DE3432561A1 - Transistor-praezisionsstromquelle mit differenzeingang - Google Patents

Transistor-praezisionsstromquelle mit differenzeingang

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DE3432561A1 DE19843432561 DE3432561A DE3432561A1 DE 3432561 A1 DE3432561 A1 DE 3432561A1 DE 19843432561 DE19843432561 DE 19843432561 DE 3432561 A DE3432561 A DE 3432561A DE 3432561 A1 DE3432561 A1 DE 3432561A1
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Horst 4520 Melle Reddehase
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Weidmueller Interface GmbH and Co KG
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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10—Regulating voltage or current
    • G05F1/46—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • G05F1/56—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices
    • G05F1/561—Voltage to current converters
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
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Description

C. A. Weidmüller GmbH & Co ** J 4 ° L J '
Paderborner Straße
4930 Detmold
Transistor-Präzisionsstromquelle mit Differenzeingang
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Transistor-Präzisionsstromquelle mit Differenzeingang gemäß Gattungsbegriff des Patentanspruches Transistor-Präzisionsstromquellen als solche sind bekannt. Im Gegensatz zu einfachen Stromquellen aus einem Transistor, bei denen der Ausgangsstrom nicht genau definiert ist, wird dieser Nachteil bei den Transistor-Präzisionsstromquellen durch einen Operationsverstärker beseitigt. Bei derartigen Schaltungen ist der Transistor mit dem Ausgang des Operationsverstärkers verbunden. Der Kollektor des Transistors liegt an der Betriebsspannung und der Emitter des Transistors ist mit einem Widerstand verbunden. Die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers stellt sich so ein, daß die Spannung an dem Widerstand gleich der Eingangsspannung des Operationsverstärkers wird. Nachteilig ist bei dieser Schaltung in jedem Fall, daß der Ausgang und der Eingang den gleichen Bezugspunkt haben müssen, also entweder Masse oder eine positive Bezugsspannung.
Es sind andererseits Differenzverstärkerschaltungen bekannt. Auf der Eingangsseite des Operationsverstärkers sind ein invertierender und ein nicht invertierender Zweig gegebenenfalls unterschiedlicher Eingangsspannungen gebildet. Die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers ist gleich Null, wenn die beiden Eingangsspannungen gleich groß sind. Bei gleich großen Widerständen bemißt sich die Ausgangsspannung nach der Differenz der Eingangsspannungen.
Weidmüller --·£■"-
Zur Bildung einer Transistor-Präzisionsstromquelle mit Differenzeingang ist man bislang nun so vorgegangen, daß man in einfacher Weise den Ausgang des genannten Differenzverstärkers mit dem Eingang der Transistor-Präzisionsstromquelle verbunden hat. Diese schalttechnische Verknüpfung führt zu einem erheblichen Materialaufwand und es verbleibt bei der Bezugspunktfestlegung für den Eingang der Transistor-Präzisionsstromquelle.
Der vorliegenden Erfindung liegt von daher die Aufgabe zugrunde, eine Präzisionsstromquelle mit Differenzeingang der gattungsgemäßen Art zu schaffen, deren Schaltung eine Materialeinsparung ermöglicht und eine freie Wählbarkeit des Bezugspunktes für den Eingang ermöglicht.
Die erfindungsgemäße Lösung ergibt sich aus dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1. Durch diese schalttechnische Verknüpfung wird nur noch ein einziger Operationsverstärker für die Präzisionsstromquelle mit Differenzeingang insgesamt benötigt, der nunmehr sowohl als Differenzverstärker wie als Stromquelle arbeitet. Man kann ferner, wie gemäß bevorzugter Ausführungsformen vorgesehen, den Ausgang der Schaltung auf die Betriebsspannung Ug, aber ohne weiteres auch im Bedarf auf Masse beziehen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen
Figur 1 eine erste Schaltung gemäß der Erfindung, Figur 2 eine zweite Schaltung gemäß der Erfindung.
Bei beiden Schaltungen nach den Figuren 1 und 2 steht die Schaltung in der schalttechnischen Kombination eines Differenzverstärkers mit einem Stromquellentransistor. Es ist ein Operationsverstärker OP
WeidmUller
vorgesehen, der eingangsseitig einen invertierenden Zweig mit einem Widerstand R1 und einer Eingangsspannung LL sowie einen nicht invertierenden Zweig mit einem Widerstand R2 und einer Eingangsspannung-IL hat. Der nicht invertierende Zweig ist mit einem Widerstand R3 für die Abschwächung verbunden. Ausgangsseitig ist der Operationsverstärker OP mit einem Transistor T verbunden. Ein Gegenkopplungswiderstand R4 ist ausgehend von dem invertierenden Zweig mit dem Emitter des Transistors T verbunden.
Bei der Schaltung nach Figur 1 ist der Ausgang auf die Betriebsspannung UB bezogen. Die Betriebsspannung UB liegt am Kollektor des Transistors T, während der Stromquellenwiderstand R5 mit dem Emitter des Transistors verbunden ist. Der Ausgangsstrom wird auf der Kollektorseite des Transistors T abgenommen.
Bei der Schaltung nach Figur 2 ist der Ausgang auf Masse bezogen. Hier liegt der Emitter des Transistors T über dem Stromquellen-Widerstand Rr an der Betriebsspannung Un, während der Ausgangsstrom Ι» auf derKoTlektorseite des Transistors T abgenommen wird.
Bei beiden Schaltungen ist der Ausgangsstrom In proportional dem Spannungsabfall am Stromquellenwiderstand Rr.
I - ÜB.
A R5
Die Verstärkung des Differenzverstärkers beträgt für den invertierenden Zweig:
V = Λ ; mit: Ufl = Λ X ^
R2 R2
Weidmüller ζ -Jf- 3 A 32561
Die Verstärkung des Differenzverstärkers beträgt für den nicht invertierenden Zweig
J!
Dabei wird die Eingangsspannung U~ um den Faktor R,
R1 + R3
abgeschwächt.
Somit wird im nicht invertierenden Betrieb:
R1 + R3
Dadurch, daß der Gegenkopplungswiderstand mit dem Emitter des Transistors T verbunden ist, folgt die Spannung am Widerstand R5 trotzdem genau der Eingangsspannungs differenz Up-U1.
Für den Transistor T gilt wiederum:
1C = 1E (1 -\)
Hieraus ergibt sich, daß der Kollektorstrom Ip bei großer Stromverstärkung B gleich dem Emitterstrom Ir wird.
Weidmüller ' fe -jf- Ί Λ 3 2 5 6
In den gezeigten Schaltungen ist jedoch der Ermitterstrom Ir bestimmt durch den Spannungsabfall am Stromquellenwiderstand R1-. Gleichungsmäßig läßt sich dies unter Zuhilfenahme der vorstehend aufgeführten Gleichungen im einzelnen wie folgt belegen:
UR
Ic = I«·» IE mit I. = 5 ; υ = U CAE A R5 R5 A
Daraus folgt:
Bei R1 = R2 = R3 = R4 fol gt:
R R R
I = U 2 2r (1 + R )" U1 R
= U 1 (2) R5
Damit ist nachgewiesen, daß die Spannung am Stromquellenwiderstand R5 genau der Eingangsspannungsdifferenz folgt.

Claims (3)

  1. Patentansprüche
    \\J Transistor-Präzisionsstromquelle mit Differenzeingang, mit einer Differenzverstärkerschaltung mit einem Operationsverstärker und einem Gegenkopplungswiderstand, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor (T) direkt mit dem Ausgang des Operationsverstärkers (OP) des Differenzverstärkers und der Emitter des Transistors (T) mit dem Gegenkopplungswiderstand (R*) verbunden sind.
  2. 2. Transistor-Präzisionsstromquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Abgriff des Ausgangsstromes (IJ auf der mit der Betriebsspannung (IL) beaufschlagten Kollektorseite des Transistors (T) der Stromquellenwiderstand (R5) auf der Emitterseite des Transistors (T) angeordnet ist.
  3. 3. Transistor-Präzisionsstromquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitterseite des Transistors (T) über den Stromquellenwiderstand (R1-) mit der Betriebsspannung (UB) beaufschlagt ist und der Ausgangsstrom (IÄ) auf der Kollektorseite des Transistors (T) abgenommen ist.
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