DE19523329C2 - Schaltungsanordnung zur Stromtransformation - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Strom­ transformation 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 Emitteranschlüsse des ersten (T1) und des vierten Transi­ stors (T4) mit einem ersten Knotenpunkt verbunden sind, daß die Emitteranschlüsse des zweiten (T2) und des dritten Tran­ sistors (T3) mit einem zweiten Knotenpunkt verbunden sind, daß jeweils der Steueranschluß und der Kollektoranschluß des zweiten (T2) sowie des dritten Transistors (T3) miteinander verbunden sind, und daß die Steueranschlüsse des ersten (T1) und des zweiten Transistors (T2) einerseits sowie des dritten (T3) und des vierten Transistors (T4) andererseits miteinander verbunden sind.

Eine derartige Schaltungsanordnung ist aus der AT E 29 605 B bekannt.

Oft besteht das Erfordernis, einen Strom mit bestimmten Ei­ genschaften zu erzeugen, die mit den bekannten Schaltungsan­ ordnungen nicht realisierbar sind. Andere Schaltungsanord­ nungen lassen sich nur schlecht integrieren, beispielsweise weil sie Widerstände mit bestimmten Eigenschaften, beispiels­ weise 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 Ein­ zelströmen 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.

Durch Umformung erhält man daraus beispielsweise die Ströme

I1 = I4 · I2/I3
und
IO1 = I4 · (1 + I2/I3).

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)

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 (5)

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 Emitteranschlüsse des ersten (T1) und des vierten Transistors (T4) mit einem ersten Knotenpunkt verbunden sind, daß die Emitteranschlüsse des zweiten (T2) und des dritten Transistors (T3) mit einem zweiten Knotenpunkt verbunden sind, daß jeweils der Steueran­ schluß und der Kollektoranschluß des zweiten (T2) sowie des dritten Transistors (T3) miteinander verbunden sind, und daß die Steueranschlüsse des ersten (T1) und des zweiten Tran­ sistors (T2) einerseits sowie des dritten (T3) und des vier­ ten Transistors (T4) andererseits miteinander verbunden sind, wobei der Kollektoranschluß des ersten Transistors (T1) einen fünften Stromzweig mit einem fünften Transistor (T5) steuert, dessen Emitteranschluß einen sechsten Transistor (T6) in einem sechsten Stromzweig steuert.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitteranschluß des fünften Transistors (T5) einen als Stromquelle für den ersten und den vierten Transistor (T1, T4) ausgebildeten Transistor (T5) steuert.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite oder der dritte Transistor (T2, T3) abhängig von einer Konstantspannung und der andere der beiden Transi­ storen abhängig von einer temperaturproportionalen Spannung ist und daß der den ersten und den vierten Transistor (T1, T4) speisende Strom (IQ1) eine vorgegebene Temperaturabhän­ gigkeit hat.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite oder der dritte Transistor (T2, T3) abhängig von einer Konstantspannung und der andere der beiden Transi­ storen abhängig von einer temperaturproportionalen Spannung ist und daß einer der Ströme durch den ersten oder den vier­ ten Transistor (T1, T4) temperaturstabil ist.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Knotenpunkt von einer Stromquelle (SQ2) gespeist wird, die eine Diode (D1) enthält.