DE2531475B2 - Schaltungsanordnung mit einer steuerbaren impedanz - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung mit einer mittels einer Steuergröße veränderbaren Impedanz.

Eine solche Impedanz kann z. B. aus einem in üblicher ίο Weise als steuerbarer ohmscher Widerstand betriebenen Feldeffekttransistor bestehen. Bei der Verwendung einer derartigen Schaltungsanordnung ist es erforderlich, die genaue Abhängigkeit (Steuerkennlinie) des Widerstandswertes von der betreffenden z. B. als Steuerspannung wirkenden Steuergröße zu kennen; denn nur bei Kenntnis dieser Abhängigkeit ist es möglich, den steuerbaren Widerstand in eine exakte Schaltungsberechnung einzubeziehen.

Es hat sich gezeigt, daß die Steuerkennlinie in der Regel zum einen nicht linear ist und zum anderen nur mittels komplizierter mathematischer Näherungsformeln beschrieben werden kann.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde,

eine mit geringem Aufwand realisierbare Schaltungsan-

Ordnung mit einer steuerbaren Impedanz zu schaffen,

bei der die Steuerkennlinie einen exakt bestimmbaren, insbesondere linearen Verlauf aufweist.

Diese Aufgabe wird bei der eingangs angegebenen Schaltungsanordnung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und Wird im folgenden näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Prinzipschaltbild der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und

F i g. 2 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.

Bei dem in F i g. 1 dargestellten Prinzipschaltbild der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wird eine bezüglich ihres zwischen den Klemmen 14 und 15 wirkenden Impedanzwertes steuerbare Impedanz 12 mittels einer Steuerspannung Us₁ an der Eingangsklemme 1 so verändert, daß sich eine exakt angebbare Abhängigkeit des Impedanzwertes von der Steuerspannung Usi ergibt.

Die Steuerspannung Usi gelangt von der Klemme 1 über einen Widerstand 2 an den nichtinvertierenden Eingang 3 einer als Differenzverstärker aufgebauten Vergleichsschaltung 5. Der invertierende zweite Eingang 4 des Differenzverstärkers 5 ist an eine Referenzspannung U_rcr (Klemme 7) angeschlossen. Der Ausgang 6 des Differenzverstärkers 5 speist den Steuereingang 13 der Impedanz 12. Zugleich wird von dem erwähnten Ausgang 6 der Steuereingang 11 einer zweiten Impedanz 10 gespeist. Diese zweite Impedanz 10 besitzt die gleiche Steuerkennlinie bezüglich der Abhängigkeit des zwischen den Klemmen 8 und 9 wirkenden Impedanzwertes von der Steuergröße am Steuereingang 11 wie die Impedanz 12. Der eine Anschluß 9 der Impedanz 10 ist genauso wie der entsprechende Anschluß 14 der Impedanz 12 an Masse angeschlossen. Der zweite Anschluß 8 der Impedanz 10 ist an den Widerstand 2 und den ersten Eingang 3 des Differenzverstärkers 5 angeschlossen. Die soweit beschriebene Schaltungsanordnung arbeitet wie folgt. Der geschlossene Regelkreis vom Ausgang 6 des Differenzverstärkers 5 über den Steuereingang 11 und den Anschlußpunkt 8 der Impedanz 10 sowie den

Eingang 3 des Differenzverstärkers 5 bewirkt, daß die sich an der Anschlußklemme 8 und somit am Eingang 3 des Differenzverstärkers 5 einstellende Spannung gleich der an dem Eingang 4 des Differenzverstärkers 5 liegenden Referenzspannung U_rct ist, wobei von einer gewissen für den Regelvorgang erforderlichen Regelabweichung zwischen den Eingängen 3 und 4 abgesehen ist. Da die Referenzspannung U,_e; konstant ist, ist also auch die Spannung an der Anschlußklemme 8 der Impedanz 10 konstant.

Wenn nun die impedanz von solcher Art ist, daß sich für ihren Impedanzwert eine allgemeine Abhängigkeit von dem durch die Impedanz fließenden Strom 1 sowie von der an der Impedanz anliegenden Spannung U angeben läßt, wie z.B. bei dem ohmschen Gesetz

-γ oder der stark vereinfachten Formel für die Induktivität einer Spule L = ..,.., so besteht bei der

sich durch den Regelkreis ergebenden Konstanz der an der Impedanz anliegenden Spannung Udie dann genau angebbare Abhängigkeit des Impedanzwertes von dem durch die Impedanz fließenden Strom. Da dieser Strom in einer bestimmten Weise von der Steuerspannung Us, abhängt, ergibt sich für den zwischen den Klemmen 8 und 9 wirkenden Impedanzwert der Impedanz 10 eine definierte Abhängigkeit von der Steuerspannung I h,.

Die beschriebene Schaltungsanordnung erzeugt also an den Klemmen 8 und 9 der Impedanz 10 einen Impedanzwert, dessen Abhängigkeit von der Steuergrö · ße an der Klemme 1 unbeeinflußt ist von der Steuerkennlinie dieser Impedanz. Der an sich zwischen den Klemmen 8 und 9 der Impedanz 10 wirkende Impedanzwert ist aber nicht direkt an den Klemmen 8 und 9 abgreifbar und an eine andere Schaltungsanordnung anschaltbar, weil dann die angeschlossene Schaltungsanordnung den Regelkreis beeinflussen würde. Deshalb ist die zweite steuerbare Impedanz 12 vorgesehen, die genauso betrieben wird wie die steuerbare Impedanz 10. Unter dieser Voraussetzung verhält sich also der Impedanzwert der Impedanz 12 genauso wie der Impedanzwert der Impedanz 10. Zwischen den Klemmen 15 und 14 wirkt somit der gleiche Impedanzwert wie zwischen den Klemmen 8 und 9 der Impedanz 10.

Statt mit einer Steuerspannung Us,, die in dem Widerstand 2 einen von ihr abhängigen Steuerstrom erzeugt, kann die beschriebene Schaltungsanordnung auch mit einer Steuerstromquelle an der Klemme 1 angesteuert werden, wobei der Widerstand 2 dann wegfallen kann. In diesem Fall besteht dann sinngemäß die die Impedanz 12 steuernde Steuergröße aus einem in die Klemme 1 hineinfließenden Steuerstrom.

In F i g. 2 ist ein praktisches Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung dargestellt. ss Die Schaltung dient dazu, den zwischen den Klemmen 15 und 14 (Drain und Source) eines Feldeffekttransistors 20 wirkenden Widerstandswert in Abhängigkeit von der Steuerspannung Us, an der Klemme 1 zu steuern. Die dargestellte Schaltung arbeitet nach dem Prinzip der do Schaltung in F i g. 1, wobei die Impedanzen 10 und 12 in Fig. 1 durch die Feldeffekttransistoren 18 und 20 in F i g. 2 gebildet werden.

Der Widerstand 2 ist so groß gewählt, daß der durch ihn in Abhängigkeit von der positiven Steuerspannung Usi fließende Steuerstrom nahezu unabhängig von den weiteren angeschlossenen Widerständen wie z. B. dem Widerstand zwischen den Klemmen 8 und 9 des Feldeffekttransistors 18 ist. Um die Source-Elektrode 14 des Feldeffekttransistors 20 ohne Nachteil an Masse anschließen zu können, ist als Reterenzspannung U,_rran den Eingang 4 des Differenzverstärkers 5 eine bezüglich des Massepotentials positive Spannung von z. B. 25 mV angelegt. Um über der Source-Drain-Strecke des Feldeffekttransistors 18 im ausgeregelten Zustand eine Spannung von ca. 50 mV zu erzeugen, die einen unproblematischen Betrieb des Feldeffekttransistors erlaubt, ist die Source-Elektrode 9 des Feldeffekttransistors 18 an eine gegenüber dem Massepotential negative Spannung von z. B. — 25 mV (Klemme 19) angeschlossen.

Es ist ohne weiteres möglich, für die Anschlußklemme 14 des Feldeffekttransistors 20 eine andere Bezugsspannung als das Massepotential zu wählen. Es müssen dann lediglich auch entsprechend die Spannungen an den Klemmen 7 und 19 geändert werden.

Die Basisanschlüsse der Feldeffekttransistoren 18 und 20 werden vom Ausgang 6 des Differenzverstärkers 5 über die Widerstände 16 und 17 gespeist, die zum Schutz der Feldeffekttransistoren 18 und 20 sowie zur Entkopplung des Ausgangs 6 von den genannten Feldeffekttransistoren dienen.

Um zu gewährleisten, daß die beiden Feldeffekttransistoren 18 und 20 gleiche Steuerkennlinien aufweisen, ist es vorteilhaft, für die beiden Feldeffekttransistoren ein Bauteil zu verwenden, bei dem die beiden Feldeffekttranistoren auf einem gemeinsamen Halbleiter-Substrat angeordnet sind. Die beschriebenen Feldeffekttransistoren 18 und 20 sind vom n-Kanal-Typ. Für den Fall, daß Feldeffekttransistoren vom p-Kanal-Typ verwendet werden, ist es erforderlich, daß die Eingänge des Differenzverstärkers 5 so vertauscht werden, daß der Eingang 3 invertierend ist und der Eingang 4 nicht invertierend ist. Eine solche Vertauschung der genannten Eingänge — ausgehend von dem in Fig.2 dargestellten Aasführungsbeispiel — ist auch erforderlich, wenn eine negative Steuergröße an der Klemme 1 anliegt. In diesem Fall muß auch das Vorzeichen der Referenzspannung (i_r[/geändert werden.

Für den zwischen den Klemmen 8 und 9 des Feldeffekttransistors 18 wirkenden Widerstandswert R

gilt die folgende Gleichung: R ~ -'- , wobei für die

Spannung U über der Source-Drain-Strecke des Feldeffekttransistors 18 im vorliegenden Fall der konstante Wert von ca. 50 mV einzusetzen ist. Damit ergibt sich eine exakt umgekehrt proportionale Abhängigkeit des Widerstandswertes R von dem durch den Widerstand 2 fließenden Steuerstrom, der seinerseits in etwa proportional der Steuerspannung Us, ist. Damit ergibt sich für den Widerstandswert R die verlangte lineare Steuerkennlinie, bei der sich als weiterer Vorteil ergibt, daß sie unabhängig von Temperaturschwankungen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung mit einer mittels einer Steuergröße veränderbaren Impedanz, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Steuereingang (1) der Schaltungsanordnung und dem Steuereingang (13) der steuerbaren ersten Impedanz (12) eine Regelschaltung mit einer zweiten steuerbaren Impedanz (10) mit gleicher oder nahezu gleicher Steuerkennlinie angeordnet ist, daß die Steuereingänge der beiden steuerbaren Impedanzen (12, 10) an den Ausgang (6) einer Vergleichsschaltung (Differenzverstärker 5) mit zwei Eingängen (3, 4) angeschlossen ist, daß der erste Eingang (4) der Vergleichsschaltung an eine Referenzspannung (Urcf) und der zweite Eingang (3) einerseits an den mit der Steuergröße (Ust) gespeisten Steuereingang (1) der Schaltungsanordnung und andererseits an einen Anschluß (8) der zweiten steuerbaren Impedanz (10) angeschlossen ist, und daß der andere Anschluß (9) der zweiten steuerbaren Impedanz (10) an eine Bezugsspannung angeschlossen ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Vergleichsschaltung ein Differenzverstärker (5) dient, wobei der erste Eingang der Vergleichsschaltung von dem invertierenden Eingang (4) des Differenzverstärkers und der zweite Eingang von dem nichtinvertierenden Eingang (3) gebildet wird.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dem anderen Anschluß (9) der zweiten Impedanz (10) entsprechende Anschluß (15) der ersten Impedanz (12) an eine vorgewählte weitere Bezugsspannung angeschlossen ist, daß die Referenzspannung bezüglich der vorgewählten weiteren Bezugsspann.ung positiv oder negativ ist und daß die erste Bezugsspannung bezüglich der vorgewählten weiteren Bezugsspannung negativ oder positiv ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzspannung und die erste Bezugsspannung sich jeweils um den gleichen oder nahezu gleichen Betrag von der vorgewählten weiteren Bezugsspannung unterscheiden.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als steuerbare Impedanzen Transistoren dienen, deren Basisanschlüssen jeweils die Ausgangsspannung der Vergleichsschaltung zugeführt ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisanschlüsse der Transistoren je über einen Schutzwiderstand (16, 17) an den Ausgang (6) der Vergleichsschaltung angeschlossen sind.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Transistoren Feldeffekttransistoren (18,20) vorgesehen sind.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Bezugsspannung (Klemme 19) so gewählt ist, daß die sich einstellende Source-Drain-Spannungdes zweiten Feldeffekttransistors (18) innerhalb des praktisch verwertbaren Aussteuerbereiches des genannten Feldeffekttransistors (18) liegt.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch eekennzeichnet, daß die beiden Feldeffekttr^nsistoren (18, 20) auf einem gemeinsamen Halbleiter-Substrat angeordnet sind.