DE2060504A1 - Monolithisch integrierbare Schaltungsanordnung zum Ansteuern eines oder mehrerer als stromkonstanthaltende Elemente geschalteter Transistoren - Google Patents

Description

Deutsche ITT Industries GmbH. , W.Kreitz et al 4-3-1

78 Freiburg i.B., Hans-Bunte-Str. 19 Pat.Mo/Wi/Th.-Fl

7. Dezember 1970

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DEUTSCHE ITT INDUSTRIES GESELLSCHAFT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG

FREIBURG I.B.

Monolithisch integrierbare Schaltungsanordnung zum Ansteuern eines oder mehrerer als strpmkpnstanthaltende Elemente geschalteter Transistoren

Aus der Zeitschrift "IEEE Transactions on Circuit Theory", Dezember 1965, Seiten 586 bis 590 ist es bekannt, Transistoren oder Transistorstrukturen bei entsprechender Ansteuerung als sogenannte Konstantstromquellen zu betreiben. Hierbei wird der als stromkonstanthaltendes Element dienende Transistor, wie in Fig. 1 anhand der Transistoren T₀ und T₃ angegeben, mit seinem Emitter an dem pannungsführenden Pol der Betriebsspannungsquelle U_ und mit seiner Basis an einer Steuerschaltung angeschlossen, die aus dem Transistor T_ und dem Widerstand R₀ besteht. Der Kollektor des stromkonstanthaltenden Transistors T« ist mit einem geeigneten Punkt irgendeiner Schaltungsanordnung verbunden, der der konstante Strom zugeführt werden soll, was in den Figuren durch die Pfeilspitzen angedeutet ist. Die Ansteuerschaltung besteht bei der bekannten Anordnung aus einem

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Transistor gleichen 'Leitungstyps, der mit seinem Emitter ebenfalls am spannungsführenden Pol der Betriebsspannungsspule U_n angeschlossen 1st, während dessen Kollektor und dessen Basis direkt miteinander verbunden sind und über einen Widerstand R_n an dem anderen Pol der Betriebsspannung angeschlossen sind, der in den Figuren mit dem Schaltungsnullpunkt identisch ist. Der stromkonstanthaltende Transistor T. wird dadurch angesteuert., das dessen Basis mit der Basis des Steuertransistors T_ gleichütrommäßig verbunden 1st. Wie später gezeigt werden wird, läßt sich nun der aus dem Kollektor des stromkonstanthaltenden Transistor T₁ entnehmbare Strom durch Verändern des Widerstandswertes R₀ einstellen.

Die Verwendung solcher als stromkonstanthaltende Elemente geschalteter Transistoren ist sehr vielseitig. So ist es beispielsweise aus der Zeitschrift "IEEE Journal of Solid-state Circuits", Juni 1969, Seiten 110 bis 123, insbesondere Seite HS ff, bekannt, in monolithisch integrierten Schaltungen solche stromkonstanthaltenden Transistoren als entkoppelnde Elemente zwischen einzelnen Schaltungsstufen au verwenden. Eine weitere Verwendung solcher Konstantstromquellen ist aus der Zeitschrift "radio mentor", September 1967, Seiten 702 und 703 bekannt? hierbei dient der als stromkonstanthaltendes Element geschaltete Transistor als Kollektorwiderstand eines anderen Transistors einer monolithisch integrierten Schaltung.

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Auch bei Schaltungsanordnungen,die aus einzelnen Bauelementen in üblicher Weise, also in sogenanntem diskreten Aufbau ausge-■ führt sind, ist die Verwendung von stromkonstanthaltenden Transistoren bereits bekannt, vgl. das Buch "Siemens-Halbleiter-Schaltbeispiele", April 1964, Seiten 57 und 58; hier handelt es sich um einen hochempfindlichen Gleichstromnullpunktverstärker, bei dem als Kollektorwiderstand eines Verstärkertransistors ein als stromkonstanthaltendes Element geschalteter Transistor dient.

Ferner ist es bekannter Stand der Technik, auch mehrere als stromkonstanthaltende Elemente geschaltete Transistoren von einer einzigen Ansteuerschaltung aus zu betreiben. Hierbei werden die einzelnen Basiszuleitungen der stromkonstanthaltenden Transistoren miteinander verbunden, wie dies in Fig. 1 anhand der Transistoren T_ bis T angedeutet ist. Aus dem Valvo-Handbuch "Integrierte Schaltungen 1968", April 1968, Seite 171, ist das Prinzip-Schaltbild eines monolithisch integrierten mehrstufigen Differenzverstärkers bekannt, bei dem eine solche Mehrfachkonstantstromquelle als Emitterwiderstände der einzelnen Differenzverstärkerstufen dient. Aus der Schweizer Patentschrift 484 521, die der deutschen Offenlegungsschrift 1 911 934 und der französischen Auslegeschrift 2 012 426 entspricht, ist schließlich eine monolithisch integrierte Mehrfachkonstantstromquelle bekannt geworden, deren einzelne als stromkonstanthaltende

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Elemente dienende Transistoren als Kollektorwiderstände von bistabilen Multivibratorschaltungen dienen.

Als Ansteuerschaltung bei der Mehrfachkonstantstromquelle nach der zuletzt genannten Schweizer Patentschrift ist ebenfalls eine Schaltungsanordnung vorgesehen, die der Ansteuerschaltung nach der Fig. 1 der Zeichnung entspricht, d.h. die mit der Schaltung des Transistors T und des Widerstandes R im wesentlichen identisch ist.

Ausgehend von diesem Stand der Technik betrifft die vorliegende Erfindung eine monolithisch integrierbare Schaltungsanordnung zum Ansteuern eines oder mehrerer als stromkonstanthaltende Elemente geschalteter Transistoren oder Transistorstrukturen des einen Leitungstyps und gleicher oder unterschiedlicher Emitterkonfiguration, die in diskret aufgebauten oder integrierten Schaltungen als Ersatz ohmscher Widerstände, vorzugsweise als Ersatz hochohmiger Widerstände, dienen und deren Basis-Emitter-Strecken im Falle mehrerer stromkonstanthaltender Elemente gleichsinnig parallelgeschaltet sind, welche Ansteuerschaltung aus einem (einer) Steuertransistor (-struktur) des einen Leitungstyps besteht, dessen Basis-Emitter-Strecke der Basis-Emitter-Strecke des (der) stromkonstanthaltenden Transistors (Transistorstruktur) gleichsinnig parallelgeschaltet ist und dessen Kollektor mit dessen Basis verbunden und über einen Kollektorwiderstand am einen Pol der Betriebsspannungsquelle angeschlossen ist.

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Zur Erläuterung des der Erfindung zugrundeliegenden Problems und der sich daraus ergebenden Aufgabe der Erfindung sei zunächst die Wirkungsweise der Ansteuerschaltung auf die Mehrfachkonstantstromquelle anhand der Fig. 1 kurz erläutert. Der Einfachheit halber ist vorausgesetzt, daß die einzelnen Transistoren bzw. Transistorstrukturen T_Q bis T von gleicher Emitterkonfiguration sind, da in diesem Falle die in den stromkonstanthaltenden Transistoren

T, bis T . fließenden Kollektorströme einander gleich sind und in. ■

ebenso die einzelnen Basisströme. Die Erfindung ist jedoch, wie durch den Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zum Ausdruck gebracht ist, nicht auf diese gleiche Emitterkonfiguration beschränkt. Bei ungleicher Emitterkonfiguration fließen in den einzelnen Kollektorkreisen von der Konfiguration abhängige unterschiedliche Ströme, so daß auf diese Weise eine Mehrfachkonstantstromquelle herstell bar ist, in deren einzelnen Zweigen je nach Bedarf unterschiedliche Ströme vorsehbar sind.

Die zeichnerische Darstellung der Fig. 1 ist so gewählt, daß der Verbindungspunkt der Basis des Steuertransistors T_Q mit dem gemeinsamen Basisanschluß der stromkonstanthaltenden Transistoren T- bis T als Verbindungspunkt A oder erster Verbindungspunkt bezeichnet ist, Ferner ist der Verbindungspunkt zwischen dem Kollektor des Steuertransistors T_Q und dem Kollektorwiderstand mit D oder als zweiter Verbindungspunkt bezeichnet.

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Für diese Schaltung gelten bei Gleichspannungsbetrieb die folgenden einfachen Beziehungen. Am Widerstand R fällt eine Spannung ab, die gleich der Betriebsspannung U„ minus der Basis-Emitter-Spannung U des Steuertransistors T_ ist. Im Kollektorkreis des Steuertransistors T_Q fließt der Kollektorstrom I , während in der Verbindungsleitung zwischen den Verbindungspunkten A und D der Gesamtbasisstrom aller Transistoren T bis T fließt, der im vorausgesetzten Fall gleicher Transistoren dem (n+1)-fachen Wert eines einzelnen Basisstroms entspricht, d.h. es fließt der Strom (n+1)I₁₃. Der durch den Kollektorwider-

Ji

stand R_Q fließende Strom I ist daher gleich der Summe der zum Verbindungspunkt D fließenden Ströme;und es gelten aufgrund des Ohmschen Gesetzes folgende ohne weiteres verständliche Gleichungen:

j _{=I +(n+1)I} _ Χ _ ^ÜB - ^UBE R₀ C₀ B R₀ R₀

Für den Kollektorstrom I des Steuertransistors T_Q ergibt sich somit:

U_ - U

I = _(n+l)I_

^CO ^RO ^B

Der Kollektorstrom des Steuertransistors T_Q ist jedoch mit dessen Basisstrom über den Gleichstromverstärkungsfaktor B in Emitterschaltung nach der Gleichung

I_n β ^CO

O ~ ₇ _

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Γ ' « IT -·τ ! ■ «τ,.

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verknüpft, was im übrigen auch für die Verknüpfung zwischen Basis- und Kollektorstrom der stromkonstanthaltenden Transi-• stören T. bis T in gleicher Weise gilt. Die Gleichung für den Kollektorstrom des Steuertransistors kann daher auch in folgender Form geschrieben werden:

T ^UB ' ^UBE

'O R₀ (1 +

Da aber andererseits unter der obengenannten Voraussetzung glei- ^ eher Emitterkonfiguration auch die Kollektorströme der einzelnen Transistoren einander identisch sind, d.h. es gilt I_ = I = I = I , gibt diese Gleichung den in jedem Kollektorkreis des

η
Transistor fließenden Strom an.

Dieser Strom kann, wie eingangs schon kurz erwähnt, mittels des Widerstandswertes des Kollektorwiderstandes R_Q eingestellt werden. Er ist jedoch nicht allein von diesem Wert abhängig, sondern auch von der Anzahl η der als stromkonstanthaltende Elemente dienenden Transistoren und deren Gleichstromverstärkungsfaktor B. W

Es gibt Anwendungsfälle, bei denen sich die Aufgabe stellt, Schaltungen oder Schaltungseinheiten mit einem bestimmten Minimalstrom zu versorgen, der nicht unterschritten werden darf. Da bei konkret zu realisierenden Schaltungen die Parameter einzelner diskreter Transistoren oder bei monolithischer Inte-

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grierung die der Tränsistorstrukturen T_Q bis T insgesamt Fertigungsschwankungen unterworfen sind, was sich inbesondere in unterschiedlichen Werten des Gleichstromverstärkungsfaktors B bemerkbar macht, muß man bei der Dimensionierung des Widerstandes R₀ so vorgehen, daß man einen ungünstigsten Wert für den Gleichstromverstärkungsfaktor B annimmt und den dazugehörenden Widerstand R berechnet.

Insbesondere verursachen die Fertigungstoleranzen bei der monolithischen Integration Schwankungen des Gleichstromverstärkungsfaktors B der einzelnen Fertigungschargen, so daß bei Dimensionierung nach dem niedrigsten Gleichstromverstärkungsfaktor B in Schaltkreisen mit höherem B ein größerer Kollektorstrom fließt, als tatsächlich notwendig wäre. Dies führt zu einem unnötig hohen Stromverbrauch des mit der gesamten (integrierten) Schaltung bestückten Gerätes, was insbesondere bei über längere Zeit mittels einer Trockenbatterie begrenzter Ladung zu betreibenden Geräten sich sehr nachteilig auf die Lebensdauer der Batterie auswirkt.

Zur Lösung dieses Problems können nach der Schweizer Patentschrift 484 521 die stromkonstanthaltenden Transistoren durch je einen weiteren Transistor ergänzt werden, der dafür sorgt, daß das in der oben erwähnten Gleichung angegebene Verhältnis (n+l)/B wesentlich kleiner als 1 bleibt. Wie jedoch in dieser Patentschrift schon ausgeführt ist, hat dies wiederum andere

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Nachteile, insbesondere was die Kompensation des Temperatur- . koeffizienten betrifft.

Zusätzlich zu der ausführlich erläuterten Stromverstärkungsfaktorabhängigkeit der Einstellung der einzelnen Kollektorströme hat die bekannte Steuerschaltung den weiteren Nachteil, daß der Betriebsspannung überlagerte Spannungsschwankungen, beispielsweise das während der langen Betriebsdauer einer Trockenbatterie entstehende langsame Abfallen der Batteriespannung, sich als Änderung bzw. Schwankung des in den einzelnen Konstantstromtransistoren fließenden KollektorStroms bemerkbar macht.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, die Stromverstärkungsfaktorabhängigkeit und nach Möglichkeit auch die Spannungsabhängigkeit der Einstellung der in den Kollektorkreisen der einzelnen Konstantstromtransistoren fließenden Ströme zu beseitigen. Der sich auf die Stromverstärkungsfaktorabhängigkeit der Einstellung beziehende Teil der Aufgabenstellung läßt sich auch so formulieren, daß selbst bei großer Anzahl (n+1) der Tran?- sistoren T_ bis T und relativ niedrigem Gleichstromverstärkungsfaktor B das Verhältnis (n+1)/B immer klein gegen eins sein soll.

Diese Aufgabe wird von der oben näher beschriebenen monolithisch integrierbaren Ansteuerschaltung dadurch gelöst, daß die Verbindungsleitung zwischen dem Verbindungspunkt der Basis des

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Steuertransistors mit der Basis (Basen) des (der) stromkonstanthaltenden Transistoren, dem ersten Verbindungspunkt,und dem Verbindungspunkt des Kollektorwiderstandes mit dem Kollektor des Steuertransistors, dem zweiten Verbindungspunkt, aufgetrennt ist, da0 zwischen die beiden Verbindungspunkte ein Gleichstromregelverstärker geschaltet ist, über dessen Ausgang der gemeinsame Strom der stromkonstanthaltenden Transistoren (Transistorstrukturen) sowie des Steuertransistors und über dessen Eingang nur ein Bruchteil dieses gemeinsamen Basisstromes fließt und daß der Gleichstromregelverstärker das am zweiten Verbindungspunkt liegende Potential mit dem Potential einer Referenzspannungsquelle bezüglich eines gemeinsamen Bezugspunktes derart vergleicht, daß die Potentialdifferenz zwischen dem Potential des zweiten Verbindungspunkts und dem Potential der Referenzspannungsquelle gegen diesen gemeinsamen Bezugspunkt zu null wird.

Weiterbildungen und Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet und werden nun anhand der in der Zeichnung dargestellten weiteren Figuren 2 bis 7 näher erläutert.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der die Referenzspannungsquelle mit dem spannungsführenden Pol der Betriebsspannungsquelle verbunden ist,

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Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der die Referenzspannungsquelle am Schaltungsnullpunkt angeschlossen ist,

Fig. 4 zeigt eine schaltungstechnische Ausführungsform der Prinzipschaltung nach Fig. 2,

Fig. 5 zeigt eine schaltungstechnische Ausfuhrungsform der Prinzipschaltung nach Fig. 3,

Fig. 6 zeigt eine andere schaltungstechnische Ausführungsform der Prinzipschaltung nach Fig. 3 und

Fig. 7 zeigt eine Weiterbildung der Schaltungsanordnung nach Fig. 6.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 2 besteht aus den als stromkonstanthaltende Elemente geschalteten Transistoren T. bis T und dem Steuertransistor T_, die in derselben Weise hinsichtlich ihrer Basis-Emitter-Strecken geschaltet sind, wie dies oben bei Erläuterung der Fig. 1 beschrieben wurde. Zur Lösung des der Erfindung zugrundeliegenden Problems ist nun in die Verbindungsleitung zwischen den Verbindungspunkten A und D der Gleichstromregelverstärker V geschaltet, über dessen Ausgang der gemeinsame

Basisstrom (n+l)I_, der als stromkostanthaltende Elemente gets

schalteten Transistoren T_n bis T und des Transistors T_ fließt

in υ

und über dessen mit dem Verbindungspunkt D verbundenen Eingang

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nur ein Bruchteil dieses gemeinsamen Basisstromes fließt. Dieser Bruchteil ist durch den Gesamtgleichstromverstärkungsfaktor ν des Gleichstromregelverstärkers V gegeben. Ferner ist ein zweiter Eingang des Gleichstromregelverstärkers V mit der Referenzspannungsquelle U _ verbunden, deren anderer Pol am spannungsführenden Pol der Betriebsspannungsquelle U angeschlossen ist. Der Gleichspannungsregelverstärker V hat die Eigenschaft, daß er die Potentialdifferenz zwischen dem Verbindungspunkt B und dem Potential der Referenzspannungsquelle U _f bezüglich des gemeinsamen Bezugspunktes, in diesem Falle also bezüglich des spannungsführenden Pols der Betriebsspannungsquelle U , zu null macht.

Durch die Zwischenschaltung dieses speziellen Gleichstromregelverstärkers ist der Einfluß des Faktors (n+l)/B in der oben angegebenen Gleichung um den Gesamtgleichstromverstärkungsfaktor ν dieses Verstärkers reduziert, so daß Schwankungen im Stromverstärkungsfaktor B der einzelnen Transistoren oder der integrierten Schaltungen unterschiedlicher Fertigungschargen keinen Einfluß mehr auf die Wahl des Widerstandswertes des Kollektorwiderstandes R_Q des Steuertransistors T_ haben können. Es ist vielmehr der für einen minimalen Stromverbrauch vorgesehene Widerstandswert wählbar, da die Fertigungs- und ExemplarStreuungen auf die am Kollektorwiderstand R abfallende Spannung ü_ praktisch keinen Einfluß mehr haben.

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Die Schaltungsanordnung nach Fig. 3 entspricht hinsichtlich der Zwischenschaltung des Gleichstromregelverstärkers V zwischen die "Verbindungspunkte A und D derjenigen der Fig. 2, jedoch ist die Referenzspannungsquelle Uf anstatt an den spannungsführenden Pol der Betriebsspannungsquelle U_ß an den Schaltungsnullpunkt angeschlossen. In diesem Falle hat der Gleichstromregelverstärker V die Eigenschaft, daß er die Potentialdifferenz zwischen dem Verbindungspunkt B und der Referenzspannung U _f bezüglich des Schaltungsnullpunkts zu null macht. Auch in diesem Fall ergibt sich die erfindungswesentliche Stromreduzierung um den Gesamtstromverstärkungsfaktor ν des Gleichstromregelverstärkers V. Als zusätzlicher Vorteil dieser Ausfuhrungsform der Erfindung ist die Tatsache anzusehen, daß Betriebsspannungsschwankungen oder Langzeitveränderungen dieser Spannung die konstantzuhaltenden Kollektorströme der Transistoren T, bis T nicht mehr beein-

1 η

flüssen.

In Fig. 4 ist eine Schaltungsanordnung gezeigt, die eine Ausführungsform der Prinzipschaltung nach Fig. 2 darstellt. Der Gleichstromregelverstärker besteht aus den beiden Transistoren T und T . Der Transistor T_x. ist vom gleichen Leitungstyp

^vl ^V2 ^Vl

wie der Steuertransistor T_ und die atromkonstanthaltenden Transistoren T₁ bis T , während der Transistor T„ zu diesen Transistoren komplementär ist. In Ausgestaltung der Erfindung dient die Basis-Emitter-Strecke des Transistors T_v gleichzeitig

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als Referenzspannungsquelle U _f, wodurch sich eine beträchtliche Schaltungsvereinfachung ergibt. Der Emitter dieses Transistors ist mit dem spannungsführenden Pol der Betriebsspannungsquelle U_n verbunden, während dessen Basis am Verbindungspunkt D von Kollektorwiderstand R und Kollektor des Steuertransistors T₀ angeschlossen ist. Der Kollektor des Transistors T„ ist mit der

^vl Basis des Transistors T galvanisch direkt verbunden, dessen

^V2
Emitter am Schaltungsnullpunkt angeschlossen ist und dessen Kollektor mit dem Verbindungspunkt A, also dem gemeinsamen Basisanschluß der Transistoren T-, bis T verbunden ist. Der Gesamt-

u η

stromverstärkungsfaktor ν dieses Gleichstromregelverstärkers ist gleich dem Produkt aus den Stromverstärkungsfaktoren B und B der Transistoren T-. und T .· In der Basiszuleitung des Tran-

^Vl ^V2
sistors T_v fließt daher der Basisstrom (n+l)I /B.B .

In Fig, 5 ist eine Schaltungsanordnung gezeigt, die der Prinzipschaltung nach Fig. 3 entspricht. Der Gleichstromregelverstärker V besteht aus den Transistoren T_v und T. , wobei der Transistor

^V3 ^V4

T„ vom gleichen Leitungstyp wie der Steuertransistor T_n und die ^V4 ^u

stromkonstanthaltenden Transistoren T, bis T und der Transistor

ι η

T.. zu diesen Transistoren komplementär ist. In diesem Ausfüh-

rungsbeispiel dient die Basis-Emitter-Strecke des Transistors T„ als Referenzspannungsquelle, wobei der Emitter dieses Transistors am Schaltungsnullpunkt angeschlossen ist, während seine Basis mit dem Kollektor des Steuertransistors T und dem Kollektorwider-

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stand R_Q, also mit dem Verbindungspunkt D verbunden ist. Der Kollektor des Transistors T ist mit der Basis des Transistors

3
T.. galvanisch direkt verbunden, dessen Emitter am spannungs-

^V4
führenden Pol der Betriebsspannungsguelle U_e angeschlossen ist,

während dessen Kollektor galvanisch direkt mit dem gemeinsamen Basisanschluß der Transistoren T^ bis T und andererseits über

O η

einen Widerstand R^ mit dem Schaltungsnullpunkt verbunden ist. Der Gesamtstromverstärkungsfaktor ν dieses Gleichstromregelverstärkers ist bei Vernachlässigung des über den Widerstand B^ fließenden Stromes gleich dem Produkt aus den Stromverstärkungsfaktoren B und B. der Transistoren T*. und T_v . über den Kollektorwiderstand R_Qfließt daher nur noch der um diesen Faktor verringerte Anteil des gemeinsamen Basisstromes der Transistoren

T_ bis T .
On

Die in Fig. 6 gezeigte Schaltungsanordnung ist eine andere Variante zu der Prinzipschaltung nach Fig. 3_r bei der die Referenzspannung U _f mit dem Schaltungsnullpunkt verbunden ist. Auch in diesem Falle wird die Basis-Emitter-Strecke eines Transistors als Referenzspannungsquelle benutzt. Der Gleichstromregelverstärker besteht bei dieser Variante wiederum aus dem Transistor T_v , der zu den Transistoren T_Q bis T komplementär ist, und aus einem weiteren zu diesen Transistoren komplementären Transistor T_x. f d.h. die Transistoren T und T sind vom gleichen Leitungs-

^V5 ^V3 ^V5

typ, jedoch komplementär zu den Transistoren T_Q bis T .

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Die Basis-Emitter-Str'ecke des Transistors T ist in gleicher

^V3 Weise geschaltet wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 5, auch führt der Kollektor galvanisch direkt zur Basis des Transistors T , der Kollektor ist jedoch über einen Widerstand R^ mit dem spannungsführenden Pol der Betriebsspannung ü_R verbunden. Der Emitter des Transistors T liegt am Schaltungsnullpunkt, während

dessen Kollektor direkt galvanisch mit dem gemeinsamen Basisanschluß der Transistoren T_ bis T verbunden ist.

0 η

Dem Widerstand R^ kann noch die Kollektor-Emitter-Strecke des

2
Transistors T parallelgeschaltet werden, wobei der Emitter des

6
Transistors T am spannungsführenden Pol der Betriebsspannung an-

6
geschlossen ist. Bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 6 und 7 fließt in der Basiszuleitung des Transistors T etwa der um das Produkt BB verringerte Gesamtbasisstrom (n+l)I /B B . B_ und B sind die Stromverstärkungsfaktoren der Transistoren T und T .

Die einzelnen Schaltungsanordnungen nach der vorliegenden Erfindung haben zusätzlich zu den bereits erwähnten Vorteilen noch die Eigenschaft; daß sie sich hinsichtlich des Temperaturkoeffizienten unterschiedlich vorhalten. So zeigt etwa die Schaltungsanordnung nach Fig. 4 einen positiven Temperaturkoeffizienten, während die Schaltungsanordnungc-n nach den Fig. 5 bis 7 einen negativen Temperaturkoeifizienten aufweisen. Es ist daher je nach der speziellen Schaltung, in der die stromkonstanthaltenden Transistoren ver-

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wendet werden, möglich, eine Schaltung zu wählen, die die Gesamtschaltung dem bei der Verwendung zu erwartenden Temperaturbereich anpaßt. So kann es vorteilhaft sein, eine Schaltung mit negativem Temperaturkoeffizienten zu verwenden, da insbesondere bei Temperaturen um den Gefrierpunkt der Stromverstärkungsfaktor von Transistoren oder Transistorstrukturen stark stromabhängig ist. Nehmen aus diesem Grunde die Kollektorströme der stromkonstanthaltenden Transistoren bei tiefen Temperaturen ab, so kann dies durch den negativen Temperaturkoeffizienten in gewissem Maße wieder ausgeglichen werden.

Die Ausführungsbeispiele nach den Fig. 2 bis 7 wurden anhand von Schaltungen erläutert, bei denen die stromkonstanthaltenden Transistoren mit dem spannungsführenden Pol einer Betriebsspannungsquelle U₀ verbunden sind. Dies entspricht im allgemeinen einer Verwendung, bei der die stromkonstanthaltenden Transistoren als Kollektorwiderstände verwendet werden, d.h. bei dem die stromkonstanthaltenden Transistoren auf einem Potential in der Nähe der Betriebsspannung liegen. Wie jedoch aus dem obengenannten Valvo-Handbuch bekannt ist, können die stromkonstanthaltenden Transistoren beispielsweise auch als Emitterwiderstände von Differenzverstärkern verwendet werden. Dann liegen die stromkonstanthaltenden Transistoren auf relativ niedrigerem Potential, meist sogar auf einem gegenüber dem Schaltungsnullpunkt im Falle von npn-Transistoren als Differenzverstärkertransistoren negativen Potential. Die einzelnen Varianten der Ansteuerschaltung mit

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entsprechender Schaltung der Referenzspannungsquelle lassen sich auch für diesen Anwendungsfall so wählen, daß je nach gewünschter Charakteristik ein positiver oder negativer Temperaturkoeffizient und eine zusätzliche Spannungsstabilisierung erhalten v/ird.

Die erfindungsgemäße Steuerschaltung ist insbesondere bei Schaltungen von Vorteil, die mit kleinen Spannungen und mit kleinen Strömen arbeiten. Solche Schaltungen sind beispielsweise mehrstufige aus Flip-Flop-Stufen bestehende Frequenzteilerschaltungen, wie sie in der Digitaltechnik für Speicher, Schieberegister, Zuordner etc. verwendet werden oder wie sie in Orgeln und in von einem Frequenznormal gesteuerten Uhren zur Anwendung gelangen können.

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Claims (8)

Fl 658 ιΛ W.Kreitz PATENTANSPRÜCHE '

1. Monolithisch integrierbare Schaltungsanordnung zum Ansteuern eines oder mehrerer als stromkonstanthaitende Elemente geschalteter Transistoren oder Transistorstrukturen des einen Leitungstyps und gleicher oder unterschiedlicher Emitterkonfiguration/ die in diskret aufgebauten oder integrierten Schaltungen als Ersatz ohmscher Widerstände, vorzugsweise als Ersatz hochohmiger Widerstände, dienen und deren Basis-Emitter-Strecken im Falle mehrerer stromkonstanthaltender Elemente gleichsinnig parallelgeschaltet sind, welche Ansteuerschaltung aus einem (einer) Steuertransistor (-struktur) des einen Leitungstyps besteht, dessen Basis-Emitter-Strecke der Basis-Emitter-Strecke des (der) stromkonstanthaltenden Transistors (Transistorstruktur) gleichsinnig parallelgeschaltet ist und dessen Kollektor mit dessen Basis verbunden und über einen Kollektorwiderstand am einen Pol der Betriebsspannungsquelle angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsieitung zwischen dem Verbindungspunkt. (A) der Basis des Steuertransistors (T ) mit der Basis (Basen) des (der) stromkonstanthaltenden Transistoren (T.., T₃.»T ), dem ersten Verbindungspunkt, und dem Verbindungspunkt (D) des Kollektorwiderstandes (R_n) mit dem Kollektor äes Steuertransistors (T_n)/ dem zweiten Verbindungspunkt, aufgetrennt ist, daß zwischen die beiden Verbindungspunkte (A, D) ein Gleich-

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Stromregelverstärker (V) geschaltet ist, über dessen Ausgang der geraeinsame Basisstrom der stromkonstanthaltenden Transistoren (Transistorstrukturen) (Τ_Ί, T„..T ) sowie des Steuer-

1 2. η

transistors (T„) und über dessen Eingang nur ein Bruchteil
dieses gemeinsamen Basisstromes fließt, und daß der Gleichstromregelverstärker (V) das am zweiten Verbindungspunkt (B) liegende Potential mit dem Potential einer Referenzspannungsquelle (U _f) bezüglich eines gemeinsamen Bezugspunktes derart vergleicht, daß die Potentialdifferenz zwischen dem Potential des zweiten Verbindungspunktes (B) und dem Potential der
Referenzspannungsquelle gegen diesen gemeinsamen Bezugspunkt zu null wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ende der Referenzspannungsquelle (U _f) mit dem spannungsführenden Pol der Betriebsspannungsquelle (U ) verbunden ist (Fig. 2).

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ende der Referenzspannungsquelle (U ,-) mit dem Schaltungsnullpunkt verbunden ist (Fig. 3).

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Referenzspannungsquelle die Basis-Emitter-Diode eines (einer) Transistors (Transistorstruktur) dient.

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5, Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis eines (einer) Transistors (Transistorstruktur) (T_v ) des einen Leitungstyps mit dem Kollek-

1
tor des Steuertransistors (T ), der Emitter dieses Transistors mit dem spannungsführenden Pol der Betriebsspannungsquelle (U_R) und der Kollektor mit der Basis eines (einer) Transistors (Transistorstruktur) (T ) des anderen Leitungstyps verbunden ist und daß dessen Emitter am Schaltungsnullpunkt und dessen Kollektor am ersten Verbindungspunkt (A) angeschlossen ist (Fig. 4).

6. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis eines (einer) Transistors (Transistorstruktur) (T ) des anderen Leitungstyps mit dem Kollek-

^V3

tor des Steuertransistors (T_), der Emitter dieses komplementären Transistors mit dem Schaltungsnullpunkt und dessen Kollektor mit der Basis eines Transistors (T ) des einen

Leitungstyps verbunden ist und daß dessen Emitter am spannungsführenden Pol der Betriebsspannungsquelle (U ) und dessen Kollektor einerseits über einen Widerstand (Ry ) am Schaltungs-

1 nullpunkt und andererseits am ersten Verbindungspunkt (A)

angeschlossen ist (Fig. 5).

7. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis eines (einer) Transistors (Tran-

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sistorstruktur) (T ) des anderen Leitungstyps mit dem

^V3
Kollektor des Steuertransistors (T_n), der Emitter dieses komplementären Transistors mit dem Schaltungsnullpunkt und dessen Kollektor einerseits mit der Basis eines (einer) weiteren Transistors (Transistorstruktur) (T ) des anderen Leitungstyps und andererseits über einen Widerstand [K. )

^V2 mit dem spannungsführenden Pol der Betriebsspannungsquelle (U ) verbunden ist und daß der Emitter dieses weiteren komplementären Transistors am Schaltungsnullpunkt und dessen Kollektor am ersten Verbindungspunkt (A) angeschlossen ist (Fig. 6) .

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Basis-Emitter-Strecke des Steuertransistors (T ) die Basis-Emitter-Strecke eines (einer) Transistors (Transistorstruktur) (T ) des einen Leitungstyp gleichsinnig

^V6
parallelgesehaltet ist, dessen Kollektor mit dem batterie-

spannungsabgewandten Ende des Widerstandes (R^. ) verbunden

2 ist (Fig. 7).

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