DE2241621B2

DE2241621B2 - Integrierte spannungsregeleinrichtung

Info

Publication number: DE2241621B2
Application number: DE19722241621
Authority: DE
Inventors: Aldo Monza Romano (Italien)
Original assignee: SGS ATES Componenti Elettronici SpA
Current assignee: STMicroelectronics SRL
Priority date: 1971-08-25
Filing date: 1972-08-24
Publication date: 1977-01-27
Also published as: US3778698A; DE2241621C3; IT938775B; ES398766A1; GB1380761A; FR2150273B1; SE390847B; JPS4831443A; DE2241621A1; IL38202A0; FR2150273A1; CH558049A

Description

auf eine integrierte Oberbegriff des

im

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Die Erfindung bezieht sich
Spannungsregeleinrichtung der
Anspruchs 1 beschriebenen Art.

Das bevorzugte Anwendungsgebiet der Erfindung liegt bei der Stromspeisung von Gleichstrommotoren mit niedriger Leistung, wie sie überwiegend bei für den Massenkonsum bestimmten elektronischen Geräten für Tonaufzeichnung und -wiedergabe wie Plattenspielern, Tonbandgeräten usw. verwendet werden.

Gegenwärtig werden zu diesem Zweck Spannungsregeleinrichtungen aus diskreten Bauteilen verwendet, bei denen der als Serienstellglied wirkende Transistor an seiner Basis durch einen Regelkreis nach Maßgabe der an einem als Stromsonde bezüglich des Ausgangsstroms wirkenden Serienwiderstand abfallenden Spannung derart gesteuert wird, daß sich ein negativer Innenwiderstand der Spannungsregeleinrichtung ergibt, d. h. mit steigendem Strombedarf der riachgeschalteten Last erhöht sich die an die Last abgegebene Ausgangsspannung.

Bei einer dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechenden bekannten Spannungsregeleinrichtung (Regelungstechnische Praxis und Pro?eß-Rechentechnik, Heft 5,1971, S. M 34/M 35) fließt über die Bezugsanschlußleitung lediglich ein geringer Steuerstrom, und die an dem ersten externen Widerstand zwischen der Ausgangsanschlußleitung und der Bezugsanschlußleitung abgegriffene Spannung bildet daher einen durch das Verhältnis der beiden externen Widerstände gegebenen Anteil der Ausgangsspannung. Durch Variieren des Abgriffs an

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60 dem ersten externen Widerstand ist dieser Ajuei! einstellbar, wodurch der Sollwert der Ausgangsspannung eingestellt werden kann. Dabei ist auch eine Abhängigkeit der Regelung vom Ausgangsstrom vorgesehen, und zwar dienen hierzu ein als Stromsonde wirkender weiterer externer Widerstand und ein nachgeschaketer Transistor, die auf die Regelung im Sinne einer Strombegrenzung einwirken.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine integrierte Spannungsregeleinrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zu schaffen, die bei möglichst wenig externen Bauteilen und möglichst wenig erforderlichen Anschlußleitungen an der integrierten Schaltung einen negativen Innenwiderstand aufweist.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen integrierten Schaltungseinrichtung wird die Größe des negativen Innenwiderstands durch Einstellen des zweiten externen Widerstands eingestellt, während der erste externe Widerstand ähnlich wie bei der bekannten Einrichtung zur Einstellung des Werts der Ausgangsspannung dient. Als externe Bauteile sind im wesentlichen nur die beiden externen Widerstände erforderlich, so daß ein hoher Integrierungsgrad und der daraus resultierende Vorteil der geringen Abmessungen und des geringen Herstellungsaufwandes sich ergeben. Die relativ geringe Anzahl von notwendigen Anschlüssen zu der integrierten Schaltung hat zur Folge, daß das Gehäuse, welches gewöhnlich einen beträchtlichen Kostenfaktor des fertigen Produktes bildet, relativ einfach herstellbar ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend im Zusammenhang mit der Zeichnung näher beschrieben.

Die zu stabilisierende Eingangsspannung V_1n wird zwischen der Anschlußleitung 1 der integrierten Schaltung CI und Erde angelegt. Die Spannung V_1n wird von der in der integrierten Schaltung befindlichen Konstanthalteschaltung A stabilisiert, die aus dem Transistor F₀ und dem Regelkreis C besteht. Die stabilisierte Spannung Vo liegt zwischen den Anschlußleitungen 2 and 3 der integrierten Schaltung.

Die Anschlußleitungen 2 und 3 sind mit den Enden des Widerstands Rb verbunden, der einem geerdeten Widerstand Ra vorgeschaltet ist. Die Ausgangsspannung V_Out wird an den Enden des aus den beiden hintereinandergeschalteten Widerständen found R_a bestehenden elektrischen Zweiges abgenommen.

Die Schaltung B in der integrierten Schaltung mißt den Strom, der durch die Konstanthalteschaltung fließt, und liefert der Anschlußleitung 3 eine Komponente des zum Strom h proportionalen und somit mit dem Laststrom /o//rlinear veränderlichen Stroms /3.

Bei der im folgenden beschriebenen Betriebsweise des Spannungskonstanthalters wird die Spannung Vo gegenüber einer Änderung der Eingangsspannung V_1n, der Temperatur und der Last als konstant angenommen.

Die Ausgangsspannung V₀[/rder Speiseschaltung ist gleich:

Der Strom /j ist die Summe einer gegenüber einer Änderung von I_1n und /01/7 konstanten Komponente k und einer zum Ausgangsstrom /2 der Anschlußleitung 2 proportionalen Komponente.

Daher bekommt man:

I₃ = I₀+ KI₂ = I₀ + K ^- + ΚΙ

_οιτ

wobei /C konstant ist.

- Wenn man in Gleichung (1) den so gewonnenen Ausdruck für den Strom /3 einsetzt, erhält man:

Vout = K₀

1 + 4m
^R

+ RJ₀ + KRJ_om
.3)

Gemäß der oben gemachten Annahme ändern die beiden ersten Ausdrücke von Gleichung (3) sich nicht mit Vi_n und Iout und bilden den konstanten Teil der Ausgangsspannung, welche durch Einwirkung auf den Widerstand Rb regulierbar ist Der zweite Ausdruck KRJout von Gleichung (3) ist ein zum Laststrom proportionaler Teil der Ausgangsspannung und verursacht in der Speiseschaltung einen negativen Ausgangswiderstand, der gleich KR_a ist, wobei der Widerstand negativ genannt wird, weil die Ausgangsspannung mit dem Ansteigen der Belastung ansteigt - im Gegensatz zu dem Verhalten bei normalen stabilisierten Speiseschaltungen.

Der Wert von KR₁ soll wenig geringer oder im Grenzfall gleich sein dem Widerstand der Last, z. B. der Wicklung des gespeisten Motors, um zu verhindern, daß die positive Charakteristik das System unstabil werden läßt

Der Wert der Ausgangsspannung wird dadurch reguliert, daß auf Rb eingewirkt wird, ohne daß dies den Wert des Ausgangswiderstands verändert; der Ausgangswiderstand hängt nämlich nur von R_a ab, da K eine nur von inneren Parametern der Schaltung abhängige Konstante ist

In der Schaltung B besteht die auf den Strom I₂ ansprechende Stromsonde aus dem Transistor Tj, dessen physikalische Merkmale insofern identisch sind mit denen des Transistors To, als er gleichzeitig mit ihm und mit denselben Diffusionsschritten hergestellt wird, und dessen geometrische Ausmaße gegenüber denen des Transistors To so sind, daß er einen zum Kollektorstrom von 7ö proportionalen Kollektorstrom liefert Demzufolge ist der durch Ti fließende Strom proportional zum Strom h; dieser durchfließt den Transistor T₂, der mit dem Transistor Ti einen Stromspiegel bildet. Der Kollektorstrom des Transistors T₃, der somit proportional zum Strom I₂ ist wird zur Anschlußleitung 3 geführt.

Die Widerstände R^ und R₂ haben die Funktion, die geometrische Dimensionierung des Transistors Ti gegenüber dem Transistor T₀ weniger kritisch zu gestalten, indem sie eine elektrische Kompensation ermöglichen. Dieselbe Funktion haben die Widerstände R₃ und Rt, für den Stromspiegel der Transistoren Täund T₂.

Die beschriebene Schaltung vermeidet eine Stromsonde außerhalb der integrierten Schaltung, wie sie vom

Stand der Technik her bekannt ist, um eine positive Charakteristik im Regelkreis C einzuführen. Auf diese Weise wird die Anzahl der für die integrierte Schaltung notwendigen Anschlüsse herabgesetzt, da die Notwendigkeit entfällt, in die integrierte Schaltung das von der Stromsonde abgenommene Signal einzuführen.

Das Substrat der integrierten Schaltung kann mit der Anschlußleitung 3 oder mit einem vierten geerdeten Anschluß verbunden sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

'f Patentansprüche:

1. Integrierte Spannungsregeleinrichtung mit einem als Serienstellglied zwischen der Eingangsan-Schlußleitung und der Ausgangsanschlußleitung liegenden Transistor, dessen Treiberstufe die an einem ersten externen Widerstand abgegriffene Spannung zwischen der Ausgangsanichlußleitung und einer Bezugsanschlußleitung gegenüber Eingangsspannungs- und Temperaturänderungen konstant hält, wobei die Bezugsanschlußleitung mit dem für Eingang und Ausgang gemeinsamen Pol (Erde) über einen zweiten externen Widerstand verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine in -die integrierte Schaltung einbezogene, als Stromson- ^; "de bezüglich des über die Ausgangsanschlußleitung (2) fließenden Ausgangsstroms (I₂) wirkende Stufe fßjeinen zu diesem Ausgangsstrom ^proportionalen zusätzlichen Strom (Kh) über die Bezugsan-Schlußleitung (3) dem daran anliegenden zweiten externen Widerstand fÄJ zuführt.

2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die als Stromsonde wirkende Stufe (B) einen mit Basis und Emitter zu dem das Serienstellglied bildenden Transistor (T₀) parallelgeschalteten Transistor (T\) enthält, der solche geometrischen Abmessungen hat. daß sein Kollektorstrom zu dem des das Serienstellglied bildenden Transistors (To) proportional ist. und der über einen aus zwei mit Basis und Emitter parallelgeschalteten Transistoren (T2. Tz) bestehenden Stromspiegel die Lieferung des genannten zusätzlichen Stroms (KI2) zu der Bezugsanschlußleitung (3) steuert.

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