Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer von Schwankungen einer Versorgungsgleichspannung unabhängigen Ausgangsgleichspannung

Abstract

 Bei einer Schaltungsanordnung zur Ezeugung einer stabilen Ausgangsgleichspannung (U_R) mit einem Spannungsstabilisierungskreis (10), einem Referenzspannungskreis (11), einem invertierenden Verstärker (12), einem Ausgangstreiber (13) zur Stromversorgung einer Last (20) sind zur Erzeugung der von einer Versorgungsgleichspannung (U_o) sowie der Lst (20) unabhängigen Ausgleichspannung (U_R) eine Ankopplung des invertierenden Verstärkers (12) und des Ausgangstreibers (13) über Widerstände (R₂₁, R₃₁) an den Stabilisierungskreis (10), eine Ankopplung des Referenzspannungskreises (11) und gleiche Werte der auf den Spannungsstabilisierungskreis (10) führenden Widerstände (R₂₁, R₃₁) sowie von im invertierenden Verstärker (12) und im Ausgangstreiber (13) liegende Widerstände (R₂₂, R₂₃, R₃₁) vorgesehen.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer von Schwankungen einer Versorgungsgleichspannung unabhängigen Ausgangsglachspannung, insbesondere zur Ansteuerung von Stromquellentransistoren zur Speisung von integrierten Schaltungen, mit einem an der Versorgungsgleichspannung liegenden Referenzspannungskreis in Form einer Reihenschaltung einer Konstantstromquelle und eines Potentialverschiebungszweiges, mit einem vom-Referenzspannungskreis angesteuerten invertierten Verstärker, in dessen Ausgangskreis eine seine Verstärkung festlegende Kombination aus Widerständen und mindestens einem Transistor liegt, mit einem vom invertierenden Verstärker angesteuerten, die Ausgangsgleichspannung liefernden Ausgangstreiber mit einer Emitterfolgerstufe und einem in deren Ausgangskreis liegenden Transistor und mit . einer Ansteuerung des Potentialverschiebungskreises im Re-. ferenzspannungskreis vom Ausgangstreiber.

[0002] Eine Schaltungsanordnung der vorstehend genannten Art ist aus der DE-OS 28 49 153 bekannt. Mit einer derartigen Schaltungsanordnung sind von einer Versorgungsgleichspannung unabhängige Ausgangsgleichspannungen erzeugbar, wobei Belastungsschwankungen praktisch keinen Einfluß auf .. die Ausgangsgleichspannung haben. Allerdings ist dabei insbesondere der Versorgungsspännungs- und der Temperaturbereich, für den die Unabhängigkeit der Ausgangsgleichspannung von der Versorgungsgleichspannung gilt, in vielen Fällen nicht ausreichend. Darüberhinaus ist bei der vorbekanntenSchaltungsanordnung die Stromverstärkung von in der Schaltungsanordnung verwendeten Transistoren nicht kompensierbar.

[0003] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der in Rede stehenden Art anzugeben, bei der die erzeugte Ausgangsgleichspannung in einem weiten Bereich der Versorgungsspannung, der Temperatur und der Bauelemente-Parameter, insbesondere der Stromverstärkung von bipolaren Transistoren, konstant ist.

[0004] Diese Aufgabe wird bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein an der Versorgungsspannung liegender, eine vorstabilisierte Spannung liefernde Spannungsstabilisierungskreis vorgesehen ist,

daß der Transistor im Ausgangskreis des invertierenden Verstärkers über einen Widerstand an einen die vorstabilisierte Spannung führenden Abgriff des Spannungsstabilisierungskreises angekoppelt ist,

daß der Transistor im Ausgangskreis der Emitterfolgerstufe des Ausgangskreises über einen Widerstand an den die vorstabilisierte Spannung führenden Abgriff des Spannungsstabilisierungskreises angekoppelt ist,

daß der Potentialverschiebungszweig des Referenzspannungskreises an den Ausgangskreis des Ausgangstreibers angekoppelt ist,

und daß die an den Abgriff des Spannungstabilisierungskreises führenden Koppelwiderstände so wie weitere im invertierenden Verstärker, und im Ausgangstreiber liegende Widerstände gleichen Widerstandswert besitzen.

[0005] Die vorstehend definierte Schaltungsanordnung besitzt den Vorteil, daß der Ausgangsspannungsbersbh durch eine Vorstabilisierung wesentlich erweitert, die Stromaufnahme für große Ausgangsgleichspannungen reduziert, der Durchgriff der Versorgungsgleichspannung auf die.Ausgangsgleichspannung wesentlich verringert und der Einfluß der Stromverstärkung von in der Schaltungsanordnung verwendeten Transistoren auf die Ausgangsgleichspannung vernachlässigbar klein ist.

[0006] Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.

[0007] Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der einzigen Figur der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Figur zeigt dabei ein Schaltbild einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.

[0008] Gemäß dem Schaltbild nach der Figur der Zeichnung liegt an einer mit Schwankungen behafteten Versorgungsgleichspannung U₀ ein Spannungsstabilisierungskreis 10 in Form einer Reihenschaltung eines Vorwiderstandes R_v sowie einer Diodenkette D₁ bis D_N. Ein derartiger Spannungsstabilisierungskreis ist an sich bekannt. An einem Abgriff zwischen dem Widerstand R_v und der Diodenkette D₁ bis D_N ist eine vorstabilisierte Spannung U_v abnehmbar.

[0009] Weiterhin liegt an der Versorgungsgleichspannung U₀ ein Referenzspannungskreis 11 in Form eines Spannungsteilers, der aus einer Konstantstromquelle in Form eines Transistors T₁₂ (gegebenenfalls mit Emitterwiderstand) und einem Potentialverschiebungszweig in Form der Reihenschaltung eines Transistors T₁₁ und einer Referenzdiode D₁₁ gebildet wird.

[0010] 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 T2₂ist ein weiterer Transistor T₂₁ eingeschaltet.

[0011] Der invertierende Verstärker 12 steuert einen Ausgangstreiber 13 mit einem als Emitterfolger geschalteten Tran- _sistor T₃₂ an. Im Emitterzweig dieses Transistores liegt ein Arbeitswiderstand R₃₂ sowie ein als Diode geschalteter Transistor T₃₃. Dieser Transistor T₃₃ bildet mit dem Transistor T₁₂ im Referenzspannungskreis 11 einen Stromspiegel, sodaß über diese beiden Zweige ein gleicher mit I₁ bezeichneter Strom fließt. Im Kollektorzweig des Tran- _si_st_{ors T32} liegt ein Transistor T₃₁, dessen Ansteuerung im folgenden noch genauer beschrieben wird.

[0012] Vom Emitter des Transistors T₃₂ des Ausgangstreibers 13 wird ein Transistor T₁₀ angesteuert, der zusammen mit einem Emitterwiderstand R₁₀ einen Stromquellentransistor zur Speisung einer schematisch dargestellten Last 20 dient. Diese Last 20 kann beispielsweise durch einen integrierten Schaltkreis gebildet werden.

[0013] Es ist darauf hinzuweisen, daß an den Ausgang des Treibers 13 am Emitter des Transistors T₃₂ mehrere Stromquellentransistoren nach Art des Transistors T₁₀ liegen können, die parallel über einen Strom I_L angesteuert werden. Am Widerstand R₁₀ steht die von Schwankungen der Versorgungsspannung U unabhängige Ausgangsgleichspannung U_R.

[0014] 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.

[0015] Weiterhin wird der Transistor T₁₁ im Referenzspannungskreis 11 über einen Widerstand R_B vom Verbindungspunkt - der Transistoren T₃₁ und T₃₂ im Ausgangstreiber 13 angesteuert.

[0016] Der über die Transistoren T₃₁ und T₃₂ im Ausgangstreiber 13 fließende Strom ist mit I₁ + I_L bezeichnet. Weiterhin sei der über den Transistor T₂₂ im invertierenden Verstärker fließende Strom mit I₂ bezeichnet. An der Referenz-Diode D₁₁ möge die Spannung U_D abfallen.

[0017] Zur Bestimmung der Ausgangsgleichspannung U_R seien die folgenden beiden Kreise in der Schaltung näher betrachtet.

[0018] Der erste Kreis verläuft vom Abgriff des Spannungsstabilisierungskreises 10 mit der Spannung U_v über den Widerstand R₂₁, den Transistor T₂₁, den Widerstand R₂₂, den Transistor T₃₂, den Transistor _T10 und den Widerstand ^R_10'

[0019] Der zweite Kreis verläuft ausgehend vom Punkt mit der Spannung U_v über den Widerstand R₃₁, den Transistor T₃₁, den Widerstand R_B, den Transistor T₁₁, die Diode B_11' den Transistor T₂₂ sowie den Widerstand R₂₃.

[0020] Unter der Voraussetzung, daß erfindungsgemäß die Widerstände R₂₁, R₂₂, R₂₃, R₃₁ den gleichen Widerstandswert besitzen, ergeben sich bei Vernachlässigung von Basisströmen zweiter Ordnung für die beiden vorgenannten Kreise folgenden Gleichungen:

[0021] Darin bedeuten die Indices BE mit einer entsprechenden Ziffer jeweils die Basis-Emitterspannung der entsprechenden Transistoren und ß deren Stromverstärkung.

[0022] Berücksichtigt man, daß an vom gleichen Strom durchflossenen Basis-Emitter-Strecken die gleiche Spannung abfällt, so ergibt sich aus den Gleichungen (1) und (2)

[0023] Aus der vorstehenden Gleichung (3) ist ersichtlich, daß die Ausgangsgleichspannung U_R unabhängig von der Spannung U_v und von dem in den Lastkreis fließenden Stiom I_L und damit also von der Versorgungsgleichspannung U_O und der Last 20 unabhängig ist.

[0024] Mit Hilfe des Widerstandes R_B kann der Stromverlust zwischen dem Emitter- und dem Kollektorstrom des Transistors _T10 ausgeglichen werden, wenn R_B = R₃₂ ist. Ist ^R_B^{=n R}_32' so können die α -Faktoren von weiteren n-1 Transistoren entsprechend dem Transistor T₁₀ im aktiven Teil der Schaltung ausgeglichen werden.

[0025] Die an den Widerständen des aktiven Teils der Schaltung abfallenden Spannungen sind der Spannung U_D proportional. Mit dem gleichen Proportionalitätsfaktor wird auch der Temperaturgang der Diode D₁₁ bzw. der Spannung U_D übertragen. Dies ist in vielen Fällen erwünscht, da damit Spannungen an Widerständen und Dioden gleiches Temperaturverhalten zeigen und. somit Differenzsignale in den Schaltungen frei von Temperatureinflüssen sind.

[0026] In manchen Fällen ist jedoch ein Diodentemperaturgang unerwünscht.

[0027] In solchen Fällen kann die Diode D₁₁ durch eine eine temperaturstabile Referenzspannung liefernde Schaltung ersetzt werden, wie sie beispielsweise aus "IEEE Journal of Silid-State Circuits, SC-7 (1972), S.267-269 im Prinzip bekannt ist.

Ansprüche

1. Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer von Schwankungen einer Versorgungsgleichspannung unabhängigen Ausgangsgleichspannung, insbesondere zur Ansteuerung von Stromquellentransistoren zur Speisung von integrierten Schaltungen, mit einem an der Versorgungsgleichspannung liegenden Referenzspannungskreis in Form einer Reihenschaltung, einer Konstantstromquelle und eines Potentialverschiebungszweiges, mit einem vom Referenzspannungskreis angesteuerten invertierenden Verstärker, in dessen Ausgangskreis eine seine Verstärkung festlegende Kombination aus Widerständen und mindestens einem Transistor liegt, mit einem vom invertierenden Verstärker angesteuerten, die Ausgangsgleichspannung liefernden Ausgangstreiber mit einer Emitterfolgerstufe und einem in deren Ausgangskreis liegenden Transistor und mit einer Ansteuerung des Potentialverschiebungskreises im Referenzspannungskreis vom Ausgangstreiber, dadurch gekennzeichnet, daß ein an der Versorgungsgleichspannung (U_o) liegender Spannungsstabilisierungskreis (10) vorgesehen ist,

daß der Transistor (T₂₁) im Ausgangskreis des invertierenden Verstärkers (12) über einen Widerstand (R₂₁) aneinen die vorstabilisierte Spannung (U ) führenden Abgriff des Spannungsstabilisierungskreises (10) angekoppelt ist,

daß der Transistor (T₃₁) im Ausgangskreis der Emitterfolgerstufe (T₃₂) des Ausgangstreibers (13) über einen Widerstand (R₃₁) an den die vorstabilisierte Spannung (U_v) führenden Abgriff des Spannungsstabilisierungskreises (10) angekoppelt ist,

daß der Potentialverschiebungszweig (T_11' D₁₁) des Re^fe- renzspannungskreises (11) an den Ausgangskreis des Ausgangstreibers (13) angekoppelt ist,

und daß die an den Abgriff des Spannungsstabilisierungskreises (10) führenden Koppelwiderstände (R₂₁, R31) ^so- wie weitere im invertierenden Verstärker (12) im Aus- g_ang_streiber (13) liegende Widerstände (R22, R23, ^R₃₁) gleichen Widerstandswert besitzen.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Potentialver- schiebungszweig (T₁₁, D₁₁) des Referenzspannungskreises (11) über einen Widerstand (R_B) an den Ausgangskreis des Ausgangstreibers (13) angekoppelt ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert des Koppelwiderstandes (R_B) zwischen Potentialverschiebungszweig (T₁₁, D₁₁) des Referenzspannungskreises (11) und dem Ausgangskreis des Ausgangstreibers (13) gleich dem Wert eines Arbeitswiderstandes (R₃₂) der Emitterfolgerstufe (T₃₂) des Ausgangstreibers (13) ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Wert des Koppelwiderstandes (R_B) zwischen Potentialverschiebungszweig (T₁₁, D₁₁) des Referenzspannungskreises (11) und an dem Ausgangskreis des Ausgangstreibers (13) gleich dem n-fachen Wert des Arbeitswiderstandes (R₃₂) der Emitterfolgerstufe (T₃₂) des Ausgangstreibers (13) ist.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Transistor (T₁₂) der Konstantstromquelle des Referenzspannungskreises (11) sowie ein im Ausgangskreis des Ausgangstreibers (12) liegender Transistor (T₃₃) einen Stromspiegel bilden.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Potentialverschiebungszweig (T₁₁, D₁₁) des Referenzspannungskreises (11) eine Diode (D₁₁) ein Referenz enthält.

Zeichnung