DE2517174C3 - Current translator circuit - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Stromübersetzerschaltung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Stromübersetzerschaltung ist bekannt (DT-OS 22 49 645).The invention relates to a current translator circuit according to the preamble of claim 1. Such a current translator circuit is known (DT-OS 22 49 645).

Stromübersetzerschaltungen werden hauptsächlich in monolithisch integrierten Schaltungen verwendet und dienen dort beispielsweise dem Ersatz hochohmiger Widerstände. Siromübersetzerschaltungen sind jedoch nicht nur in Form von integrierten Schaltungen, sondern auch mit diskreten Elementen realisierbar; allerdings müssen dann die verwendeten Transistoren möglichst gleiche Eigenschaften aufweisen, was unter Umständen ein Aussuchen erforderlich macht.Current translator circuits are mainly used in monolithic integrated circuits and are used there, for example, to replace high-value resistors. Sirom translator circuits are however can be implemented not only in the form of integrated circuits, but also with discrete elements; Indeed the transistors used must then have the same properties as possible, which may be makes a selection necessary.

Stromübersetzerschaltungen, die in der Literatur teilweise auch als »Konstantstromquelien« oder als »steuerbare Stromgeneratoren« bezeichnet werden, bestehen mindestens aus einem ersten und einem zweiten Transistor, die mit ihren Basis-Emitter-Strekken gleichsinnig einander parallelgeschaltet sind und bei deren erstem von dessen Kollektor ein den Basisstrom liefernder oder steuernder Parallelzweig zu dessen Basis führt. Bei der einfachsten bekannten Stromübersetzerschaltung besteht dieser Parallelzweig aus einer Kurzschlußverbindung zwischen Kollektor und Basis des ersten Transistors, vgl. die Zeitschrift »Elektronik«, 1973, Seite 248, Bild 6. Die in den Kollektorkreisen der beiden Transistoren fließenden Ströme stehen in fester Beziehung zueinander, d. h. das Verhältnis dieser beiden Ströme kann als Stromübersetzungsfaktor bezeichnetCurrent translator circuits, which are sometimes referred to in the literature as "constant current sources" or as »Controllable power generators« consist of at least one first and one second transistor, which are connected in parallel with their base-emitter paths in the same direction and with the first of which, from its collector, is a parallel branch which supplies or controls the base current to its base leads. In the simplest known current converter circuit, this parallel branch consists of one Short-circuit connection between the collector and base of the first transistor, see the magazine "Electronics", 1973, page 248, Fig. 6. The currents flowing in the collector circuits of the two transistors are more stable Relationship to one another, d. H. the ratio of these two currents can be referred to as the current conversion factor

weiden.graze.

Derjenige Sonderfall solche! Stromübersetzerschaltungen, bei denen das Stromverhältnis gleich eins ist, wird in der Literatur auch als Stromspiegelschaltung bezeichnet, da der im Kollektorkreis des ersten Transistors vorgegebene Strom in gleicher Größe im anderen Kollektorkreis erzwungen wird, vgl. die Zeitschrift »Funk-Technik«, 1973, Seiten 313 und 314. Die Gleichheit der beiden Ströme wird bei der ίο Stromspiegelschaltung dadurch erreicht, daß die iiasis-Emitter-pn-Übergangsflächen der beiden Transistoren einander gleich sind. Von eins abweichende Stromubersetzungsfaktoren lassen sich nach der erwähnten Literaturstelle aus der Zeitschrift »Elektronik« dadurch realisieren, daß die pn-Übergangsflächen abweichend voneinander dimensioniert werden.That special case such! Current translator circuits, in which the current ratio is equal to one, is also known in the literature as a current mirror circuit because the current specified in the collector circuit of the first transistor is of the same magnitude im Another collector group is enforced, see the magazine "Funk-Technik", 1973, pages 313 and 314. The equality of the two currents is achieved in the ίο current mirror circuit in that the iiasis emitter pn junction areas of the two transistors are equal to each other. Current conversion factors other than one can be, according to the mentioned reference from the magazine "Elektronik" thereby realize that the pn junction areas are dimensioned differently from one another.

Wie den beiden genannten Literaturstellen zu entnehmen ist, ist der Stromübersetzungsfaktor stark vom statischen Stromverstärkungsfaktor der verwendeten Transistoren abhängig. Diese Abhängigkeit fällt insbesondere dann ins Gewicht, wenn in integrierten Schaltungen solche Stromübersetzerschdltungen mittels pnp-Transistoren realisiert werden sollen, da diese dann aufgrund des üblichen Planarverfahrens ais sogenannte Lateraltransistoren ausgebildet werden müssen und als solche nur mittels zusätzlicher technologischer Maßnahmen auf Stroniverstärkungsfaktoren gebracht v/erden können, die zum Erreichen eines gewünschten Soll-Stromübersetzungsfaktors ausreichen. So zeigt beispielsweise das Bild 3 der Seite 313 der genannten Zeitschrift »Funk-Technik«, daß bei der obenerwähnten einfachsten Stromspiegelschaltung erst mit einem Stromverstärkungsfaktor > 200 der angestrebte SoIl-Stromübersetzurigsfaktor eins erreicht wird.
Wie die letztgenannte Literaturstelle, insbesondere Bild 5, zeigt, kann diese starke Stromverstärkungsfaktorabhängigkeit durch Erweiterung der Schaltung um einen dritten Transistor dahingehend verringert werden, daß im Falle der Stromspiegelschaltung schon bei einem Stromverstärkungsfaktor >20 der Soll-Stromübersetzungsfaktor eins erreicht wird. Dieser dritte Transistor ist mit seiner Kollektor-Emitter-Strecke in die Leitung, die zum Kollektor des als Diode geschalteten Transistors führt, eingefügt und liegt mit seiner Basis am Kollektor des anderen Transistors.As can be seen from the two cited references, the current conversion factor is heavily dependent on the static current amplification factor of the transistors used. This dependency is particularly important if such current converter circuits are to be implemented in integrated circuits using pnp transistors, since these then have to be designed as so-called lateral transistors due to the usual planar process and as such can only be brought to current amplification factors by means of additional technological measures that are sufficient to achieve a desired target current conversion factor. Thus, for example, Figure 3 on page 313 of the aforementioned journal »Funk-Technik« shows that with the simplest current mirror circuit mentioned above, the desired target current translation factor of one is only achieved with a current gain factor> 200.
As the last-mentioned reference, in particular Figure 5, shows, this strong current gain factor dependency can be reduced by adding a third transistor to the circuit so that, in the case of the current mirror circuit, the nominal current conversion factor one is achieved with a current gain factor> 20. This third transistor is inserted with its collector-emitter path in the line that leads to the collector of the transistor connected as a diode, and its base is connected to the collector of the other transistor.

Die aus der eingangs erwähnten DT-OS 22 49 645, Fig. 1, und auch durch die Zeitschrift »Electronics«, 17.8. 1970, Seiten 92 bis 95, insbesondere linke untere Figur auf Seite 95, bekannte Stromübersetzerschaltung hat ebenfalls einen dritten Transistor; dieser ist mit seiner Basis-Emitter-Strecke in die direkte Verbindung von Basis und Kollektor des ersten Transistors eingefügt. Der Kollektor des dritten Transistors muß dabei an eine konstante Betriebsspannung angeschlossen werden.
Bei diesen das aufgezeigte Problem mit drei Transistoren lösenden Schaltungen wird der Eingangsstromkreis lediglich durch den geringen Basisstrom des zusätzlichen Transistors belastet. Allerdings ist ihr Eingangswiderstand verhältnismäßig hoch, wodurch bei Einbeziehung der Stromübersetzerschaltung in Regelkreise leicht Schwingneigungen auftreten können.The from the DT-OS mentioned at the beginning 22 49 645, Fig. 1, and also by the magazine "Electronics", 17.8. 1970, pages 92 to 95, in particular the lower left figure on page 95, known current translator circuit also has a third transistor; this is inserted with its base-emitter path in the direct connection between the base and collector of the first transistor. The collector of the third transistor must be connected to a constant operating voltage.
In these circuits, which solve the problem with three transistors, the input circuit is only loaded by the low base current of the additional transistor. However, their input resistance is relatively high, which means that when the current converter circuit is included in control loops, oscillation tendencies can easily occur.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Stromübersetzerschaltung anzugeben, bei der sowohl das eingangs geschilderte Problem der Abhängigkeit des Stromübersetzungsfaktors vom Stromverstärkungsfaktor der Transistoren ebenfalls gelöst ist, als auch der Eingangswiderstand gegenüber den bekannten Schaltungen mit drei Transistoren erniedrigt ist.It is therefore the object of the invention to provide a current translator circuit in which both the initially described problem of the dependency of the current conversion factor from the current gain factor of the transistors is also solved, as well as the input resistance is decreased compared to the known circuits with three transistors.

f.f.

Diese Aufgabe wird bei der Stromübersetzerschaltung der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Durch die Erfindung wird also die Summe der Basisströme des ersten und zweiten Transistors mittels einer in die Kollektor-Basis-Parallelzweige dieser Transistoren eingeführten Stromübersetzerschaltung auf den Eingangs- und Ausgangsstromzweig mit gleichem Stromverhältnis aufgeteilt.This task is performed in the current converter circuit of the type mentioned by the im Characteristics of claim 1 specified features solved. The invention is the sum of the Base currents of the first and second transistor by means of one in the collector-base parallel branches of these Transistors introduced a current converter circuit on the input and output current branch divided by the same current ratio.

Der Eingangswiderstand der erfindungsgemäßen Stromübersetzerschal'.ung ist niedriger als der der bekannten Schaltungen mit drei Transistoren, jedoch höher als der der bekannten Schaltung nach F i g. 1. Der Eingangswiderstand setzt sich aus der Reihenschaltung des Eingangswiderstandes des dritten Transistors und der Parallelschaltung der Eingangswiderstände der Basis-Emitter-Strecken des ersten und zweiten Transistors zusammen. Der Eingangswiderstand des dritten Transistors ist dadurch ß-mal (R=Stromverstärkungsfaktor) niedriger als derjenige des dritten Transistors der bekannten Schaltungen, daß seine Basis mit seinem Kollektor direkt verbunden ist.The input resistance of the current converter circuit according to the invention is lower than that of the known circuits with three transistors, but higher than that of the known circuit according to FIG. 1. The input resistance is made up of the series connection of the input resistance of the third transistor and the parallel connection of the input resistances of the base-emitter paths of the first and second transistor. The input resistance of the third transistor is β times (R = current amplification factor) lower than that of the third transistor of the known circuits because its base is directly connected to its collector.

Die Erfindung und vorteilhafte Ausgestaltungen, die in den Unteransprüchen gekennzeichnet sind, werden nun anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert.The invention and advantageous refinements which are characterized in the subclaims become now explained in more detail with reference to the figures of the drawing.

Fig. 1 zeigt die bekannte Stromübersetzerschaltung mit npn-Transistoren;Fig. 1 shows the known current translator circuit with npn transistors;

Fig.2 zeigt die bekannte Stromübersetzerschaltung mit einem Doppelkollektor-pnp-Transistor;Fig.2 shows the known current translator circuit with a double collector pnp transistor;

F i g. 3 zeigt das Schaltbild der Stromübersetzerschaltung nach der Erfindung mit npn-Transistoren;F i g. 3 shows the circuit diagram of the current translator circuit according to the invention with npn transistors;

F i g. 4 zeigt ein Schaltbild der Stromübersetzerschaltung nach der Erfindung mit Doppelkollektor-pnp-Transistorenjund F i g. 4 shows a circuit diagram of the current translator circuit according to the invention with double collector pnp transistors

F i g. 5 zeigt zwei die durch die Erfindung erreichbare Verbesserung gegenüber der bekannten Stromübersetzerschaltung angebende Kurven.F i g. FIG. 5 shows two improvements that can be achieved by the invention over the known current translator circuit indicating curves.

Die Fig. 1 zeigt die eingangs bereits erwähnte Stromübersetzerschaltung einfachster Art mit den npn-Transistoren Ti, T2, die mit ihren Basis-Emitter-Strecken gleichsinnig einander parallelgeschaltet sind und bei denen die Basis des Transistors Tl mit seinem Kollektor leitend verbunden ist, welche Verbindung den eingangs erwähnten Parallelzweig darstellt. Die erwähnte Abhängigkeit des Stromübersetzungsfaktors vom Stromverstärkungsfaktor der beiden Transistoren ist darauf zurückzuführen, daß der Eingangsstrom /1 durch die Schaltung in den Kollektorstrom des Transistors Tl und die Summe Ib der Basiss'.röme der beiden Transistoren Tl, T2 aufgeteilt wird. Es ist klar, daß diese Aufteilung nur dann vernachlässigbar ist, wenn der statische Stromverstärkungsfaktor der beiden Transistoren verhältnismäßig groß gegen eins ist. Der Stroniübersetzungsfaktor 12/Ii ist somit vom statischen Stromverstärkungsfaktor B der beiden Transistoren abhängig, wie dies durch die in F i g. 5 gezeigte Kurve 1 veranschaulicht ist (mit /2 ist der übersetzte, also der Ausgangsstrom der Stromübersetzerschaltung bezeichnet).Fig. 1 shows the already mentioned current converter circuit of the simplest type with the npn transistors Ti, T2, which are connected in parallel with their base-emitter paths in the same direction and in which the base of the transistor Tl is conductively connected to its collector, which connection represents the parallel branch mentioned at the beginning. The aforementioned dependence of the current conversion factor on the current amplification factor of the two transistors is due to the fact that the input current / 1 through the circuit is divided into the collector current of the transistor T1 and the sum Ib of the base currents of the two transistors T1, T2. It is clear that this division can only be neglected if the static current amplification factor of the two transistors is relatively large towards one. The current conversion factor 12 / Ii is thus dependent on the static current amplification factor B of the two transistors, as indicated by the in FIG. Curve 1 shown in FIG. 5 is illustrated (with / 2 the translated, that is to say the output current of the current translator circuit is designated).

In Fig.2 ist die der Schaltung nach Fig. 1 entsprechende Schaltung für pnp-Transistoren gezeigt, wobei die beiden Transistoren Tl, T2 nach Fig. 1 zu einem Doppelkollektortransistor T12 zusammengefaßt sind, wie dies üblicherweise bei Realisierung solcher Schaltungen mittels der bekannten Planartechnik in Form lateraler Transistoren von integrierten Schaltungen der Fall ist. Die bei Erläuterung der F i g. 1 angestellten Überlegungen hinsichtlich der Abhängigkeit des Stromübersetzungsfaktors vom Stromverstärkungsfaktor der Transistoren gelten bei der Schaltung nach F i g. 2 in gleicher Weise.The circuit for pnp transistors corresponding to the circuit according to FIG. 1 is shown in FIG. wherein the two transistors T1, T2 according to FIG. 1 to a double collector transistor T12 are combined, as is usually the case when such Circuits by means of the known planar technology in the form of lateral transistors of integrated circuits the case is. The in explanation of the F i g. 1 made considerations regarding the dependency the current conversion factor from the current amplification factor of the transistors apply to the circuit according to FIG. 2 in the same way.

Bei der in Fig.3 für npn-Transistoren gezeigten Stromübersetzerschaltung nach der Erfindung ist nun die erwähnte Stromverstärkungsfaktorabhängigkeit des Stromübersetzungsfaktors dadurch erheblich verringert, daß der in F i g. 1 lediglich aus einer leitenden Verbindung bestehende Parallelzweig zur Basis-Kollektor-Strecke des Transistors Tl aus einer zweiten Stromübersetzerschaltung besteht. Der Parallelzweig enthält somit den aus der genannten DT-OS 22 49 645 bekannten dritten Transistor T3 und die Basis-Emitter-Strecke des vierten Transistors T4, wobei die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors T3 der Kollektor-Basis-Strecke des Transistors Tl parallelgeschaltet ist, die Basis-Emitter-Strecken der Transistoren T3, T4 einander gleichsinnig parallelgeschaltet sind und der Kollektor des Transistors T3 mit seiner Basis direkt verbunden ist. Der Kollektor des Transistors T4 ist schließlich mit dem Kollektor des Transistors T2 verbunden.With the one shown in Fig.3 for npn transistors Current translator circuit according to the invention is now the aforementioned current gain factor dependence of the Current conversion factor is significantly reduced by the fact that the in F i g. 1 only from a senior Connection existing parallel branch to the base-collector path of the transistor Tl from a second Current translator circuit exists. The parallel branch thus contains that from the above-mentioned DT-OS 22 49 645 known third transistor T3 and the base-emitter path of the fourth transistor T4, the The collector-emitter path of the transistor T3 is connected in parallel to the collector-base path of the transistor Tl is, the base-emitter paths of the transistors T3, T4 are connected in parallel to one another in the same direction and the collector of transistor T3 is directly connected to its base. The collector of transistor T4 is finally connected to the collector of transistor T2.

Besonders optimale Eigenschaften im Sinne der Lösung der Aufgabenstellung ergeben sich, wenn der Stromübersetzungsfaktor /4//3 im wesentlichen gleich dem Sollwert des Stromübersetzungsfaktors /2//1 der von den Transistoren Tl, T2 gebildeten Stromübersetzerschaltung ist. Sollte die geschilderte Maßnahme in besonders gelagerten Fällen noch nicht ausreichend sein, so kann ohne weiteres die in Fig.3 gezeigte leitende Verbindung zwischen dem Kollektor und der Basis des Transistors T3 wiederum durch eine Stromübersetzerschaltung nach Fig. 1 ersetzt werden.Particularly optimal properties in terms of solving the problem arise when the Current conversion factor / 4 // 3 essentially equal to the target value of the current conversion factor / 2 // 1 der is the current translator circuit formed by the transistors Tl, T2. Should the described measure be in especially stored cases are not yet sufficient, the one shown in FIG conductive connection between the collector and the base of the transistor T3 again by a Current translator circuit according to Fig. 1 can be replaced.

In F i g. 4 ist die der F i g. 2 entsprechende Stromübersetzerschaltung der Erfindung mit pnp-Transistoren gezeigt, wobei die Transistoren 7"3, T4 nach F i g. 3 zu einem Doppelkollektortransistor T34 zusammengefaßt sind. Die Eigenschaften dieser Schaltung entsprechen denen der F i g. 3, insbesondere was die optimalen Eigenschaften bei ungefährer Gleichheit der Stromübersetzungsfaktoren /2//1 und /4//3 betrifft. Die obenerwähnte Weiterbildung dieser Schaltung durch eine anstatt der leitenden Verbindung zwischen Kollektor und Basis des Transistors T34 vorzusehende weitere Stromübersetzerschaltung kann bei den erwähnten Lateraltransistoren in integrierten Schaltungen von besonderem Interesse sein.In Fig. 4 is that of FIG. 2 corresponding current translator circuit of the invention with pnp transistors, the transistors 7 "3, T4 according to FIG. 3 to a double collector transistor T34 are combined. The properties of this circuit correspond those of F i g. 3, in particular what the optimal properties when the current conversion factors are approximately equal / 2 // 1 and / 4 // 3 concerns. The above-mentioned development of this circuit by a instead of the conductive connection between The collector and base of the transistor T34 to be provided further current translator circuit can with the mentioned Lateral transistors in integrated circuits will be of particular interest.

In F i g. 5 ist, wie bereits oben kurz erwähnt, gezeigt, wie durch die Erfindung die Stromverstärkungsfaktorabhängigkeit des Stromübersetzungsfaktors verbessert wird. Die Fig. 5 zeigt dies am Beispiel einer Stromspiegelschaltung, für die der Stromübersetzungsfaktor /2/71 gleich eins ist. Vergleichbare Kurven ergeben sich jedoch auch bei anderen Werten des Stromübersetzungsfaktors. In F i g. 5 entspricht die Kurve 1 Schaltungen der in F i g. 1 und 2 gezeigten Art, während Kurve 2 Schaltungen der in F i g. 3 und 4 gezeigten Art entspricht. Während somit bei einer bekannten Stromspiegelschaltung ein Fehler des Soll-Stromübersetzungsfaktors von 2% erst mit einem Stromverstärkungsfaktor B von etwa 100 erreicht werden kann, läßt sich diese Genauigkeit mittels der Erfindung schon bei einem Stromverstärkungsfaktor B von etwa 10 erreichen. Dieser Vorteil ergibt sich zusammen mit dem weiteren Vorteil, daß sich der Eingangswiderstand der erfindungsgemäßen Stromübersetzerschaltung nur unwesentlich gegenüber dem der bekannten Schaltungen erhöht.In Fig. As already briefly mentioned above, FIG. 5 shows how the current gain factor dependency of the current transmission factor is improved by the invention. FIG. 5 shows this using the example of a current mirror circuit for which the current conversion factor / 2/71 is equal to one. However, comparable curves also result with other values of the current conversion factor. In Fig. 5, the curve 1 corresponds to the circuits in FIG. 1 and 2, while curve 2 shows circuits of the type shown in FIG. 3 and 4 corresponds to the type shown. While in a known current mirror circuit an error in the target current conversion factor of 2% can only be achieved with a current amplification factor B of around 100, this accuracy can be achieved with a current amplification factor B of around 10 by means of the invention. This advantage results together with the further advantage that the input resistance of the current converter circuit according to the invention increases only insignificantly compared to that of the known circuits.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (3)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Stromübersetzerschaltung mit einem ersten Transistor, dessen Basis-Emitter-Strecke der Basis-Emitter-Strecke eines zweiten Transistors gleicher Leitungsart gleichsinnig parallelgeschaltet ist, wobei in den Kollektorkreisen des ersten und des zweiten Transistors die zu übersetzenden Ströme fließen, und mit einem dritten Transistor gleicher Leitungsart, dessen Basis mit dem Kollektor des ersten Transistors und dessen Emitter mit den Basen des ersten und zweiten Transistors verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Basis-Emitter-Strecke des dritten Transistors (TZ) die Basis-Emitter-Strecke eines vierten Transistors (TA), der von derselben Leitungsart wie der erste, zweite und dritte Transistor (Ti, Tl, 73) ist, gleichsinnig parallelgeschaltet ist und daß der Kollektor des dritten Transistors (T3) mit dessen Basis und der Kollektor des vierten Transistors (TA) mit dem Kollektor des zweiten Transistors (T2) verbunden ist.1. Current translator circuit with a first transistor, the base-emitter path of which is connected in parallel to the base-emitter path of a second transistor of the same type of conduction, the currents to be translated flowing in the collector circuits of the first and second transistor, and with a third transistor same type of conduction whose base is connected to the collector of the first transistor and whose emitter is connected to the bases of the first and second transistor, characterized in that the base-emitter path of the third transistor (TZ) is the base-emitter path of a fourth transistor (TA), which is of the same type of conduction as the first, second and third transistor (Ti, Tl, 73), is connected in parallel in the same direction and that the collector of the third transistor (T3) with its base and the collector of the fourth transistor (TA) is connected to the collector of the second transistor (T2) . 2. Stromübersetzerschaltung nach Anspruch 1, mit pnp-Transistoren und mit zu einem Doppelkollektortransistor vereinigten ersten und zweiten Transistor, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte und vierte Transistor ebenfalls zu einem Doppelkollektortransistors (T34) zusammengefaßt sind.2. Current translator circuit according to claim 1, with pnp transistors and with the first and second transistor combined to form a double collector transistor, characterized in that the third and fourth transistors are also combined to form a double collector transistor (T 34). 3. Stromübersetzerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der vom dritten und vierten Transistor (T3, TA-: Γ34) bestimmte Stromübersetzungsfaktor (14/13) dem vom ersten und zweiten Transistor (Ti, T2\ Γ12) bestimmten Stromübersetzungsfaktor (12/Ii) im wesentlichen entspricht.3. Current translator circuit according to claim 1 or 2, characterized in that the current translation factor (14/13) determined by the third and fourth transistor (T3, TA-: Γ34) is the current translation factor determined by the first and second transistor (Ti, T2 \ Γ12) ( 12 / Ii) essentially corresponds.