DE1638010A1

DE1638010A1 - Festkoerperschaltkreis fuer Referenzverstaerker

Info

Publication number: DE1638010A1
Application number: DE19681638010
Authority: DE
Inventors: Bleher Hartmut Dipl-Ing Dr
Original assignee: Deutsche ITT Industries GmbH
Current assignee: TDK Micronas GmbH
Priority date: 1968-01-27
Filing date: 1968-01-27
Publication date: 1971-10-28
Also published as: FR2000857A6; DE1638010B2; DE1638010C3; US3567964A

Description

Deutsche XTT Industries GmbH H. Bleher - 2

7o Freiburg, Hans-Bunte-Str· 19 27. Dezember I967

Pat.Mo/Ko

IM/Reg. 272 - Pl 534

DEUTSCHE ITT INDUSTRIES GESELLSCHAFT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG, FREIBURG i.Br.

Festkörpersohaltkreis für Referenzverstärker Zusatz zu Patent .............

(Patentanmeldung D 49727 VIIIb/21c)

Die Hauptanmeldung D 49727 VIIIb/21o betrifft einen Festkörpersahaltkreis für Referenzverstärker, bei dem die Emitter zweier in einem als gemeinsame Kollektorzone dienenden Halbleiterkörper angeordneter, gleichartiger Transistorstrukturen elektrisch leitend verbunden sind und bei dem die Potentiale an der gemeinsamen Kollektorzone und den Basiszonen derart gewählt sind, daß der Emitter-Basis-pn-übergang der einen Transistorstruktur in Fluflrlohtung und der Emitter-Basis-pn-übergang der anderen Transistorstruktur in Sperriohtung oberhalb seiner Durchbruchspannung gepolt ist*

Es hat sloh nun gezeigt, daß die Höhe der Abbruchspannung der als Z-Diode dienenden Transistorstruktur nur in engen Grenzen wählbar ist, wenn mittels der als Transistor wirkenden Transietorstruktur der Temperaturkoeffizient der Gesamtanordnung möglichst klein gemacht werden soll.

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Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt« einen Festkörperschaltkreis für Referenzverstärker anzugeben, dessen als Z-Diode wirkender Teil größere Abbruchspannungen erlaubt und bei dem die OUte der Temperaturkompensation welter verbessert ist«

Der Festkörperschaltkreis der Hauptanmeldung wird zur Lösung dieser Problemstellung erfindungsgemäß so weitergebildet» daß weitere Transistorstrukturen, deren Emitter-Basis-pn-Übergänge in Flußrichtung als Flußdioden betrieben sind« und weitere Transistorstrukturen, deren Emitter-Basis-pn-Übergänge im Abbruchgebiet als Z-Dioden betrieben sind. In gemeinsamen Halbleiterkörper angeordnet sind und daß die Bnitter-Basis-pn-Übergänge der weiteren Transistorstrukturen elektrisch in Reihe geschaltet sind. Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind sowohl der Vorwiderstand der Z-Dioden- und Flußdioden-Reihenschaltung als auch die die Basisvorspannung der als Referenzverstärker wirkenden Transistorstruktur festlegenden Spannungsteilerwiderstände im gemeinsamen Halbleiterkörper als Zonen entgegengesetzten Leitungstyps oder auf dem Halbleiterkörper als aufgebrachte Widerstandsschichten angeordnet. Die Erfindung hat nämlich erkannt« daß noch weitere Bauelemente des Referenzverstärkers in den Festkörperschaltkreis niteinbez-ogen werden können.

Die Erfindung wird nun anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert.

Flg. 1 zeigt das elektrische Ersatzschaltbild der Anordnung

nach der Hauptanmeldung, ergänzt durch weitere Schaltelemente, deren Gesamtheit eine Spannungeregelschaltung ergibt.

BAD ORIGINAL

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Pig. 2 zeigt das elektrische Ersatzschaltbild des erfindungsgemäflen Pestkörperschaltkreises.

Fig. 3 zeigt das elektrische Ersatzschaltbild einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Festkörperschaltkreises.

Flg. 1 zeigt das Schaltbild einer Üblichen Spannungsregelschaltung« die am Ausgang die konstante Spannung U erzeugt. Die im gestrichelt eingezeichneten Rechteck angegebenen Schaltsymbole kennzeichnen den Pestkörperschaltkreis nach der Hauptanmeldung, der aus zwei im gemeinsamen Kollektormaterial N angeordneten Transistorstrukturen T₁ und D₁ besteht. Die Transistorstruktür T₁ wirkt in der Gesamtschaltung als Transistor, und zwar als Vergleichs-Verstärkerstufe für die durch die Transistorstruktur D₁ erzeugte Referenzspannung und die vom Spannungsteiler R,, R„ erzeugte, dem Istwert der Ausgangsspannung U proportionale Spannung, die am Mittelpunkt dieses Spannungstellers abgegriffen und der Basis der Transistorstruktur T₁ Über den Anschluß 2 zugeführt wird. Am Kollektor des Transistors T₁ und damit auch gleichzeitig am gemeinsamen Kollektormaterial N_Q ist Über den Anschluß 4- die Basis des im Ausführungsbeispiel als Transistor gezeichneten steuerbaren Widerstandes W₈^, sowie der Widerstand R angeschlossen. Über den Widerstand R^ und den Anschluß 3 wird d&ir in Sperriohtung betriebenen Emitter-Basis-pn-Ubergang der Translstorstruktur D₁ ein solcher Strom zugeführt, daß dieser Emitter-Bas Is -pn-übergang im Abbruchgebiet als Z-Diode arbeitet. Der positive Temperaturkoeffizient der Transistorstruktur D₁ und der negative Temperaturkoeffizient des Emitter-Basis-pn-übergangs der

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BAD OFItQlNAL

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Transistorstruktur T, kompensieren sich gegenseitig, so daß der Pestkörpersehaltkreis nach der Hauptanmeldung temperaturkompensiert ist. Bei Schwankungen der Eingangsspannung U_e verändert sich die am steuerbaren Widerstand W . abfallende Spannung, so daß die Ausgangsspannung U konstant bleibt. Der Referenzverstärker nach der Hauptanmeldung besitzt die äußeren Anschlüsse If 2, 3, 4.

Die Erfindung geht nun von der Erkenntnis aus, daß nicht nur eine als Z-Diode wirkende Transistorstruktur im gemeinsamen Kollektormaterial N_c untergebracht werden kann, sondern daß auch mehrere in Serie zu schaltende Transistorstrukturen eingebracht werden können, deren Basis-Emitter-pn-Ubergänge über den Vorwiderstand R so vorgespannt und mit einem solchen Strom betrieben werden, daß sie alle im Abbruchgebiet als Z-Dioden wirken. Somit ist es möglich, nicht nur wie beim Pestkörperschaltkreis der Hauptanmeldung eine Abbruchspannung von etwa 5-7 Volt, sondern ein Vielfaches dieses Wertes einzustellen.

In Pig. 2 ist die als Z-Dioden wirkende Serienschaltung von Transistorstrukturen, die alle im gemeinsamen Kollektormaterial N untergebracht sind, durch die Transistorstrukturen D₁ und D_n angegeben. Die zwischen diesen beiden Transistorstrukturen gezeichneten Trennungslinien sollen veranschaulichen, daß mehr als zwei solcher Strukturen in Reihe geschaltet werden können. Begrenzt wird die maximale Anzahl der in Reihe geschalteten, als Z-Diode wirksamen Basis-Emitter-pn-Ubergänge durch die Basis-Kollektor-Abbruchspannung der Struktur. Ferner enthält der erfindungsgemäße

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■: BAD ORIGINAL

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Festkörperschaltkreis außer der Transistorstruktur T₁ noch weitere Transistorstrukturen T₂ bis T_m· Auch diese Transistorstrukturen sind alle in das gemeinsame Kollektormaterial N_Q eingebracht. Die Transistorstrukturen T₂ bis T dienen aufgrund des negativen Temperaturkoeffizienten ihrer Basis-Emitter-Spannung als Transistorstrukturen, die die durch die vergrößerte Anzahl von als Z-Dioden wirksamen Transistorstrukturen bedingte Vergrößerung des positiven Temperaturkoeffizienten kompensieren. Die Transistorstrukturen T₂ bis T_m sind also als Plußdioden betrieben.

Wie Flg. 2 zeigt, können die Spannungsteilerwiderstände R₁ und R₂, die die Vergleichsspannung für den Transistor T. erzeugen, und der Vorwiderstand R_y, der den über die Z-Diodenkette fließenden Strom bestimmt, nach einer Weiterbildung der Erfindung in das gemeinsame Kollektormaterial N_Q als Zonen des entgegengesetzten Leitungstyps eingebracht oder auf den Halbleiterkörper als Widerstandsschichten aufgebracht werden, sofern der Referenzverstärker für eine gegebene Ausgangsspannung U bemessen werden soll· Der Pestkörperschaltkreis nach der Erfindung besitzt dann nur noch die äußeren Anschlüsse 1, 4 und 5, d.h. gegenüber dem Festkörpereohaltkreis der Hauptanmeldung kann ein äußerer Anschluß eingespart werden, was z.B. den Vorteil hat, daß dieser Festkörpersohaltkreis in einem handelsüblichen normalen, dreibeinigen Transistorgehäuse untergebracht werden kann· Der Widerstand R_Q ist wie bei der Anordnung nach Pig. 1 der Arbeitswiderstand der Transletorstruktur T₁. Vom äußeren Ansohlußpunkt 4 wird der steuerbare Widerstand W_sfc gesteuert, d.h. im Ausführungsbeispiel nach den Pig. 2 und jj die Basis des gezeichneten Transistors.

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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann die Wirkung der als Flußdioden wirkenden Transistorstrukturen D~ bis D

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dadurch verbessert werden, daß die Emitterwiderstände Rg₂ bis eingefügt werden. Nach Fig. 3 verbindet jeder dieser Widerstände die beiden Emitter aufeinanderfolgender Transistorstrukturen der Kette T₁ bis T_m· Nach Fig. 2 liegt Jeder dieser Widerstände zwischen dem Pol 3, an dem der Vorwiderstand R_v angeschlossen ist, und dem zugehörigen Emitter der entsprechenden Transistorstruktur, also z.B. Widerstand R_£2 am Emitter der Transistorstruktur T₂ usw. Diese gegenüber der Anordnung von Fig. 3 andere Anordnung der Emitterwiderstände Rg₂ bis R^_n (Fig. 2) hat den Vorteil, daß die Emitterströme der Transistorstrukturen T₀ bis T und damit die Temperaturkompensation gegen die Toleranzen der Emitterwiderstände unempfindlich werden.

Durch das Einfügen dieser Widerstände und durch entsprechende Wahl der Widerstandswerte dieser Widerstände kann ein Feinabgleich des Temperaturkoeffizienten erreicht werden. Am steuerbaren Widerstand W . fällt bei schwankender Eingangsspannung IJ eine solche ver-

Sw ™

änderliche Spannung ab, daß die Ausgangsspannung U konstant W ^:v d.h. die Ausgangs spannung U wird auf einen konstanten Wert el geregelt.

-Ϊ 09844/0230 BAD QfKGlNAL

Claims

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Patentansprüche

/T) Pestkörperschaltkreis für Referenzverstärker, bei dem die Emitter zweier in einem als gemeinsame Kollektorzone dienenden Halbleiterkörper angeordneter, gleichartiger Transistorstrukturen elektrisch leitend verbunden sind und bei dem die Potentiale an der gemeinsamen Kollektorzone und den Basiszonen derart gewählt sind, daß der Emitter-Basis-pn-Übergang der einen Transistorstruktur in Flußrichtung und der Emitter-Basis-pn-Übergang der anderen Transistorstruktur in Sperrichtung oberhalb seiner Durchbruchspannung gepolt ist, nach Patent .............. (Patentanmeldung D 4-9727 VIIIb/21e), dadurch gekennzeichnet, daß weitere Transistorstrukturen (T₂ .·.. T_m), deren Emitter-Basis-pn-Übergänge in Plußrichtung als Flußdioden, und weitere Transistorstrukturen (D_n)» deren Emitter-Basis-pn-Ubergänge im Abbruchgebiet als Z-Dioden betrieben sind, im gemeinsamen Halbleiterkörper (N) angeordnet sind und daß die Emitter-Basis-pn-übergänge der weiteren Transistorstruktüren elektrisch in Reihe geschaltet sind.
2) Festkörperschaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Vorwiderstand (R_y) der Z-Diodenkette als auch die die Basisvorspannung der Referenztransistorstruktur (T.) festlegenden Spannungsteilerwiderstände (R₁, Rg) im gemeinsamen Halbleiterkörper (N ) als Zonen entgegengesetzten Leitungstyps oder auf dem Halbleiterkörper als aufgebrachte Widerstandsschichten angeordnet sind.

JJ₉₈44/0230 ^ _0RieiNAL

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Festkörperschaltkreis nach den Ansprüchen 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der über die Eänitter-Basispn-übergänge der als Flußdioden betriebenen Transistorstrukturen (Tg·.-.Tj_n) fließende Strom durch Emitterwiderstände (RgPβ..Rj. ) eingestellt ist, die im geraeinsamen Halbleiterkörper (Ν_Λ) als Zonen entgegengesetzten Leitungstyps oder auf dem Halbleiterkörper als aufgebrachte Widerstandsschichten angeordnet sind.

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