DE3006598C2

DE3006598C2 - Spannungsquelle

Info

Publication number: DE3006598C2
Application number: DE3006598A
Authority: DE
Inventors: Klaus 7400 Tübingen Streit
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1980-02-22
Filing date: 1980-02-22
Publication date: 1985-03-28
Also published as: JPS56135217A; JPH0236964B2; US4335346A; DE3006598A1

Description

A₁ = UHIx In Uh

und der zweite Emitterwiderstand (R2) nach der Beziehung
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Ä2 = Rl UcJUj

eingestellt wird, wobei Ur die ^emperaturspannung, /1 der erste Kollektorstrom, Ι_λ der von der Konstantstromquelle (12) gelieferte Konstantstem, t/eodie Bandabstandsspannung, Uj die Referenzspannung und R\ der Referenzwiderstand ist.

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Spannungsquelle nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 (Z-US- »IEEE Journal of Solid-State-Circuits«. Vol.SC-6. No. I₁S. 2-4).
Zur Erzielung einer temperaturkompensierten Spannung ist es aus der Druckschrift »IEEE Journal of Soiid-State Circuits«. Vol. SC-6. No. 1, Seiten 2 bis 4, bekannt, zu einer Basis-Emitter-Spannung eine Differenzspannung zweier Basis-Emitter-Spannungen zu addieren. Dies führt bei geeigneter Dimensionierung der Schaltung zu einer temperaturabhängigen Referenzspannung, die jedoch einen festen Betrag, nämlich den der Bandabstandsspannung besitzt. Auf diese Weise ist es daher nicht möglich, Spannungsquellen mit unterschiedlicher Ausgangsspannung zu realisieren.

Aus der Druckschrift »IEEE Journal of Solid-State Circuits«, Vol. SC-11, No.6, Seite 795 ist eine Referenzstromquelle beschrieben, die zwei Transistoren mit unterschiedlichen Emitterflächen aufweist, deren Kollektorströme durch einen Differenzverstärker über zwei gleiche Widerstände auf gleiche Höhe geregelt werden. Durch die Differenzspannung der Basis-Emitter-Strecken des einen Transistors wird so eine der absoluten Temperatur proportionale Spannung erzeugt, die über einen Widerstand zu einem ebenfalls der absoluten Temperatur proportionalen Strom führt. Über die Basis-Emitter-Spannung des anderen Transistors wird über einen weiteren Widerstand ein weiterer Strom definiert. Die Summe der Ströme ist bei entsprechender Dimensionierung der Widerstände näherungsweise temperaturunabhängig. Diese bekannte Schaltung hat jedoch den Nachteil, daß sie aufgrund der zahlreichen verwendeten Diodenstrecken eine relativ hohe Betriebsspannung erfordert, weiterhin ist sie im Aufbau sehr aufwendig und schließlich stellt die beschriebene Anordnung einen

bo geschlossenen Regelkreis dar, dessen Stabilität durch zusätzliche Schaltmittel gesichert werden muß.

Daher stellt sich die Aufgabe, eine Referenzspannungsquelle nach der Gattung des Hauptanspruchs zu finden, mit der eine in ihrer absoluten Höhe frei wählbare, vorzugsweise temperaturabhängige Referenzspannung erhalten werden kann.

b) Vorteile der Erfindung

Die Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Spannungsquelle mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches gelöst. Sie hat den Vorteil, daß wegen der verwendeten zwei Diodenstrecken nur eine geringe

Betriebsspannung erforderlich ist Weiterhin ist sie im Aufbau erheblich einfacher. Dabei ist besonders vorteilhaft, daß an die Konstanz des Speisestroms nur relativ geringe Anforderungen gestellt werden müssen. Ferner handelt es sich bei der erfindungsgemäßen Schaltung um keinen geschlossenen Regelkreis, so daß keine zusätzlichen Schaltungsmaßnahmen zur Stabilisierung der Schaltung erforderlich sind. In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein erforderlicher Konstantstrom durch Stromspiegelung aus dem Ausgangsstrom gewonnen und hierdurch eine besonders gute Konstanz der Ausgansspannung erzielt.

Zeichnung

Ausführungsbeispie'e der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert Es zeigt

F i g. t den Stromlauf pian einer Spannungsquelle;
F i g. 2 den Stromlaufplan einer weiteren Spannungsquelle mit Stromspiegelschaltung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In der Schaltung gemäß F i g. 1 ist ein Widerstand R 3 als Referenzwiderstand an eine Betriebsspannungsleitung 10 angeschlossen. Ober dem Referenzwiderstand R 3 kann eine Ausgangsspannung U 3 abgenommen werden. Der Referenrwiderstand R 3 wird vom Strom /3 durchflossen. Der Referenzwiderstaii* R 3 ist weiterhin an einen Knotenpunkt 11 angeschlossen, der mit den Kollektoren zweier Transistoren Tl und 72 in Verbindung steht Die entsprechenden Kollektorströme sind mit /1 und /2 bezeichnet Die Transistoren T\.T2 sind über Widerstände Ri, R 2 emitterseitig an Masse angeschlossen. Die Basiselektroden der Transistoren 7" 1. T2 sind mit Abgriffen eines Halbleiter-Spannungsteilers verbunden, der im dargestellten Ausführungsbeispiel durch zwei Transistoren 74, 75 realisiert ist, deren Basis-Elektroden jeweils mit dem Kollektor verbunden sind. Der Halbleiter-Spannungsteiler ist zwischen Masse und eine Konstantstromquelle 12 geschaltet, deren anderer Anschluß mit der Betriebsspannungsleitung 10 verbunden ist Der Strom durch die Konstantstromquelle 12 ist mit Ia bezeichnet

Anstelle der Transistoren 74, 75 können selbstverständlich auch Dioden verwendet werden, die dargestellte Ausführungsform ist jedoch für die Realisierung der erfindungsgemäßen Schaltung in integrierter Schaltungstechnik besser geeignet Weiterhin sind die Widerstände R 1, R 2, R 3 vorzugsweise ebenfalls integriert ausge- führt so daß sich die Temperaturkoeffizienten dieser Widerstände insgesamt nicht auswirken. Werden die Widerstände R 1, R 2, R 3 jedoch als diskrete Bauelemente ausgeführt ist es zur Erzielung einer Temperaturkonstanz erforderlich, daß diese Widerstände in gleicher Bauart ausgeführt und gleichen Betriebsbedingungen ausgesetzt werden.

Die Funktion der in F i g. 1 dargestellten Schaltung ist wie folgt: Der Strom /3 durch den Referenzwiderstand R 3 setzt sich aus den Strömen /1 und /2 zusammen. Nach der Knotenregel gilt:

L=l\ + h (1)

Der Strom /1 wird nun der absoluten Temperatur 7 und der Strom /2 einer Basis-Emitter-Spannung Um: w proportional gemacht. Betrachtet man hierzu die Basis des Transistors Tl₁ so wirkt hier die Differenz der Basis-Emitter-Spannungen von 71 und 7"5 ein und es gilt:

/, = UWR1 ■ In Uh (2)

Für den Transistor TI gelten andere Verhältnisse, da hier der Basis-Emitter-Spannung von 72 nicht eine sondern zwei Basis-Emitter-Spannungen gegenüberstehen, nämlich die von 74 und 75. Damit gilt:

I₂ = \/R₂[2Ube(1a) - UbE(I₂)] (3)

Setzt man nun:

Ubeo = U_BE(h&); /0 = ΙΟΟμΑ (4)

so folgt für (3):

I₂ = 1/R₂(UbE₀ + 2U_T\n UI₀ - U_T\n I₂Ik) (5)

I₂ - MR₂(UbE₀ + Ut In I_AVI₀I₂) (6)

Für die Ausgangsspannung gilt:

Ul = Rj h (7)

einsetzen von (1),(2) uiio(6) in (7) ergibt: bs

U) = Ri/R₂[U_BEo + Cr(In l_A ²lkh + Ri'R\ ■ In W/,)] (8)

Es ist bekannt, daß für die Bandabstandsspannung gilt:

Uno - UBEO + a Ut (9)

5 d. h. die Bandabstandsspannung ist gleich der Summe zweier Spannungen, von der die eine der Temperaturspannung Ut proportional ist. Wählt man nun den Proportionalitätsfaktor a für den vorliegenden Fall in geeigneter Weise so, daß der Temperaturkoeffizient insgesamt Null wird, so ergibt sich:

Ug ο - UBEo + Ut (In U²Zloh + R₂I R\ In /„//,) (10)

10 bzw.

Uc; 0 - U, R₂ZRs

Hieraus läßt sich eine Dimensionierungsregel für den Widerstand R 2 in einfacher Weise herleiten:
15 R₂ = R)Uco/U3 (12)

und für den Widerstand R 1:

R₁-WhInUh (13)

Insgesamt bedeutet dies, daß bei einer Dimensionierung der Widerstände Ri, R 2 entsprechend den Gleichungen (13), (12) ein Temperaturkoeffizient Null erzielt wird.

In F i g. 2 ist der Stromlauf plan einer weiteren bevorzugten Ausführungsform einer erfindunsgemäßen Spannungsquelle dargestellt. Im Unterschied zur Spannungsquelle gemäß Fig. 1 wird dabei der Konstantstrom U 25 nicht aus einer separaten Stromquelle bezogen sondern durch Stromspiegelung aus dem Ausgangsstrom /3 selbst gewonnen. Der Strom /3 der zum Knotenpunkt 11 fließt wird hierzu über den als Diode geschalteten Transistor 76 geleitet, und durch Verbindung des Knotenpunktes ί I mit den Basiselektroden zweier Transistoren 77, 78 im Ausgangskreis bzw. im Kollektorkreis des Transistors 74 in an sich bekannter Weise gespiegelt. Dies hat den Vorteil, daß der Konstantstrom 1,\ dem Ausgangsstrom /3 entspricht und hierdurch die Konstanz jo des Ausgangsstromes /3 noch besser wird. Weiterhin ist in der Schaltung gemäß F i g. 2 eine Anwerfschaltung, bestehend aus dem Widerstand R4 und den Dioden D9, DlO, DIl vorgesehen. Die Diodin D9, DlO, DIl können selbstverständlich auch wie die Transistoren 74, 75, 76 realisiert werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Referenzspannungsquelle, die eine Referenzspannung (Lh) mit einstellbarem Temperaturkoeffizienten liefert und bei der zur Bildung eines ersten Kollektorstromes (I₁) mit positivem Temperaturkoeffizienten ein erster Transistor (T\) vorgesehen ist, dessen Emitter über einen ersten Emitterwiderstand (R\) an Masse liegt und dessen Basis an den Kollektor und an die Basis eines zweiten Transistors (Ts) angeschlossen ist. dessen Emitter unmittelbar mit Masse verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung eines zweiten Kollektorstromes (ft) mit negativem Temperaturkoeffizienten ein dritter Transistor (T2) vorgesehen ist, dessen Emitter über einen zweiten Emitterwiderstand (Ri) an Masse liegt und dessen Basis mit dem Kollektor und der Basis eines vierten Transistors (T₄) verbunden ist, der mit seinem Emitter an die Basis des ersten Transistors (T_t) angeschlossen und mit seinem Kollektor über eine Konstantstromquelle (12) mit der Versorgungsspannung verbunden ist, und daß zur Bildung der Referenzspannung (Uj) der erste Kolle.ktorstrom (Ii) und der zweite Kollektorstrom (I2) summiert werden und der hierbei gebildete Summenstrom (l_s) auf einen Referenzwiderstand (Rj) geführt wird, an dem die Referenzspannung (Uj) abfällt.

2. Referenzspannungsquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzwiderstand (R₁) zwischen die Versorgungsspannung und den Verbindungspunkt (11) der Kollektoren des ersten (Ti) und des dritten (Tt) Transistors geschaltet ist.

3. Referenzspannungsquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Summenstrom (h) durch Spiegelung einem fünften Transistor (Ti) zugeführt wird und der Referenzwiderstand (Rj) im Kollektorkreis des fünften Transistors (Ti) angeordnet wird.

4. Referenzspannungsquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Konstantstromquelle (12) gelieferte Konstantstrom (U) durch Spiegelung des Summenstroms (Ij) gewonnen wird.

5. Referenzspannungsquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer temperaturunabhängigpn Referenzspannung (Uj) der erste Emitterwiderstand (R\) nach der Beziehung