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Dokumentenidentifikation DE19523329C2 16.10.1997
Titel Schaltungsanordnung zur Stromtransformation
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Draxelmayr, Dieter, Dipl.-Ing. Dr., Villach, AT
DE-Anmeldedatum 27.06.1995
DE-Aktenzeichen 19523329
Offenlegungstag 16.01.1997
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 16.10.1997
Veröffentlichungstag im Patentblatt 16.10.1997
IPC-Hauptklasse G05F 1/567
IPC-Nebenklasse G05F 3/26   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Stromtransformation mit vier Stromzweigen, die einen ersten, einen zweiten, einen dritten und einen vierten Transistor (T1 bis T4) enthalten, welche paarweise derart gekoppelt sind, daß die Emitteranschlüsse des ersten (T1) und des vierten Transistors (T4) mit einem ersten Knotenpunkt verbunden sind, daß die Emitteranschlüsse des zweiten (T2) und des dritten Transistors (T3) mit einem zweiten Knotenpunkt verbunden sind, daß jeweils der Steueranschluß und der Kollektoranschluß des zweiten (T2) sowie des dritten Transistors (T3) miteinander verbunden sind, und daß die Steueranschlüsse des ersten (T1) und des zweiten Transistors (T2) einerseits sowie des dritten (T3) und des vierten Transistors (T4) andererseits miteinander verbunden sind.

Eine derartige Schaltungsanordnung ist aus der AT E 29 605 B bekannt.

Oft besteht das Erfordernis, einen Strom mit bestimmten Eigenschaften zu erzeugen, die mit den bekannten Schaltungsanordnungen nicht realisierbar sind. Andere Schaltungsanordnungen lassen sich nur schlecht integrieren, beispielsweise weil sie Widerstände mit bestimmten Eigenschaften, beispielsweise temperaturkonstante Widerstände benötigen.

Insbesondere Schaltungsanordnungen, die einen Ausgangsstrom durch Multiplikation oder Division von Strömen erzeugen oder die sich zur Temperaturkompensation bzw. zur Erzeugung eines vorgegebenen Temperaturkoeffizienten eignen, sind nur unter großem Aufwand integrierbar und wenig bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Stromtransformation anzugeben, die integrierbar ist und sich insbesondere zur Erzeugung eines Stroms mit einem vorgegebenen Temperaturkoeffizienten eignet.

Diese Aufgabe löst die Erfindung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß sie sich sowohl zur Erzeugung eines Stroms durch Multiplikation oder Division von Einzelströmen eignet als auch als Schaltung zur Temperaturkompensation oder zur Erzeugung eines vorgegebenen Temperaturkoeffizienten. Beispielsweise eignet sich die Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines Stroms, der proportional zur absoluten Temperatur ist, ohne daß ein temperaturkonstanter Widerstand erforderlich ist. In gleicher Weise kann ein Ausgangsstrom mit einem linearen Temperaturgang aus einem gegebenen Mutterstrom erzeugt werden.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier in den Figuren der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein erster Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung zur Stromtransformation und

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Stromtransformationsschaltung mit zwei Ausgangsströmen.

Gemäß Fig. 1 enthält die Schaltungsanordnung zur Stromtransformation vier Stromzweige mit Transistoren T1 bis T4, die emitterseitig paarweise miteinander verbunden sind. Die Steueranschlüsse der Transistoren sind kreuzgekoppelt paarweise miteinander verbunden. Jeweils einer der Transistoren mit gemeinsamen Steueranschluß ist als Diode geschaltet. Gemäß Fig. 1 hat deshalb die Schaltungsanordnung vier Strom-Zweige mit einem ersten Transistor T1, einem zweiten Transistor T2, einem dritten Transistor T3 und einem vierten Transistor T4. Die Transistoren T1 und T4 sind emitterseitig miteinander verbunden, und die Transistoren T2 und T3 sind emitterseitig miteinander verbunden. Die Transistoren T1 und T2 sind basisseitig miteinander verbunden, und die Transistoren T3 und T4 sind basisseitig miteinander verbunden. Jeweils die Transistoren T2 und T3 sind als Diode geschaltet, indem ihr Kollektoranschluß mit dem Basisanschluß verbunden ist.

Dem Ausgangskreis jedes Transistors ist ein Lastelement L1 bis L4 zugeordnet, das z. B. als Widerstand ausgebildet sein kann. Jeweils der dem zugeordneten Transistor abgewandte Anschluß der Lastelemente L1 bis L4 ist mit einem Versorgungspotential V+ verbunden.

In den Emitterzweigen der paarweise miteinander gekoppelten Transistoren sind zwei Stromquellen SQ1 für die Transistoren T1 und T4 sowie SQ2 für die Transistoren T2 und T3 angeordnet. Den Transistoren T1 bis T4 sind Ausgangsströme I1 bis I4 zugeordnet. Die Ströme I2 und I3 haben zusätzlich die Basis- Emitter-Ströme für die Transistoren T1 und T2 einerseits sowie T3 und T4 andererseits aufzubringen. Die Stromquellen SQ1 und SQ2 können als Diode oder als Transistor ausgebildet sein, der von einem vorgegebenen Versorgungspotential gespeist wird. Die Stromquelle SQ1 erzeugt den Strom IO1, und die Stromquelle SQ2 erzeugt den Strom IO2. Die Stromquellen SQ1 und SQ2 sind mit einem zweiten Versorgungspotential, vorzugsweise dem Bezugspotential verbunden.

Die Systemgleichungen der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 lauten

I1/I4 = I2/I3

I1 + I4 = IO1

I2 + I3 = IO2.

Durch Umformung erhält man daraus beispielsweise die Ströme

I1 = I4 · I2/I3

und

IO1 = I4 · (1 + I2/I3).

Von den sechs beteiligten, in Fig. 1 eingezeichneten Strömen der Schaltungsanordnung sind drei unabhängig. Nach der Festlegung von drei Strömen ergeben sich die anderen drei Ströme aus den Systemgleichungen. Diese Eigenschaft kann ausgenutzt werden, um Ströme mit Abhängigkeiten zu erzeugen, die sich bei der Umformung der Systemgleichungen ergeben. Beispielsweise ist erkennbar, daß sich der Strom I1 aus der Multiplikation der Ströme I2 und I4 und der Division durch den Strom I3 ergibt. Faßt man I3 als nomierten Einheitsstrom aus, dann ergibt sich I1 aus der Multiplikation der Ströme I2 und I4. Andererseits ergibt sich I1 nach Umformung der Systemgleichungen aus dem Ausgangsstrom IO1 und den Zweigströmen I2 und I3 zu

I1 = IO1/(1 + I3/I2).

Die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 kann beispielsweise zur Temperaturkompensation oder zur Erzeugung eines Stroms mit einem vorgegebenen Temperaturkoeffizienten eingesetzt werden. Wird beispielsweise der Strom I2 aus einer Konstantspannung abgeleitet und der Strom I3 aus einer temperaturproportionalen Spannung und hat weiterhin der Strom IO1 einen linearen Temperaturübergang der Form dIO1/dT = 1 + a ·T, mit a = const., dann ist der Strom I1 temperaturstabil, d. h. unabhängig von der absoluten Temperatur T. I2 kann beispielsweise erzeugt werden aus einer Band-Gap-Schaltung und einem Widerstand mit einem beliebigen Temperaturgang. I3 kann erzeugt werden aus einer zur absoluten Temperatur proportionalen Spannung und einem Widerstand mit dem Temperaturgang, wie er bei dem Widerstand zur Erzeugung von I2 eingesetzt wird. Gemäß der Formel für I1 kompensieren sich dann die Temperaturgänge für IO1 und I3, so daß I1 temperaturstabil ist.

Andererseits kann umgekehrt bei der Vorgabe von I1 als temperaturstabil, beispielsweise mit Hilfe einer Konstantstromquelle und der Wahl für I2 und I3 in gleicher Weise wie vorstehend erläutert, nämlich I2 abgeleitet aus einer Konstantspannung und I3 abgeleitet aus einer temperaturproportionalen Spannung, ein Strom IO1 erzeugt werden, der proportional zur absoluten Temperatur T ist. Der Vorteil der Schaltungsanordnung liegt darin, daß ein temperaturkonstanter Widerstand nicht erforderlich ist, der in integrierter Technik nicht oder nur sehr schwer herstellbar ist. Erforderlich ist lediglich ein Widerstand mit einem gegebenen Temperaturgang, der aber beliebig gegeben sein kann.

Gemäß Fig. 2 ist die Schaltung der Fig. 1 erweitert um einen fünften Stromzweig mit dem Transistor T5 und einer Stromquelle SQ5, die in Serie zwischen die Versorgungsspannung geschaltet sind. T5 wird vom Kollektor des Transistors T1 gesteuert. Vom Verbindungspunkt des Transistors T5 mit der Stromquelle SQ5 werden die Steueranschlüsse des Stromquellentransistors TS und eines sechsten Transistors T6 gesteuert. TS dient als Stromquellentransistors für die Transistoren T1 und T4. Die Transistoren T2 und T3 werden von einer als Diode D1 geschalteten Quelle gespeist. Im Ausgangskreis des Transistors T6 fließt der Ausgangsstrom IO3. Gemäß der Systemgleichungen ergeben sich die Ausgangsströme

I4 = I1 ·I3/I2

und

IO3 = I1 ·(1 + I3/I2)

Die Schaltungsanordnung stellt damit eine Kombination der sich aus der Schaltung von Fig. 1 einzeln ergebenden Möglichkeiten dar.

Es versteht sich von selbst, daß die Schaltungsanordnungen der Fig. 1 und 2 auch zur Signalverarbeitung eingesetzt werden können, wenn die entsprechenden Übertragungsfunktionen gefordert sind.


Anspruch[de]
  1. 1. Schaltungsanordnung zur Stromtransformation mit vier Stromzweigen, die einen ersten, einen zweiten, einen dritten und einen vierten Transistor (T1 bis T4) enthalten, welche paarweise derart gekoppelt sind, daß die Emitteranschlüsse des ersten (T1) und des vierten Transistors (T4) mit einem ersten Knotenpunkt verbunden sind, daß die Emitteranschlüsse des zweiten (T2) und des dritten Transistors (T3) mit einem zweiten Knotenpunkt verbunden sind, daß jeweils der Steueranschluß und der Kollektoranschluß des zweiten (T2) sowie des dritten Transistors (T3) miteinander verbunden sind, und daß die Steueranschlüsse des ersten (T1) und des zweiten Transistors (T2) einerseits sowie des dritten (T3) und des vierten Transistors (T4) andererseits miteinander verbunden sind, wobei der Kollektoranschluß des ersten Transistors (T1) einen fünften Stromzweig mit einem fünften Transistor (T5) steuert, dessen Emitteranschluß einen sechsten Transistor (T6) in einem sechsten Stromzweig steuert.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitteranschluß des fünften Transistors (T5) einen als Stromquelle für den ersten und den vierten Transistor (T1, T4) ausgebildeten Transistor (T5) steuert.
  3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite oder der dritte Transistor (T2, T3) abhängig von einer Konstantspannung und der andere der beiden Transistoren abhängig von einer temperaturproportionalen Spannung ist und daß der den ersten und den vierten Transistor (T1, T4) speisende Strom (IQ1) eine vorgegebene Temperaturabhängigkeit hat.
  4. 4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite oder der dritte Transistor (T2, T3) abhängig von einer Konstantspannung und der andere der beiden Transistoren abhängig von einer temperaturproportionalen Spannung ist und daß einer der Ströme durch den ersten oder den vierten Transistor (T1, T4) temperaturstabil ist.
  5. 5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Knotenpunkt von einer Stromquelle (SQ2) gespeist wird, die eine Diode (D1) enthält.






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