DE2459360C3 - Monolithisch integrierte Stromquelle mit hohem Ausgangswiderstand und deren Verwendung in einer Zweidraht/Vierdraht-Übergangsschaltung - Google Patents
Monolithisch integrierte Stromquelle mit hohem Ausgangswiderstand und deren Verwendung in einer Zweidraht/Vierdraht-ÜbergangsschaltungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine monolithisch integrierte
Stromquelle höhen Ausgangswiderstandes und deren /, = hre χ /ß2,
wobei hr, der Stromverstärkungsfaktor des Transistors
72 in Emitterschaltung ist. Der Transistor 72 hat einen hohen Ausgangswiderstand (mehrere Megohm) für
einen kleinen Ausgangsstrom (I1 < 100 μΑ), Dieser
Ausgangswiderstand fällt jedoch sehr schnell auf einige K.iloohm bei erhöhtem Ausgangsstrom, Außerdem ist
der Ausgangsstrom bei schwankender Last nicht mehr konstant.
Die F i g, 2 zeigt das Schaltbild der Stromquelle hohen
Ausgangswiderstandes nach der Erfindung. Der der F i gi t entsprechenden Stufe 1 ist die zweite gleiche und
identische Stufe 2 zugeordnet, die der ersten Stufe in
Serie geschaltet ist, mit den Koilektorkreisen der
Transistoren Tl, T2 verbunden ist und die beiden Transistoren Ti, Tl enthält, deren Emitter mit den
entsprechenden Kollektoren der Transistoren Ti, T2 verbunden sind. Die Transistoren Ti, Ti müssen
gleiche elektrische Eigenschaften aufweisen, ebenso wie die Transistoren T2, T'2. Dies erfordert identische
Geometrien der Transistoren, was nur durch monolithische, mitteis Maskierungs- und Diffusionstechnik id
erreichbare Integration der Transistoren auf demselben Substrat ermöglicht wird.
Der Emitterstrom /fl des Transistors Ti ist
offensichtlich gleich dem Emitterstrom ί'εΐ des Transistors
Ti, so daß auch der Basisstrom /'al des Transistors Ti praktisch gleich dem Basisstrom /al des
Transistors Ti ist. Ebenso werden die Kollektoren der Transistoren T2, T'2 von demselben Ausgangsstrom /s
durchflossen, so daß offensichtlich der Basisstrom /'a2 des Transistors T'2 praktisch gleich dem Basisstrom /s2
des Transistors T2 sein muß.
Die Funktion dieser zweistufigen Stromquelle ist folgende: Der Transistor T2 stellt im Emitterkreis des
Transistors T'2 einen Widerstand dar, ebenso wie der Transistor Ti im Emitterkreis des Transistors Ti. Im
letzteren Falle ist aber dieser Widerstand sehr klein, da dei Transistor Ti wegen der Verbindung zwischen
seiner Basis und seinem Kollektor als Diode geschaltet ist Der als Diode geschaltete Transistor 7*1 hat
ebenfalls einen kleinen Widerstand.
Daraus ergibt sich, daß der Widerstand im Basiskreis
des Transistors 7*'2 kleiner ist als der Widerstand :n
seinem Emitterkreis. Somit arbeitet der Transistor 7"'2 in Basisschaltung. Der Ausgangswiderstand ist daher
sehr hoch. Er nimmt einige Megohm bei einem Ausgangsstrom in der Größenordnung von 1 mA an und
noch einige hundert Kiloohm für einen Ausgangsstrom von 1OmA. Somit liefert die integrierte Schaltung eine
Stromquelle hohen Ausgangswiderstandes für relativ beträchtliche Ströme.
In Fig. 3 ist eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen
Stromquelle mit mehreren voneinander unabhängigen Ausgängen gezeigt Die Fig. 3 enthält wieder die
Anordnung mit den Transistoren Ti, T2, Ti, T'2, der Fig. 2, denen die weiteren Sätze von Transistoren T3,
7"'3 bzw 7"4, T'4 zugeordnet sind wobei jeder Satz aus
zwei Transistoren gleichen Typs und gleicher in monolithisch integrierter Form realisierter Geometrie
besteht. Die Transistoren Γ3, 7"4 sind in gleicher Weise
wie der Transistor T2 mit der Basis und dem Kollektor des Transistors 7*1 verbunden. Ebenso sind die
Transistoren Γ'3. T'4 ?.uf die gleiche Weise wie der Transistor T'2 mit der Basis und dem Kollektor des
Transistors Ti verbunden. Der Transistorsatz T3—T'3 liefer« den Ausgangsstrom /3 und der
Transistorsatz Γ4— T'4 den Ausgangsstrom /4, jeweils bei hohen Ausgangswiderstand. Man erhält somit eine
Stromquelle hohen Ausgangswiderstandes mit mehreren voneinander unabhängigen Ausgängen, deren Zahl
im Prinzip unbegrenzt ist.
Man erkennt leicht, daß, wenn die Transistorsätze 7*2- T2, T3- T3.T4- T'4 untereinander identische
elektrische Eigenschaften aufweisen, d, h, identische
Geometrien, die Basisströme /ß2, 1b3. Ib4, I'b2. /'b3. /'b4
der Transistoren T2, T3, T4, T'2, f'3, T4 praktisch
einander gleich sind. Somit sind auch die Ausgangsströme /2, /3, /4 praktisch einander gleich. Die identische
Geometrie der verschiedenen Transistoren läßt sich nur durch Anwendung der monolithischen Integrationstechnik,
nämlich durch bekannte Maskierungs- und Diffusionsschritte erreichen.
Darüber hinaus sind wegen der eben geschilderten Gleichheit der Geometrie der Transistoren Tl, T'l, T2,
T'2, T3, T'3, T4, T'4 und der Gleichheit aller Basisströme die Ausgangsströme /2, /3, /4 auch
praktisch gleich dem Referenzstrom IKr-
Es läßt sich ferner feststellen, daß die in den F i g. 1, 2 und 3 beschriebenen Anordnungen außer dem Fall
konstanten Ausgangsstroms (IKr = konstant) Ausgangsströme
liefern können, deren Schwankungen den Schwankungen des Referenzstroms folgen, woher sich
die Verwendung der Bezeichnung Stromspiegelschaltung für solche Anordnungen ableitet.
Die F i g. 4 zeigt das Schaltbild einer Zweidraht/Vierdraht-Übergangsschaltung
mit aktiven Halbleiterbauelementen in Form einer monolithisch integrierten Schaltung unter Verwendung einer Stromquelle hohen
Ausgangswiderstands entsprechend der Erfindung.
Diese Zweid>-aht/Vierdraht-Obe ,^angsschaltung wird
in Datenvermittiungszentraien Dem :zt und arbeitet
nach dem in der DE-OS 22 50 859 beschriebenen Prinzip. Sie ist einerseits mit einer Zweidraht-Teilnehmerleitung
über die Anschlüsse 3,4 und andererseits mit elektronischen Wählstufen der Datenvermittlungszentrale
über zwei unsymmetrische Kanäle R, 5 verbunden. Sie enthält im Prinzip zwei Differenzverstärker, deren
erster durch die beiden Darlington-Transistorpaare T23—T'23, T24—T'24 und deren zweiter durch die
beiden Darlington-Transistorpaare T25—T'25, T26. T 26 gebildet wird. Die Transistorpaare Τ23-Γ23.
T24—T'24 werden vom Konstantstrom /12, der im Emitterkreis des Transistors T23 fließt, und von dem
diesem gleichen Konstantstrom /13 gespeist der im Emitterkreis des Transistors T24 fließt. Ebenso werden
die Transistorpaare Τ25-Γ25, T26-T'26 vom Konstantstrom /10 im Emitterkreis des Transistors T25
und von dem diesem gleichen Konstantstrom /9 im Emitterkreis des Transistors T26 gespeist
Für jeden Differenzverstärker ist eine Emitterverkopplung
dadurch erreicht, daß zwischen den Fmittern der Transistoren T23, T24 der Widerstand R 2 und
zwischen den Emittern der Transistoren T25, T26 der Widerstand R 4 eingefügt ist. Der gemeinsame Kollektor
des Darlington-Transistorpaars T25— T'25 und die Basis des Darlington-Transistorpaars T23— T23 liegen
am Anschluß 4 der Zweidraht/Vierdraht-Übergangsschaltung sowie über den Widerstand R1 und die
beiden als Dioden geschalteten Transistoren T21, T22 am Pluspol der Versorgungsspannung V. In gleicher
Weise sind der gemeinsame Kollektor des Darlington-Transistorpaars T26- T26 und die Basis des Darlington-Transistorpaars
T24— 7~'24 mit dem Anschluß 3 der Zweidraht/Vierdraht-Übergangsschaltung sowie
über den Widerstand R'\ der den gleichen Wert wie der Widerstand R1 hat. und über die als Dioden
geschalteten Transistoren T21, T22 mit dem Pluspol der Versorgunf"spannung !/verbunden. Die Basen der
Darlington-Transistorpaare T25—T'25, T26—T'26
sind über die gleichgroßen Widerstände R10, R 9
spannungsversorgt Der gemeinsame Kollektor des Darlington-Transistorpaars T24—T'24 ist mit dem
Schaltungspunkt verbunden, um ein unsymmetrisches Verhalten des Ujs den Darlingtön-Transistorpaärert
T23-T23, T24-T'24 gebildeten Differertzverstärkcrs
zu erhalten.
Die auf der ZweidrahuTeilnehmerleitune an den
Klemmen 3, 4 der Übergangsschaltung ankommenden Signale gelangen an die Basen des Differenzverstärkers
mit den Transistorpaaren 723-7'23, 724- V24.
Dieser überträgt die Signale auf den Kanal S unter Zwischenschaltung des Darlington-Transistorpaars
75 — 7'5 in Basisschaltung, das als Stromgenerator hohen Ausgangswiderstands arbeitel. Die Kanäle S1 R
sind an einem mit negativer Spannung unter Zwischenschaltung von elektronischen Auswahlstufen verbundenen
Verbinder (Koppelpunkt) angeschlossen.
Die die elektronischen Auswahlstüfen auf dem Kanal
R verlassenden Datensignale gelangen über den Widerstand R 3 an die Basen der Differenzverstärkertransistorpaare
725-7'25. 726-7'26. Die beiden Kondensatoren Ci, C2 sind zwischen die Klemmen des
Widerstandes R 3 und die Basen der Transistoren 7'25, 7'26 geschaltet, um die Gleichspannungskomponente
der Datensignale an den Basen zu unterdrücken. Der
7'25. 726-7'26 überträgt die Datensignale symmetrisch zu den Klemmen 3, 4 der Teilnehmerleitung. Er
überträgt die Datensignale in gleicher Weise auch auf die Basen der Transistoren 7'23, 7'24, so daß sie auch
am Kollektor des Transistors 723 auftreten. Diese Signale werden jedoch durch die auf dem Kanal R am
Kollektor des Transistors 723 über den mit den als Dioden geschalteten Transistoren 716, 717 in Serie
liegenden Widerstand /?3 auftretenden Datensignale unterdrückt
Die Datensignale des Kanals R treten daher auf dem Kanal 5 nicht mehr auf. Man gelangt daher von einer
symmetrischen Arbeitsweise mit zwei Leitungen auf der Seite der Teilnehmerleitung zu einer unsymmetrischen
Arbeitsweise mit vier Leitungen auf der Seite der elektronischen Wählstufen. Die beiden Transistoren
719, 720 arbeiten als Dioden und schützen die Transistorpaare 723- 7'23, 724- 7'24 gegen auf den
Leitungen eventuell auftretende höhere Überspannungen. Ebenso schützt der als Diode geschaltete Transistor
718 das Darlington-Transistorpaar 75—7'5 gegen Überspannungen. Die beiden Kondensatoren L 1, L 2 in
jeder Teilnehmerleitung unterdrücken die Gleichspannung der Teilnehmerleitung an den Klemmen 3, 4 der
monolithisch integrierten Schaltung.
Im folgenden wird nun die Stromspeisung der Zweidraht/Vierdraht-Übergangsschaltung nach F i g. 4
im Detail beschrieben: Der Referenzstrom /«/wird im Emitterkreis des Transistors 76 erzeugt der eine
Reihenschaltung aus den beiden Widerständen R5.R6
und aus den beiden als Dioden geschalteten Transistoren 77. 7'7 (Bpiis mit Kollektor verbunden) mit
identischen elektrischen Kennwerten aufweist Im Kollektorkreis des Transistors 76, in dem praktisch
derselbe Strom fließt wie im Emitterkreis, sind ebenfalls zwei in Serie und auf dieselbe Weise als Diode
geschaltete Transistoren 78, 7'8 identischer elektrischer Kennwerte angeordnet Der Konstantstrom /„/im
Emitterkreis des Transistors 76 wird dadurch erzeugt, daß dessen Basis an einer konstanten Spannung liegt,
die mittels des als Diode geschalteten und als Z-Diode wirkenden Transistors Z erzeugt wird. Mittels der
Widerstände R 5, R 6 kann der Wert des Referenzstroms Ircf eingestellt werden.
Der Emitter des Transistors T25 ist mit den Transistoren 710, 7Ί0 identischer elektrischer Kennwerte
und Geometrie Verbunden, ebenso wie der Emitter des Transistors 726 mit den Transistoren 79,
7'9 identischer elektrischer Kennwerte und Geometriei Außerdem haben diese vier Transistoren untereinander
gleiche elektrische Eigenschaften und Geometrien. Die
Basen der Transistoren 79, 710 sind mit der Basis des Transistors 77 und die Basen der Transistoren 7'9,
T10 mit der Basis des Transistors 7'7 verbunden.
An dieser Stelle ist somit die in Fig.3 dargestellte
Konstantstromquelle hohen Ausgangswiderstandes angeordnet. Die von ihr erzeugten Ströme /9, /10 sind
aufgrund der Gleichheit der Transistoren 79, 7'9 und
710, 7Ί0 einander gleich. Die Emitter des aus den
Darlington-Transistorpaaren 725-7'25, 726-7'26 gebildeten Differenzverstärkers sind somit von den
gleichgroßen Strömen /9, /10 durchflossen. Dies gilt -.U.---.. f."- ~J*»« ηη^ΛΜη Πίΐΐηι·ηιν*»η··*Ι»··ίηΗ L ! _!__
MV\ilia\J IUI UkII UllUklVIl K^fIIWl WlK. · Wl JIUI HVI1 fWl WWlIl
die Emitter der Transistoren 723 bzw. 724 mit den Transistoren 712, 7'12 gleicher Geometrie bzw. mit
den Transistoren 713, 7Ί3 gleicher Geometrie verbunden sind, welche vier zuletztgenannten Transistoren
untereinander identisch sind. Die Basen der Transistoren 712, 713 liegen an der Basis des
Transistors 78 und die der Transistoren 7'12, 7'13 an
der Basis des Transistors 7'8. Somit erhält man wie zuvor ζϊ.-ei identische Konstantströme /12, /13 in den
Emitterkreisen der Transistoren 723,724.
Für eine korrekte Funktion der Zweidraht/Vierdraht-Übergangsschaltung
müssen die Speiseströme der beiden Differenzverstärker in einem bestimmten Verhältnis
zueinander stehen; es muß gelten:
/10//12 = 2/C
wobei K das Übersetzungsverhältnis des den Zweidraht/Vierdraht-Übergang
anstatt der beiden Differenzverstärker in bekannten Schaltungen gewährleistenden
Transformatoren ist Das Verhältnis 2K wird durch Einflußnahme auf die Geometrie der Transistoren
712, 7Ί2, 713, 7Ί3 im Verhältnis zu der der Transistoren 79, 7'9, 710, 7Ί0 bei ihrer Integration
eingestellt
Die erfindungsgemäße Stromquelle ist bei einer
elektronischen Zweidraht/Vierdraht-Übergangsschaltung
besonders vorteilhaft, weil sie beispielsweise Ströme von 8 mA für die Ströme /10, /12 bei einem
Ausgangswiderstand von 300 k liefert
In Fig.4 sind ferner die Transistoren 711, 7Ί1
gleicher Geometrie zwischen den Pluspol der Versorgungsspannung V und den Kollektor des Transistors
723 geschaltet Die Basis des Transistors 711 ist mit der Basis des Transistors 712 und die des Transistors
T'\ 1 mit der des Transistors 7Ί2 verbunden, wobei die
beiden letzteren ebenso wie die beiden Transistoren
711, 712 identisch sind, so daß die Transistoren 711,
7Ί1 den dem Strom /12 gleichen konstanten Strom /11 liefern. Die beiden Ströme /11, /12 speisen die
Kanäle R, 5 der elektronischen Auswahlstufen, die man
am an negativer Spannung liegenden Verbinder (Koppelpunkt) liegen. Der Kanal R wird ebenso wie der
Kanal 5von dem Strom (111 + /12)/2 durchflossen.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Monolithisch integrierte Stromquelle hohen Ausgangswiderstandes, die in Abhängigkeit von
einem Referenzstrom als Eingangsstrom einen konstanten Ausgangsstrom liefert, mit einer ersten
Stufe, die aus einem ersten Transistor, dessen Kollektor der Referenzstrom zugeführt ist und
dessen Basis und Kollektor direkt miteinander verbunden sind, und aus einem vom Alisgangsstrom
durchflossenen zweiten Transistor gleichen Typs besteht, dessen Basis mit der Basis und dem
Kollektor des ersten Transistors verbunden ist und dessen Emitter gemeinsam an einer geeigneten
Klemme der Referenzstromquelle liegt, und mit einem dritten Transistor gleichen Typs, dessen
Emitter mit dem Kollektor des ersten Transistors verbunden ist, gekennzeichnet durch folgende
Merkmale:
— die öjsis des dritten Transistors (T' 1) ist mit
seinem Kollektor direkt verbunden und ist der
Referenzstromeingang
— der Kollektor des zweiten Transistors (TT1 ist
mit dem Emitter eines vierten Transistors (T' 2) gleichen Typs und gleicher Geometrie verbunden,
— die Basis des vierten Transistors (T'2) liegt an Basis und Kollektor des dritten Transistors
(T'l)und
— der Kollektor des vierten Transistors (T'2) ist derSt'omausgang.
2. Stromquelle nacii Ansp.1 jeh 2, dadurch gekennzeichnet,
daß sie durch Anordnung weiterer Transistorpaare voneinander mabhängige Stromausgänge
aufweist, derart, daß jeweils zwei dem zweiten (T2) und vierten Transistors (T'2) entsprechende
Transistoren (T3, 7'3; TA, 7'4) untereinander gleichen Typs und gleicher Geometrie mit dem
ersten und dritten Transistor (Ti, T'l) in gleicher Weise verbunden sind wie der zweite und vierte
Transistor.
3. Verwendung der Stromquelle nach Anspruch 2 zur Speisung einer elektronischen Zweidraht/Vierdraht-Übergangsschaltung,
die in einer elektronischen Datenvermittlungszentrale verwendet wird, die einerseits mit einer symmetrischen Zweidraht-Teilnehmerleitung
und andererseits mit elektronischen Wählstufen der Datenvermittlungszentrale über zwei unterschiedliche Kanäle (R, S) verbunden
ist und die für jede Übertragungsrichtung einen aus identischen Transistoren aufgeoauten ersten und
zweiten Differenzverstärker enthält, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Emitter der Transistoren
(T23. T'23. Γ24, T'24, T25, T'25, 726, r 26) der
beiden Differenzverstärker mit einem Ausgang der Stromquelle hohen Widerstands verbunden ist,
wobei die mit den Transistoren desselben Differenzverstärkers verbundenen Transistoren (79, 7'9,
TlO, Γ10; Γ12. Γ12, Γ13. ΓΊ3) untereinander zur
Erzeugung gleicher Ströme (79, /iö; /11, /12, /13)
identisch sind.
Anwendung in einer Zweidraht/Vierdraht-Übergangsschaltung,
mit der Zweidrahtleitungen an eine Vierdraht-Datenvermittlungszentrale gekoppelt werden
können, entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. des Unteranspruchs 3. Eine derartige Stromquelle
ist aus der Zeitschrift »Funktechnik«, 1973, Seiten 313/314, Bild 5 bekannt
Diese Schaltung hat den Nachteil, daß sie einen relativ niedrigen Ausgangswiderstand hat, -venn der
Ausgangsstrom die Größenordnung von 100 μΑ übersteigt
Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine monolithisch integrierte Stromquelle anzugeben, die
einen hohen Ausgangswiderstand selbst bei relativ
Ft hohen Strömen in der Größenordnung von 10 mA
aufweist Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch I angegebene Erfindung gelöst Besonders vorteilhafte
Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird nun anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert
F i g. 1 zeigt das Schaltbild einer anderen bekannten Konstantstromquelle, (»Funktechnik«, a. a. O, Bild 1),
Fig.2 zeigt das Schaltbild der Stromquelle hohen Ausgangswiderstandes nach der Erfindung,
Fig.2 zeigt das Schaltbild der Stromquelle hohen Ausgangswiderstandes nach der Erfindung,
F i g. 3 zeigt das Schaltbild einer Weiterbildung der Stromquelle nach F i g. 2 mit mehreren voneinander
unabhängigen Ausgängen und
Fig.4 zeigt das Schaltbild einer monolithisch integrierten, aktive Halbleiterbauelemente aufweisenden
Zweidraht/Vierdraht-Übergangsschaltung mit einer Stromquelle hohen Ausgangswiderstandes nach
der Erfindung.
Die in F i g. 1 gezeigte bekannte Konstantstromquelle enthält die beiden Transistoren 71, 72, von denen der
Transistor 7i dadurch a!s Diode geschaltet ist, daß
seine Basis mit seinem Kollektor verbunden ist, und der über seinen Kollektor den konstanten Referenzstrom
/re/zugeführt erhält Die Basis des Transistors 72, der an
seinem Kollektor den konstanten Ausgangsstrom /s führt, ist mit der Basis und somit auch mit dem Kollektor
des Transistors 71 verbunden. Die Emitter der Transistoren 71, 72 liegen am Schaltungsnullpunkt.
Die Gesamtheit der Anordnung dieser Transistoren 71, 72 wird als Stufe 1 bezeichnet.
Die Funktion dieser Konstantstromquelle ist folgende: Der Teil Ib des Referenzstroms IrCf wird den Basen
der Transistoren 71, 72 zugeführt, so daß die Basis von Transistor 71 den Strom /al und die Basis des
Transistors 72 den Strom Ip2 zugeführt erhält. Der als
Diode geschaltete Transistor 71 fungiert hierbei als Stromregulator und sorgt für die Aufrechterhaltung des
konstanten Basisstroms Ip2 des Transistors 72. Der Ausgangsstrom /,diesesTransistors hat somit folgenden
Wert:
Applications Claiming Priority (1)
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| DE2459360C3 true DE2459360C3 (de) | 1982-03-04 |
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Family Applications (1)
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-
1974
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Also Published As
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OD | Request for examination | ||
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |