DE3836338A1

DE3836338A1 - Temperaturkompensierte stromquellenschaltung mit zwei anschluessen

Info

Publication number: DE3836338A1
Application number: DE3836338A
Authority: DE
Inventors: Rodney T Burt; Robert Mark Ii Stitt; David Michael Thomas
Original assignee: Burr Brown Corp
Current assignee: Texas Instruments Tucson Corp
Priority date: 1987-11-17
Filing date: 1988-10-25
Publication date: 1989-05-24
Also published as: GB2212633A; GB2212633B; FR2623307B1; JPH0570326B2; GB8812432D0; US4792748A; JPH01143510A; FR2623307A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft temperaturkompensier te Stromquellen und insbesondere Stromquellen mit zwei Anschlüssen, die folgende Merkmale aufweisen:

1. "Δ V _BE über R"-Schaltungen, die einen ersten Strom mit einem positiven Temperaturkoeffizienten erzeugen, und
2. eine andere Schaltung, bei der beispielsweise eine V _BE-Spannung über einen Widerstand angelegt wird, die einen zweiten Strom mit einem negativen Temperatur koeffizienten erzeugt, wobei der erste und zweite Strom addiert werden, um einen insgesamt temperaturkompensier ten Strom zu erzeugen, der durch die beiden Anschlüsse der Stromquelle fließt.

Viele analoge Schaltungen und Systeme benötigen eine Bezugsstromschaltung mit zwei Anschlüssen, die gegenüber der Klemmenspannung unempfindlich ist, d. h. gegenüber der Spannung zwischen den beiden Anschlüssen der Strom quelle, wobei der Strom dieser Schaltung keinen Tempera turkoeffizienten oder einen wählbaren Temperaturkoeffi zienten haben soll. (Der in der vorliegenden Beschrei bung verwendete Begriff "Bezugsschaltung mit zwei An schlüssen" oder "Stromquelle mit zwei Anschlüssen" be zieht sich auf eine solche Schaltung mit zwei Anschlüs sen, die lediglich einen bestimmten Strom an einem ersten Anschluß aufnimmt und lediglich den gleichen Strom an einem anderen Anschluß abgibt.

Eine typische Anwendung für eine Stromquelle mit zwei Anschlüssen liegt in der Erzeugung eines Vorstromes für einen Zweig einer Brückenschaltung. Ein anderer, typi scher Anwendungsfall bezieht sich auf eine integrierte, bipolare Schaltung mit einer Anzahl von PNP-Stromspie gelschaltungen und einer Anzahl von NPN-Stromspiegel schaltungen, die durchweg in Reaktion auf eine einzige Stromquelle mit zwei Anschlüssen, wie beispielsweise einen JFET, gesteuert werden.

Die US-PS 44 60 865 offenbart eine genaue, temperatur gesteuerte Bezugsspannungsschaltung, die eine Spannung V _BE mit einem negativen Temperaturkoeffizienten und eine Spannung Δ V _BE mit einem positiven Temperaturkoeffizien ten erzeugt. Die Spannung V _BE wird über einen ersten Widerstand angelegt, um einen Strom mit einem negativen Temperaturkoeffizienten zu erzeugen. Die Spannng Δ V _BE wird über einen zweiten Widerstand angelegt, um einen Strom mit einem positiven Temperaturkoeffizienten zu erzeugen. Die beiden Ströme werden addiert, um einen Steuerstrom zu erzeugen, der durch einen dritten Wider stand geschickt wird. Ein erster Anschluß des dritten Widerstandes ist mit einem Versorgungsspannungsleiter verbunden. Der zweite Anschluß des dritten Widerstandes erzeugt eine temperaturkompensierte Bezugsspannung. Durch geeignetes Bemessen des ersten und zweiten Wider standes kann ein weiter Bereich von Temperaturkoeffi zienten für die Ausgangsbezugsspannung ausgewählt wer den. Der erste und zweite Widerstand sind mit einem Masse-Leiter verbunden. Die Komponenten, die die Ströme steuern, welche durch die Transistoren fließen, die die V _BE-Spannung und die Δ V _BE-Spannung erzeugen, sind mit einer positiven Versorgungsspannung verbunden. Obwohl diese Schaltung in angemessener Weise als temperatur kompensierte Spannungsbezugsschaltung arbeitet, ist sie unpraktikabel zur Verwendung als Bezugsstromquelle mit zwei Anschlüssen, deren Klemmenspannung oder Anschluß spannung unbestimmt sein kann, da eine elektrisch nicht festgelegte Leistungsversorgung als Bezug für einen Anschluß der Bezugsstromquelle benötigt würde.

Die US-PS 44 72 675 offenbart eine Bezugsspannungserzeu gungsschaltung, deren Anschlüsse mit einem Masseleiter und einem Leiter für eine positive Versorgungsbezugs spannung verbunden sind. Die Schaltung erzeugt eine Δ V _BE- Spannung über einen ersten Widerstand zum Erzeugen eines ersten Stromes mit einem positiven Temperaturkoeffizien ten. Eine zweite Schaltung erzeugt eine V _BE-Spannung über einen zweiten Widerstand zum Erzeugen eines zweiten Stromes mit einem negativen Temperaturkoeffizienten. Der erste Strom wird verwendet, um eine erste Stromspiegel schaltung zu betreiben und um einen dritten Strom mit einem positiven Temperaturkoeffizienten zu erzeugen. Der zweite Strom wird verwendet, um eine zweite Stromspie gelschaltung zum Erzeugen eines vierten Stromes mit einem negativen Temperaturkoeffizienten zu betreiben. Der dritte und vierte Strom werden addiert. Der sich ergebende Strom fließt durch einen dritten Widerstand zu dem Massespannungsleiter zum Erzeugen einer temperatur kompensierten Bezugsspannung. Die Temperaturabhängigkeit dieser Bezugsspannung kann gewählt werden, indem der Widerstandswert des ersten bzw. zweite Widerstandes geeignet ausgewählt werden. Diese Schaltung ist kompli ziert, da sie 13 Transistoren und drei Widerstände auf weist.

Obwohl diese Entgegenhaltung keinen Hinweis darauf ent hält, da die beschriebene Schaltung als Stromquelle mit zwei Anschlußklemmen beschaltbar ist, ist der Strom, der von der positiven Leistungsversorgung zu dem Anschluß T 1 fließt, der gleiche wie derjenige, der von dem Anschluß T 2 zu dem Massebezugsleiter fließt. Dieser Strom stellt die Summe der fünf Ströme mit positiven Temperatur koeffizienten dar, die durch die Transistoren Q 9, Q 10, Q 11, Q 12 und Q 13 fließen, während die Summe der Ströme mit negativen Temperaturkoeffizienten durch die Transi storen Q 5, Q 6 und Q 7 fließt. Die große Anzahl der Tran sistoren dieser bekannten Schaltung erfordert eine er heblich größere Halbleiterchipfläche, als dies für eine Stromquelle mit zwei Anschlüssen praktikabel ist. Die große Anzahl von Stromspiegelschaltungen bewirkt ein höheres Rauschen der durch die Anschlüsse T 1 und T 2 fließenden Ströme, als dies für viele Schaltungsanwen dungen akzeptierbar ist, bei denen eine genaue, tempera turkompensierte Stromquelle mit zwei Anschlüssen benö tigt wird. Diese bekannte Technik zum Koppeln der Δ V _BE-Erzeugungsschaltung und der V _BE-Erzeugungsschal tung erfordert, daß zwei Transistoren, die direkt die Δ V _BE-Spannung erzeugen, und ein Transistor, der die V _BE-Spannung erzeugt, ausreichend beabstandet angeordnet sind, so daß thermische Temperaturgradienten in dem Silizium eine weitere Fehlerquelle hervorrufen. Wenn ferner die bekannte Schaltung als Stromquelle mit zwei Anschlüssen verwendet wird, würde eine nicht hinnehmbar komplizierte Anfangsschaltung zum Liefern von anfängli chen Versorgungsströmen für viele Transistorkollektoren benötigt, die anfänglich elektrisch unbestimmt ("schwimmend") wären. Eine derartige Anfangsschaltung müßte derart ausgebildet sein, daß ihr Einfluß auf die verschiedenen Kollektorströme nach Beenden einer Anfangsoperation oder Startoperation vernachlässigbar ist. Aufgrund derartiger Überlegungen ist es noch praxisfremder, diese bekannte Schaltung als Stromquelle mit zwei Anschlüssen einzusetzen.

Es besteht daher eine bislang nicht zufriedengestellte Nachfrage nach einer einfachen, hochgenauen, temperatur kompensierten Stromquellenschaltung mit niedrigem Rauscheinfluß und zwei Anschlußklemmen, die über einen hohen Grad an Spannungsnachgiebigkeit bzw. einen breiten Spannungsschwankungsbereich verfügt.

Demgemäß ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte, temperaturkompensierte Stromquellen schaltung mit zwei Anschlußklemmen zu schaffen.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltung liegt in ihrem niedrigen Preis sowie in der Tatsache, daß der Temperaturkoeffizient durch einstellbare Widerstands werte eingestellt werden kann.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltung liegt in ihrer niedrigen "Nachgiebigkeits"-Spannung und ihrer niedrigen Empfindlichkeit gegenüber Veränderungen dieser Spannung.

Ein weiterer Vorteil liegt in dem sehr niedrigen Rausch pegel.

Wiederum ein weiterer Vorteil liegt darin, daß die er findungsgemäße Schaltung Ungenauigkeiten aufgrund eines thermischen Gradienten im Halbleitermaterial, aus dem die Schaltung hergestellt ist, vermeidet.

Ein zusätzlicher Vorteil liegt darin, daß bei der erfin dungsgemäßen Stromquelle nur eine einfache Betriebs startschaltung oder Anfangsschaltung verwendet wird, die nicht den normalen Betrieb beeinflußt.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine Stromquelle mit zwei Anschlüssen geschaffen, die einen ersten und zweiten Anschluß, erste und zweite und dritte Transistoren jeweils mit einer Basis, einem Emitter und einem Kollektor aufweist, wobei der Emitterbereich des zweiten Transistors größer ist als derjenige des ersten Transistors und die Basis des ersten und zweiten Tran sistors miteinander verbunden sind und eine V _BE-Spannung über einen ersten Widerstand erzeugen, der zwischen dem Emitter des zweiten Transistors und dem zweiten Anschluß geschaltet ist, wobei der Emitter des ersten Transistors mit dem zweiten Anschluß verbunden ist und die Kollek toren des ersten und zweiten Transistors gleiche Ströme von einer Stromspiegelschaltung empfangen, die sämtliche ihrer Ströme von dem ersten Anschluß empfängt. Der zweite Widerstand ist zwischen der Basis und dem Emitter des ersten Transistors geschaltet. Ein dritter Transis tor ist mit seiner Steuerelektrode an den Kollektor des ersten Transistors angeschlossen. Eine erste stromfüh rende Elektrode ist mit der Basis des ersten Transistors verbunden, der eine zweite stromführende Elektrode auf weist, die mit dem ersten Anschluß verbunden ist. Ein konstanter Strom mit einem positiven Temperaturkoeffi zienten fließt durch den Kollektor des zweiten Tran sistors. Ein Strom mit gleicher Größe und gleichem, positivem Temperaturkoeffizienten fließt durch den Kollektor des ersten Transistors. Ein Strom mit einem negativen Temperaturkoeffizienten fließt durch den zweiten Widerstand und durch den ersten und zweiten stromführenden Anschluß des dritten Transistors. Die Ströme, die durch den ersten und zweiten Anschluß fließen, haben einen Temperaturkoeffizienten, der durch das Verhältnis der Widerstandswerte des ersten und zwei ten Widerstandes bestimmt ist. Bei einem beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung liegt eine Verstärker schaltung zwischen dem Stromspiegel und den Kollektoren des ersten und zweiten Widerstandes zum Vermindern von beta-Fehlern und von Rauschen, das durch typische, laterale PNP-Stromspiegelschaltungen erzeugt wird. Mehrere Betriebsstartschaltungen sind offenbart, um einen Anfangsstromweg zwischen dem ersten und zweiten Anschluß zu gewährleisten. Bei einem anderen Ausfüh rungsbeispiel der Erfindung liegt der zweite Widerstand zwischen der Basis und dem Emitter eines Transistors eines Stromspiegels und nicht zwischen der Basis und dem Emitter des ersten Transistors. Bei wiederum einem ande ren Ausführungsbeispiel der Erfindung beinhaltet die Konstantstromquelle mit zwei Anschlüssen eine erste Schaltung zum Erzeugen eines Zenerdiodenspannungsabfalls über den ersten Widerstand zum Erzeugen eines ersten Stromes mit einem niedrigen, sehr linearen positiven Temperaturkoeffizienten, und umfaßt eine zweite Schal tung zum Erzeugen eines V _BE-Spannungsabfalls über einen zweiten Widerstand zum Erzeugen eines zweiten Stromes mit einem negativen Temperaturkoeffizienten. Der erste und zweite Strom werden aufsummiert, um einen sehr genauen Strom zwischen den beiden Anschlüssen mit einem Temperaturkoeffizienten zu erzeugen, der durch das Ver hältnis des ersten Widerstandes zu dem zweiten Wider stand bestimmt ist. In wiederum einem anderen Ausfüh rungsbeispiel wird eine Stromkomponente mit negativen Temperaturkoeffizienten in einer Stromquelle mit zwei Anschlüssen durch Hervorrufen einer Gate-Source- Spannung eines JFET über einen Widerstand erzeugt.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfin dung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein schematisches Schaltungsdiagramm der temperaturkompensierten Stromquellen schaltung mit zwei Anschlußklemmen gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ein schematisches Schaltungsdiagramm eines anderen Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 3 ein schematisches Diagramm eines weite ren Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 4 ein schematisches Diagramm eines weite ren Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 5 ein schematisches Schaltungsdiagramm wiederum eines anderen Ausführungsbei spiels der Erfindung;

Fig. 6 ein schematisches Diagramm wiederum eines anderen Ausführungsbeispiels der Erfindung mit einer Δ V _BE-Stromquelle mit positiven Temperaturkoeffizienten und einer JEFT-Stromquelle mit einem negativen Temperaturkoeffizienten;

Fig. 7 ein schematisches Diagramm eines anderen Ausführungsbeispiels der Erfindung unter Verwendung einer Zenerdiode zum Erzeugen einer Stromquelle mit einem positiven Temperaturkoeffizienten und einer V _BE- Spannung, um eine Stromquelle mit einem negativen Temperaturkoeffizienten zu er zeugen.

Wie in Fig. 1 dargestellt ist, beinhaltet eine Strom quelle 1 mit zwei Anschlüssen die beiden Anschlüsse 2 und 3. Der temperaturkompensierte Bezugsstrom I _REF ver läßt den Anschluß 2 und fließt in den Anschluß 3. (Selbstverständlich können die Transistortypen umgekehrt werden, d. h. von NPN nach PNP, wodurch die Richtung von I _REF umgekehrt werden kann.) Der Anschluß 3 ist mit einer Stromspiegelschaltung 4 verbunden. Zwei gleiche Ströme I _P mit jeweils einem positiven Temperaturkoeffi zienten fließen durch die Leiter 5 und 12 in die Kollek toren der NPN-Transistoren 7 und 10. Der Leiter 5 ist gleichfalls mit der Basis des NPN-Transistors 6 verbun den, dessen Basisstrom vernachlässigbar ist. Der Kollek tor des Transistors 6 ist mit dem Anschluß 3 verbunden. Der Emitter des Transistors 6 ist mittels eines Leiters 8 mit den Basiselektroden der NPN-Transistoren 7 und 10 und mit einem Anschluß des Widerstandes 11 verbunden, dessen Widerstandswert R 2 ist. Der andere Anschluß des Widerstandes 11 ist mit dem Anschluß 2 verbunden. Der Emitter des Transistors 7 ist mit dem Anschluß 2 ver bunden. Der Emitter des Transistors 10 ist mittels eines Widerstandes 13, dessen Widerstandswert R 1 ist, mit dem Anschluß 2 verbunden.

Die Widerstände R 1 und R 2 können temperaturunempfindli che Nickelchrom-Widerstände sein. Ein Strom I _N hat einen negativen Temperaturkoeffizienten und fließt durch den Kollektor-Emitter-Weg des Transistors 6 und durch den Widerstand R 2. Daher ist I _REF gleich der Summe I _N plus 2 I _P.

Die Emitterfläche des Transistors 10 ist N-fach größer als die Emitterfläche des Transistors 7, wobei N typi scherweise in dem Bereich zwischen 2 und 20 liegt. Da der gleiche Kollektorstrom I _P durch die Transistoren 7 und 10 fließt, ist die Basis-Emitter-Spannung V _BE (10) des Transistors 10 kleiner als die Basis-Emitter- Spannung V _BE (7) des Transistors 7. Die Differenz der V _BE-Spannungen wird als Δ V _BE bezeichnet. (Die Schaltung mit den Transistoren 7 und 10 und dem Widerstand R 1 wird als "Δ V _BE über R"-Schaltung bezeichnet.) Für Fachleute ist es offenkundig, daß Δ V _BE proportional zur absoluten Temperatur T ist. Bei Siliziumtransistoren ist Δ V _BE gleich +3300 Teilen pro Million (ppm) pro °C. Daher wird ein Strom I _P (der gleich Δ V _BE geteilt durch R 1 ist) durch den Transistor 10 eingeprägt und fließt aus der Stromspiegelschaltung 4 durch den Leiter 12. Die Strom spiegelschaltung 4 verursacht einen identischen Strom I _P, der durch den Leiter 5 in den Kollektor des Transistors 7 fließt.

Der gleiche Transistor 7, der Δ V _BE erzeugt, erzeugt eine Spannung V _BE (7) über den Widerstand R 2, welche einen Strom I _N durch den Widerstand R 2 erzeugt, wodurch I _N B _BE (7) geteilt durch R 2 entspricht. (Die Schaltung mit den Transistoren 6 und 7 und dem Widerstand R 2 wird als "V _BE über R"-Schaltung bezeichnet.) Die Basisströme der Transistoren 7 und 10 beeinträchtigen nicht den Temperaturkoeffizienten von I _P.

Man erkennt, daß die Schaltung gemäß Fig. 1 eine Konstantstromquelle mit zwei Anschlußklemmen ist, die eine "Mischung" von Strömen I _P mit positiven Tempera turkoeffizienten und einem Strom I _N mit einem negativen Temperaturkoeffizienten ist. Für Fachleute ist es offen kundig, daß der Temperaturkoeffizient V _BE (7) für Siliziumtransistoren -3500 ppm pro °C beträgt. Der Tem peraturkoeffizient von I _REF kann auf jeden Wert zwischen -3500 ppm pro °C und +3300 ppm pro °C durch geeignete Auswahl der Widerstandswerte R 1 und R 2 eingestellt wer den. Die Widerstände R 1 und R 2 bestehen typischerweise aus Nickelchrom mit einem Temperaturkoeffizienten von ungefähr 0, die ohne weiteres mittels eines Laserstrahls in ihrem Wert einstellbar oder trimmbar sind.

Man erkennt ohne weiteres, daß die Spannungsschwankungs empfindlichkeit der Stromquellenschaltung 1 mit zwei Anschlußklemmen niedrig ist, da sowohl I _P als auch I _N im wesentlichen unabhängig von der Klemmenspannung an den Anschlüssen 2 und 3 sind, solange die Spannung des An schlusses 3 wenigstens 3 V _BE größer ist als die Spannung am Anschluß 2. Es ist nicht erforderlich, daß Anschluß 2 oder Anschluß 3 mit einem Masseleiter oder positiven Spannungsversorgungsleiter verbunden sind oder daß eine elektrisch nicht festgelegte (potentialmäßig verschieb bare, schwimmende) Leistungsversorgung als Bezugsgröße mit den Anschlüssen 2 oder 3 verbunden ist, wie dies bei vielen aus dem Stand der Technik bekannten Spannungs bezugsschaltungen erforderlich ist. Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die Spannun gen V _BE und Δ V _BE durch PNP-Transistoren anstelle von NPN-Transistoren erzeugt werden. Um einen anfänglichen Startstrom zu gewährleisten, ist der Leiter 8 mit der Klemme 3 durch die Reihenverbindung von drei dioden verbundenen Transistoren 16, 17, 18 und eines P-Kanal- JFET des "Ein"-Types 19 verbunden, dessen Quelle mit dem Emitter des Transistors 18 und dessen Drain mit dem An schluß 3 verbunden ist, um eine kontinuierliche elektri sche Verbindung zwischen dem Leiter 8 und dem Anschluß 3 herzustellen. Die Gate-Elektrode des JEFT 19 ist mit einem Leiter 5 verbunden. Ein zweiter p-Kanal-JFET 20 ist mit seiner Gate-Elektrode an einen Leiter 5 ange schlossen, dessen Source-Elektrode mit einem Leiter 12 verbunden ist und dessen Drain-Elektrode mittels eines Leiters 23 mit dem Kollektor des NPN-Stromspiegeltran sistors 25 verbunden ist und dessen Emitter mit dem An schluß 3 verbunden ist. Der NPN-Transistor 22 ist mit seinem Kollektor an den Leiter 5 angeschlossen und ist mit seiner Basis an den Leiter 23 mit seinem Emitter an die Basis und den Kollektor des NPN-Stromspiegel- Steuertransistors 24 angeschlossen. Der Emitter des Transistors 24 ist an den Anschluß 3 angeschlossen. Die Basis des Stromspiegeltransistors 25 ist an die Basis des Transistors 24 über den Leiter 26 angeschlossen. (Die Transistoren 22, 24 und 25 bilden einen sogenann ten "Wilson"-Stromspiegel.) In der Schaltung gemäß Fig. 2 erhöht der Anschluß des JFET 20 in erheblichem Maße die Ausgangsimpedanz der Stromquellenschaltung mit zwei Anschlußklemmen gemäß Fig. 2. Der Strom mit negati vem Temperaturkoeffizienten I _N fließt durch die dioden verbundenen Transistoren 16 bis 18 und den JFET 19 von dem Widerstand R 2 zu dem Anschluß 3. Der Strom mit posi tivem Temperaturkoeffizienten I _P fließt, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist. Die Gate-Elektrodenströme und die Basiselektrodenströme sind durchwegs vernachlässigbar.

Die Schaltung der Stromquelle mit zwei Anschlüssen gemäß Fig. 1 kann sehr einfach sein. Die einfachste Version ist die Schaltung gemäß Fig. 3, bei der die Stromspie gelschaltung 4 lediglich zwei PNP-Transistoren 24 und 25 aufweist. Der gleiche Transistor 7 erzeugt sowohl die V _BE-Spannung, die den Strom mit negativen Temperatur koeffizienten I _N erzeugt, als auch den Strom mit posi tiven Temperaturkoeffizienten I _P. Daher können keine Fehler aufgrund der thermischen Gradienten innerhalb des Halbleiterchips verursacht werden, auf dem die Strom quelle mit zwei Anschlüssen hergestellt ist, wenn die geometrischen Mittelpunkte der Transistoren 7 und 10 an dem gleichen Punkt liegen. Dies kann bewerkstelligt werden, in dem die Hälfte der aktiven Emitterfläche des größeren Transistors 10 auf gegenüberliegenden Seiten des Transistors 7 angeordnet wird. Die niedrige Anzahl der Transistoren dieser Stromquelle mit zwei Anschlüs sen bewirkt, daß die Schaltung einen niedrigen Rausch pegel hat. Da die oben beschriebene Stromquellenschal tung mit zwei Anschlüssen lediglich wenige Transistoren widerstände benötigt, kann sie überall dort eingesetzt werden, wo sie innerhalb einer integrierten Schaltung gebracht wird, ohne daß man in einem erheblichen Maße wegen der benötigten Chipfläche besorgt sein müßte.

Die Schaltung gemäß Fig. 4 entspricht der Schaltung gemäß Fig. 3 mit Ausnahme der Tatsache, daß die zum Erzeugen von I _N verwendete V _BE-Spannung durch die PNP- Stromspiegeltransistoren 24 und 25 anstatt durch den Δ V _BE-Erzeugungs-Transistor 10 erzeugt wird.

Die Schaltungen nach den Fig. 3 und 4 verwenden PNP- Stromspiegelschaltungen. Bei dem momentanen Stand der Technik werden PNP-Stromspiegelschaltungen üblicherweise durch laterale PNP-Transistoren ausgeführt, die ohne weiteres in einem bekannten Herstellungsverfahren für bipolare integrierte Schaltungen verfügbar sind. Aller dings haben derartige PNP-Stromspiegelschaltungen be kannterweise beta-Fehler und Rauschen, wodurch Ungenau igkeiten in der Linearität der Temperaturdrift der Stromquellen und ein Rauschpegel in Bezugsstromschal tungen verursacht werden.

Fig. 5 zeigt eine Schaltung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, bei der Rückkopplung eingesetzt wird, sowie eine Verstärkung in der "Last"-Schaltung verwendet wird, die mit den Kollektoren der Transistoren 7 und 8 verbunden sind, um Ungenauigkeiten zu vermindern, die durch diese beta-Fehler und das Rauschen verursacht wer den, das die lateralen PNP-Stromspiegelschaltungen er zeugen.

In Fig. 5 ist der Kollektor des Transistors 7 mittels des Leiters 5 mit der Basis des NPN-Transistors 30 und mit einem Anschluß des Widerstandes 29 verbunden. Der andere Anschluß ist mittels des Leiters 40 mit dem Emitterfolger-NPN-Transistor 35 verbunden. Der Emitter des Transistors 30 ist mittels eines Leiters 8 mit den Basen der Transistoren 7 und 10 und dem Widerstand R 2 verbunden. Der Kollektor des Transistors 30 ist mit dem Emitter des NPN-Transistors 33 verbunden, dessen Basis mittels eines Leiters 34 mit dem Kollektor eines NPN- Transistors und der Basis eines Emitterfolgertransistors 35 verbunden ist. Der Kollektor des Transistors 33 ist mittels eines Leiters 37 mit dem Kollektor eines PNP- Stromspiegeltransistors 38 und mit der Basis des PNP- Transistors 36 verbunden. Der Emitter des Transistors 36 ist mit dem Kollektor und der Basis des PNP-Stromspie gelstransistors 39 verbunden, während der Kollektor des Transistors 36 mit dem Leiter 34 verbunden ist. Die Emitter der Transistoren 38 und 39 sind mit dem Anschluß 3 verbunden.

Der Kollektor des Transistors 10 ist mittels eines Leiters 12 auf der Basis des NPN-Transistors 6 und mit einer Klemme des Nickelchromwiderstandes 31 verbunden, dessen andere Klemme mit dem Leiter 40 verbunden ist. Der Kollektor des Transistors 6 ist mit dem Leiter 34 verbunden. Der Emitter des Transistors 6 ist mit dem Leiter 8 verbunden. Der Kollektor des Emitterfolge transistors 35 ist mit dem Anschluß 3 verbunden. Der P-Kanal-JFET 45 ist mit seiner Gate-Elektrode mit dem Anschluß 3 verbunden, dessen Source mit dem Emitter des Transistors 36 verbunden ist und dessen Drain mit dem Leiter 34 verbunden ist. Ein Kondensator 47 liegt zwischen dem Leiter 34 und dem Leiter 12, um eine Fre quenzkompensation zu erzeugen. Der JFET 45 erzeugt einen Anfangsstrom, der dem Leiter 34 zugeführt wird, um eine anfängliche Operation der Schaltung zu gewährleisten.

In der Fig. 5 bilden die Transistoren 6 und 30 eine Differentialeingangsstufe einer Schaltung, die tatsäch lich einen Operationsverstärker bildet, dessen Differen tialeingänge mit den Leitern 5 und 12 verbunden sind. Identische Nickelchrom-Widerstände 29 und 31 bilden eine Rückkopplungsschleife von dem Leiter 40 zu den Eingangs leitern 5 und 12, wobei der Leiter 40 als Ausgang des in Rede stehenden Operationsverstärkers arbeitet. PNP- Stromspiegeltransistoren 38 und 39 arbeiten als Hoch impedanz-Lasten für den Operationsverstärker, wobei eine jede einen Strom I _N/2 liefert, der durch die Kollektoren der Transistoren 30 und 36 fließt und aufsummiert wird, um einen Strom I _N mit negativen Temperaturkoeffizienten zu erzeugen, der durch den Widerstand R 2 fließt. Die Transistoren 36, 38 und 39 bilden einen Wilson-Strom spiegel, der, wie Fachleute wissen, eine hohe Impedanz hat und beta-Fehler beseitigt. Der Transistor 33 hat die Funktion des Konstanthaltens der Kollektor-Basis- Spannung des Transistors 30 trotz Variationen der Anschlußspannungen der Stromquelle mit zwei Anschlüssen, wodurch deren Genauigkeit verbessert wird. Wenn eine Spannungsdifferenz zwischen den Leitern 5 und 12 auf tritt, erzeugt die Verstärkung des oben beschriebenen Operationsverstärkers eine entsprechend verstärkte, in vertierte Änderung auf den Leiter 34. Der Emitterfolger transistor 35 koppelt diese Änderung auf den Leiter 40 und erzeugt die auch immer benötigten Ströme für die Transistoren 29 und 31, damit die beiden Ströme einan der gleich sind. Eine Rückkopplungsschleife mit den Transistoren 7 und 10 und dem Widerstand R 1 arbeitet, um die Größe von I _P zu ermitteln, während der Operations verstärker die Ströme durch die Kollektoren der Tran sistoren 7 und 10 gleichhält.

Fig. 6 zeigt ein abweichendes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem I _p durch eine "Δ V _BE über R"-Schal tung mit den NPN-Transistoren 7 und 10 und dem Nickel chromwiderstand R 1 wie in den obigen Schaltungen erzeugt wird. Jedoch wird der Strom I _N mit negativen Temperatur koeffizienten durch die Reihenschaltung des P-Kanal-JFET 50 mit dem Widerstand 11 erzeugt. Das Gate des JFET 50 ist an den Anschluß 3 angeschlossen. Gleichfalls ist der obere Anschluß des Widerstandes R 2 an den Anschluß 3 angeschlossen. Die Drain-Elektrode des JFET 50 ist an die Anoden der Dioden 51 und 52 angeschlossen. Die Kathode der Diode 51 ist an die Basen der Transistoren 7 und 10 angeschlossen. Die Kathode der Diode 52 ist an den Leiter 2 angeschlossen. Dioden 51 und 52 gewähr leisten ein anfängliches Inbetriebnehmen der Stromquelle mit zwei Anschlüssen.

Fig. 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfin dung, bei der der Strom I _P mit positiven Temperatur koeffizienten durch Anlegen einer sehr linearen Umkehr spannung einer Zenerdiode 65 über einen Nickelchrom- Widerstand 64 erzeugt wird, dessen Widerstandswert R 3 beträgt. Die Dioden 59 und 60 und der JFET 58 erzeugen eine Vorspannung auf dem Leiter 66, die an die Basen der PNP-Transistoren 62 und 63 angelegt wird. Der Strom I _N mit negativen Temperaturkoeffizienten wird durch Anlegen der V _BE-Spannung der NPN-Transistoren 55 und 56 über den Widerstand R 2 erzeugt. In dieser Stellung hat I _P einen Temperaturkoeffizienten von 300 ppm pro °C, während I _N einen negativen Temperaturkoeffizienten von -3300 ppm pro °C hat, wobei der gesamte Stromkoeffizient von I _REF in dem Bereich zwischen diesen beiden Grenzen einstell bar ist. Der positive Temperaturkoeffizient von I _P in dieser Schaltung hat eine niedrige Größe und ist linear von -55°C bis +125°C, so daß ein sehr linearer, tempe raturkompensierter Gesamtstrom zwischen den beiden An schlüssen 2 und 3 durch geeignetes Schalten des Verhält nisses von R 2 und R 3 erzielt werden kann.

Claims

1. Stromquelle mit zwei Anschlüssen, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

(a) ein erster Anschluß und ein zweiter Anschluß;
(b) ein erster, zweiter und dritter Transistor, wobei der erste und zweite Transistor jeweils eine Basis, einen Kollektor und einen Emitter haben, wobei der zweite Transistor eine wesentlich größere Emitter fläche als der erste Transistor hat, wobei der dritte Transistor eine Steuerelektrode, eine erste strom führende Elektrode und eine zweite stromführende Elektrode aufweist und wobei die Basis des ersten Transistors mit der Basis des zweiten Transistors verbunden ist, wobei die erste stromführende Elektro de, die Steuerelektrode und die zweite stromführende Elektrode des dritten Transistors mit der Basis des ersten Transistors, dem Kollektor des ersten Tran sistors und dem ersten Anschluß jeweils verbunden sind und wobei der Emitter des ersten Transistors mit dem zweiten Anschluß verbunden ist;
(c) eine erste Widerstandseinrichtung, die zwischen dem Emitter des zweiten Transistors und dem zweiten Anschluß liegt, um einen ersten Strom in dem Kollek tor des zweiten Transistors zu erzeugen;
(d) eine zweite Widerstandseinrichtung, die zwischen der ersten stromführenden Elektrode des dritten Tran sistors und dem zweiten Anschluß liegt, um einen zweiten Strom in der ersten und zweiten stromführen den Elektrode des dritten Transistors zu erzeugen;
(e) eine Stromspiegeleinrichtung, die zwischen den Kollektoren des ersten und zweiten Transistors und dem ersten Anschluß liegt, um einen dritten Strom in dem Kollektor des ersten Transistors zu erzeugen, der proportional zu dem ersten Strom ist, wodurch der erste und dritte Strom einen positiven Temperatur koeffizienten und der zweite Strom einen negativen Korrekturkoeffizienten hat und einen Strom in dem ersten und zweiten Anschluß fließt, dessen Tempera turkoeffizient durch das Verhältnis der Widerstands werte der ersten und zweiten Widerstandseinrichtung festgelegt ist.

2. Stromquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromspiegeleinrichtung einen vierten Tran sistor aufweist, der eine erste stromführende Elek trode hat, die mit dem ersten Anschluß verbunden ist, eine zweite, stromführende Elektrode hat, die mit dem Kollektor des ersten Transistors verbunden ist, und eine Steuerelektrode hat, die mit der zweiten strom führenden Elektrode verbunden ist, und einen fünften Transistor aufweist, der eine erste stromführende Elektrode hat, die mit dem ersten Anschluß verbunden ist, eine zweite stromführende Elektrode hat, die mit dem Kollektor des zweiten Transistors verbunden ist, und eine Steuerelektrode aufweist, die mit der Steuerelektrode des vierten Transistors verbunden ist.

3. Stromquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Stromspiegelvorrichtung einen vierten Tran sistor aufweist, der eine mit dem ersten Anschluß verbundene erste stromführende Elektrode, eine mit dem Kollektor des zweiten Transistors verbundene zweite stromführende Elektrode und eine Steuerelek trode hat, die mit der zweiten stromführenden Elek trode verbunden ist, und einen fünften Transistor aufweist, der eine mit dem ersten Anschluß verbundene erste stromführende Elektrode, eine mit dem Kollektor des ersten Transistors verbundene zweite stromführen de Elektrode und eine mit der Steuerelektrode des vierten Transistors verbundene Steuerelektrode auf weist.

4. Stromquelle nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen vierten Transistor, der eine mit der Strom spiegeleinrichtung verbundene erste stromführende Elektrode, eine mit dem Kollektor des zweiten Tran sistors verbundene zweite stromführende Elektrode und eine mit dem Kollektor des ersten Transistors ver bundene Steuerelektrode aufweist.

5. Stromquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Transistor ein bipolarer Transistor ist, dessen Steuerelektrode eine Basis, dessen erste stromführende Elektrode ein Emitter und dessen zweite stromführende Elektrode ein Kollektor ist.

6. Stromquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Transistor ein Feldeffekttransistor ist, dessen Steuerelektrode ein Gate, dessen erste oder zweite stromführende Elektrode eine Source und dessen andere stromführende Elektrode ein Drain ist.

7. Stromquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekenn zeichnet durch
einen vierten Transistor,
wobei der dritte und vierte Transistor NPN-Transisto ren sind,
wobei der vierte Transistor mit einem Emitter an den Emitter des dritten Transistors und die Basis des zweiten Transistors angeschlossen ist,
wobei der dritte und vierte Transistor eine Differen tialverstärkerschaltung mit einer Stromspiegelein richtung bilden, welche als Lastschaltung für den dritten und vierten Transistor angeschlossen sind,
wobei die Differentialverstärkerschaltung einen fünf ten Transistor aufweist, der eine Basis, einen Emitter und einen Ausgangsknoten hat, der mit dem Kollektor entweder des dritten oder des vierten Tran sistors verbunden ist und mit der Basis des fünften Transistors verbunden ist, und
wobei der Emitter des fünften Transistors mit dem dritten und dem vierten Widerstand verbunden ist, um einen ersten und einen dritten Strom zu den Kollek toren des ersten und zweiten Transistors zuzuführen.

8. Stromquelle mit zwei Anschlüssen, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

(a) einen ersten und einen zweiten Anschluß;
(b) eine erste Stromquelleneinrichtung, die zwischen dem ersten und zweiten Anschluß liegt, um lediglich einen Strom mit positiven Temperaturkoeffizienten von dem ersten Anschluß aufzunehmen und um lediglich einen Strom mit einem positiven Temperaturkoeffizien ten zu dem zweiten Anschluß zuzuführen;
(c) eine zweite Stromquelleneinrichtung, die zwischen dem ersten und zweiten Anschluß liegt, um lediglich einen Strom mit negativen Temperaturkoeffizienten von dem ersten Anschluß aufzunehmen und lediglich einen Strom mit negativen Temperaturkoeffizienten zu dem zweiten Anschluß zuzuführen; und
(d) eine Einrichtung zum wahlweisen Steuern der Größe der Ströme mit positiven und negativen Temperatur koeffizienten eines Gesamtstromes zu steuern, der gleich der Summe der Ströme mit positiven und nega tiven Temperaturkoeffizienten ist, die durch den ersten und zweiten Anschluß fließen.