Transistors (T2, T3)
abhängig von einer Konstantspannung und der andere der beiden
Transistoren abhängig von einer temperaturproportionalen
Spannung ist und daß der den ersten und den vierten Transi
stor (T1, T4) speisende Strom (IQ1) eine vorgegebene Tempera
turabhängigkeit hat.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß einer des zweiten und des dritten Transistors (T2, T3)
abhängig von einer Konstantspannung und der andere der beiden
Transistoren abhängig von einer temperaturproportionalen
Spannung ist und daß einer der Ströme durch den ersten oder
den vierten Transistor (T1, T4) temperaturstabil ist.
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