Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer temperaturunabhängigen Referenzspannung

Abstract

 Bei einer Bandgap-Schaltungsanordnung ist der Widerstand einer Dioden-Widerstandsstrecke (T₂, X, Y), an der eine temperaturunabhängige Referenzspannung (U_BG = Bandgap-Spannung) abnehmbar ist, als Reihenschaltung mindestens zweier Widerstände (X. Y) ausgebildet. die einer Diode (T,) parallel liegt, wobei die temperaturunabhängige Referenzspannung (U_BG1) an einem der Widerstände (X) abnehmbar ist.

Beschreibung

[0001] Die Vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer temperaturunabhängigen Referenzspannung in Form einer Bandgap-Schaltung, in der an einer Dioden-Widerstandsstrecke die dem Bandabstand des Halbleitermaterials der in der Schaltung verwendeten Bauelemente entsprechende temperaturunabhängige Referenzspannung abnehmbar ist.

[0002] Bandgap-Schaltungen der vorstehend genannten Art sind bekannt und beispielsweise in dem Buch "Halbleiter-Schaltungstechnik" von U. Tietze und Ch. Schenk, 5. überarbeitete Auflage, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 1980, S. 387 ff. und in "IEEE Journal of Solid-State Circuits," SC-7 (1972), S. 267-269 beschrieben.

[0003] Eine derartige-bekannte Bandgap-Schaltung ist in Fig. 1 der Zeichnung dargestellt. Bei dieser Ausführungsform einer Bandgap-Schaltung sind zwei Zweige vorhanden, von denen einer durch einen als Diode geschalteten Transistor T₁ mit einer einen Strom einprägenden Stromquelle I₁ und ein zweiter durch einen als Diode geschalteten Transistor T₂, einen in Reihe dazu liegenden Widerstand R₂, einen dazu in Reihe liegenden Mehremitter-Transistor T₃ sowie einen weiteren in Reihe liegenden Widerstand R₃ gebildet wird. Die Basen des als Diode geschalteten Transistors T₁ und des Mehremitter-Transistors T₃ sind mit-Bei einer derartigen Bandgap-Schaltung ist an der Dioden-Widerstandsstrecke T₂, R₃ eine temperaturunabhängige Referenzspannung U_BG abnehmbar, welche dem Bandabstand des Halbleitermaterials der in der Schaltung verwendeten Bauelemente entspricht. Für Silicium ist diese Spannung etwa gleich 1,2 Volt.

[0004] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung der vorstehend genannten Art derart weiterzubilden, daß auch temperaturunabhängige Referenzspannungen erzeugbar sind, deren Wert sich von der Bandgap-Spannung des verwendeten Halbleitermaterials unterscheidet.

[0005] Diese Aufgabe wird bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Widerstand der Dioden-Widerstandsstrecke als Reihenschaltung mindestens zweier Widerstände ausgebildet ist, die einer Diode parallel liegt, und daß die temperaturunabhängige Referenzspannung an einem der Widerstände abnehmbar_.ist.

[0006] -Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren 2 und 3 der Zeichnung dargestellten Asuführungsbeispielen näher erläutert.

[0007] Es zeigt:

Fig. 2 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Ausführungsform, wobei gleiche Elemente wie in der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, und

Fig. 3 ein Schaltbild einer Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer von Schwankungen einer Versorgungsgleichspannung freien Ausgangsgleichspannung unter Verwendung einer Bandgap-Schaltung nach Fig. 2.

[0008] Im Unterschied zu der bekannten Schaltungsanordnung nach Fig. 1 liegt bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform gemäß Fig. 2 dem als Diode geschalteten Transistor T₂ die Reihenschaltung zweier Widerstände X und Y parallel. In diese Dioden-Widerstandsstrecke wird über eine Strom-. quelle I₂ ein Strom eingespeist. Eine temperaturunabhängige Referenzspannung U_BG1 ist am Widerstand X abnehmbar.

[0009] Im übrigen unterscheidet sich die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung nach Fig. 2 nicht von der vorbekannten Schaltungsanordnung nach Fi. 1.

[0010] Bezeichnet man den im Ausgangskreis (Kollektor-Emitter-Kreis) des Transistors T₃ fließenden Strom mit I_T' wie dies in.den Fig. 1 und 2 eingetragen ist, so ergibt sich für die Spannung U_BG nach Fig.1:

[0011] Darin bedeutet U_BE die Basis-Emitter-Spannung des als Diode geschalteten Transistors T₂.

[0012] Für die Schaltung nach Fig. 2 ergibt sich für die Spannung U_BG1 entsprechend:

[0013] Es zeigt sich also, daß die temperaturstabile Referenzspannung U_BG1 in der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 der Bandgap-Spannung U_BG nach Fig. 1 proportional ist, wobei der Proportionalitätsfaktor durch die Widerstände der Reihenschaltung der beiden Widerstände X und Y festgelegt ist. Durch die Wahl der Widerstandswerte für die Widerstände X und Y lassen sich also temperaturunabhängige Referenzspannungen einstellen, deren Wert vom Wert der Bandgap-Spannung verschieden ist.

[0014] Eine Verwendung der vorstehend anhand von Fig. 2 beschriebenen Schaltungsanordnung in einer Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer von Schwankungen einer Versorgungsgleichspannung U_O freien Ausgangsgleichspannung U_R zeigt Fig. 3. Es ist zu bemerken, daß eine solche Schaltungsanordnung zur Erzeugung der Spannung U_R in einer deutschen Patentanmeldung vom gleichen Anmeldetage der Anmelderin mit dem Titel " Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer von Schwankungen einer Versorgungsgleichspannung unabhängigen Ausgangsgleichspannung" beschrieben ist.

[0015] Gemäß dem Schaltbild nach der Fig. 3 der Zeichnung liegt an einer mit Schwankungen behafteten Versorgungsgleichspannung U_o ein Spannungsstabilisierungskreis 10 in Form einer Reihenschaltung eines Vorwiderstandes R_v sowie einer Diodenkette D₁ bis D_N. An einem Abgriff zwischen dem Widerstand R_v und der Diodenkette D₁ bis D_N ist eine vorstabilisierte Spannung U_v abnehmbar.

[0016] Weiterhin liegt an der Versorgungsgleichspannung U_o ein Referenzspannungskreis 11 in Form eines Spannungsteilers, der aus einer Konstantstromquelle in Form eines Transistors T₁₂ (gegebenenfalls mit Emitterwiderstand) und einem Potentialverschiebungszweig in Form eines Kreises aus einem Transistor T₁₁ und der Bandgap-Schaltungsanordnung entsprechend Fig. 2 gebildet wird.

[0017] Von diesem Referenzspannungskreis 11 wird ein die Verstärkung -1 aufweisender invertierender Verstärker 12 mit einem Transistor T₂₂, einem Kollektorwiderstand R₂₂ und einem Emitterwiderstand R₂₃ angesteuert. In den Kollektorkreis des Transistors T₂₂ ist ein weiterer Transistor T₂₁ eingeschaltet.

[0018] Der invertierende Verstärker 12 steuert einen Ausgangstreiber 13 mit einem als Emitterfolger geschalteten Transistor T₃₂ an. Im Emitterzweig dieses Transistors liegt ein Arbeitswiderstand R₃₂ sowie ein als Diode geschalteter Transistor T₃₃. Dieser Transistor T₃₃ bildet mit dem Transistor T₁₂ im Referenzspannungskreis 11 einen Stromspiegel, so daß über diese beiden Zweige ein gleicher mit I₁ bezeichneter Strom fließt. Im Kollektorzweig des Transistors T₃₂ liegt ein Transistor T₃₁, dessen Ansteuerung im folgenden noch genauer beschrieben wird.

[0019] .Vom Emitter des Transistors T₃₂ des Ausgangstreibers 13 ist die Ausgangsspannung U_R abnehmbar.

[0020] Um nun eine in einem weiten Bereich von der Versorgungsgleichspannung und der Bauelementeparameter unabhängige Ausgangsgleichspannung U_R zu erhalten, werden der Transistor T₂₁ im invertierenden Verstärker 12 über einen Widerstand R₂₁ und der Transistor T₃₁'im Ausgangstreiber 13 über einen Widerstand R₃₁ vom Abgriff des Spannungsstabilisierungskreises angesteuert, an dem die vorstabilisierte Spannung U_v steht. Die Kopplung über den Widerstand R₂₁ verbessert dabei noch die Verstärkung im Sinne einer genaueren'Einstellung der Verstärkung -1 des invertierenden Verstärkers.

[0021] Weiterhin wird der Transistor T₁₁ im Referenzspannungskreis über einen Widerstand R_B vom Verbindungspunkt der Transistoren T₃₁ und T₃₂ im Ausgangstreiber 13 angesteuert. Die Ausgangsspannung U_R ist, wie in der oben genannten deutschen Patentanmeldung der Anmelderin beschrieben, von der durch die Bandgap-Schaltungsanordnung erzeugten temperaturunabhängigen Referenzspannung U_BG1 abhängig.

[0022] In der Schaltungsanordnung nach Fig. 3 wird die Stromquelle I₁ nach Fig. 2 durch Kreis aus den Transistoren T₃₁ T₃₂ und dem Widerstand R₃₂ und die Stromquelle I₂ nach Fig. 2 durch den Transistorzweig T₁₂ gebildet. Die Diode T₁ gemäß Fig. 2 wird durch die Diode T₃₃ gebildet. Da durch die Elemente T₁₂ und T₃₃ ein Stromspiegel gebildet wird, sind im vorliegenden Fall die Ströme I₁ und I₂ nach Fig. 2 gleich, d. h. , in der Schaltungsanordnung nach Fig. 3 fließt in beiden Zweigen der gleiche Strom I₁. In der Schaltungsanordnung nach Fig. 3 ist der in der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 eine Diode bildende Transistor T₂ etwas anders geschaltet. Sein Kollektor ist an die Versorgungsspannung U_O geführt, so daß seine Basis-Emitter-Strecke in der Bandgap-Schaltungsanordnung die Diode bildet.

Ansprüche

1. Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer temperaturunabhängigen Referenzspannung in Form einer Bandgap-Schaltung, in der an einer Dioden-Widerstandsstrecke die dem Bandabstand des Halbleitermaterials der in der Schaltung verwendeten Bauelemente entsprechende temperaturunabhängige Referenzspannung abnehmbar ist, dadurch gekennzeichnet , daß der Widerstand der Dioden-Widerstandsstrecke (T₂, X, Y) als Reihenschaltung mindestens zweier Widerstände (X, Y) ausgebildet ist, die einer Diode (T₂) parallel liegt, und daß die temperaturunabhängige Referenzspannung (U_BG1) an einem der Widerstände (X) abnehmbar ist.

Zeichnung