DE2941285C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Konstantstrom-Schaltung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einer aus GB-PS 14 57 587 bekannten Konstantstrom-Schaltung dieser Art wird eine Gegenvorspannung zwischen der Source-Elektrode und dem Substrat angewendet, um den Drain-Strom relativ konstant zu halten. Die Stromstärke ist dabei von mehreren Parametern abhängig, z. B. von der Schwellspannung des Transistors, der Vorsorgungsspannung und der Gegenvorspannung, so daß es in der Praxis schwierig ist, mit dieser Schaltung eine hochkonstante Stromquelle zu schaffen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit auf einer kleinen Chipfläche realisierbaren Mitteln eine Konstantstrom-Schaltung mit möglichst kleiner Abhängigkeit des abzugebenden Konstantstroms von Schwankungen der Versorgungsspannung zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Schaltung wird eine sehr hochkonstante und von Störeinflüssen unabhängige Konstantstromquelle realisiert, ohne daß zusätzliche Bauelemente, wie z. B. eine Zenerdiode oder hochohmige Diffusionswiderstände erforderlich sind. Darüber hinaus sieht die Erfindung Schalteinrichtungen vor, die für die Schaltintegration sehr gut geeignet sind und die keine zusätzlichen Verfahrensschritte oder Änderungen erfordern.

Vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild, das den Aufbau der erfindungsgemäßen Konstantstrom-Schaltung darstellt;

Fig. 2 ein Diagramm zur Erläuterung des Prinzips der Erfindung;

Fig. 3 ein Schaltbild eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 4A und 4B Schaltbilder von weiteren bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung sowie ein Diagramm zur Erläuterung der darin ablaufenden Vorgänge;

Fig. 5A und 5B Schaltbilder eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 6 ein Schaltbild eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung und

Fig. 7A und 7B ein Blockschaltbild und ein Schaltbild einer weiteren Verbesserung der erfindungsgemäßen Konstantstrom-Schaltung.

Anhand von Fig. 1 wird nun ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Konstantstrom-Schaltung beschrieben. Dabei sind Klemmen 17 und 18 mit Potentialquellen niedriger Impedanz verbunden, wie etwa Stromversorgungsklemmen od. dgl. Zwischen den Klemmen 17 und 18 ist eine erste Reihenschaltung 11 aus l FETs, eine zweite Reihenschaltung 12 aus m FETs und eine dritte Reihenschaltung 13 aus n FETs geschaltet, wobei l, m und n voneinander verschiedene positive ganze Zahlen sind. Eine Stromquellenschaltung 14 gibt einen Strom ab, der der Summe der Ströme entspricht, die größenmäßig durch die erste und dritte Reihenschaltung 11 bzw. 13 fließt. Eine Stromquelle 15 gibt an ihrer Ausgangsklemme 16 einen Strom ab, der der Differenz zwischen dem durch die zweite Reihenschaltung 12 fließenden Strom und dem Ausgangsstrom der Stromquelle 14 entspricht.

Anhand von Fig. 2 wird nun das Prinzip der Betriebsweise der oben beschriebenen Konstantstrom-Schaltung näher erläutert. Im allgemeinen kann die Strom-Spannungs-Kennlinie eines im gesättigten Bereich arbeitenden FET durch die folgende Gleichung dargestellt werden:

wobei die Steilheit I _d der Drainstrom des FET, V _t die Schwellenwertspannung, W die Breite des Kanals des FETs, L die Länge des Kanals, t _OX die Dicke des Gatefilms, ε _OX die Dielektrizitätskonstante des Gatefilms und µ die Beweglichkeit der Träger im Kanalbereich kennzeichnet.

Es wird nun angenommen, daß bezüglich der in Abhängigkeit von der ersten bis dritten Reihenschaltung 11 bis 13 in Fig. 1 fließenden Ströme quadratische Kurven, die üblicherweise durch die obige Gleichung 1 dargestellt werden, in drei verschiedenen Formen wie folgt erhalten wurden.

y₁=a₁ (b₁ x-C)² (2)

y₂=a₂ (b₂ x-C)² (3)

y₃=a₃ (b₃ x-C)₂ (4)

Der Einfachheit halber wird die Konstante C bezüglich der Schwellenwertspannung bei allen drei Gleichungen gleich gewählt.

Die Differenz Y₁ zwischen den Gleichungen (2) und (3) ergibt:

Y₁=y₁-y₂=(a₁b₁²-a₂b₂²)x²-2C (a₁b₁-a₂b₂) x+C-² (a₁-a₂) (5)

In ähnlicher Weise ergibt die Differenz Y₂ zwischen den Gleichungen (3) und (4):

Y₂=y₂-y₃=(a₂b₂²-a₃b₃²)x²-2C (a₂b₂-a₃b₃) x+C-² (a₂-a₃) (6)

Die Bedingungen dafür, das Y₁ und Y₂ lineare Funktionen der Variablen x darstellen, sind wie folgt:

A₁b₁²=a₂b₂² (7)

a₂b₂²=a₃b₃² (8)

Wenn diese Bedingungen erfüllt sind, so wird die Differenz Y zwischen den Gleichungen (5) und (6) durch die folgende Gleichung dargestellt:

Y=Y₁-Y₂=-2C (a₁b₁-2a₂b₂+a₃b₃) x+C² (a₁+a₃-2a-₂) (9)

Damit die Gleichung (9) nicht von der Variablen x abhängig ist, ist es erforderlich, daß die folgende Bedingung erfüllt ist:

a₁b₁-2a₂b₂+a₃b₃=0 (10)

Unter der Annahme, daß die Bedingungen (7), (8) und (10) gleichzeitig erfüllt sind, ist die Differenz Y damit wie folgt invariabel:

Y=C² (a₁+a₃-2a₂) (11)

In der Fig. 2 sind die Kurven 22, 23 und 24, die den Gleichungen (2), (3) und (4) entsprechenden, quadratische Kurven. Unter der durch die Gleichung (7) dargestellten Bedingungen, bei der der quadratische Ausdruck gleich Null wird, wird die Differenz zwischen den Gleichungen (2) und (3) durch eine gerade Linie 25 dargestellt. Unter der durch die Gleichung (8) dargestellten Bedingungen, bei der der quadratische Ausdruck gleich Null wird, wird in gleicher Weise die Differenz zwischen den Gleichungen (3) und (4) durch eine gerade Linie 26 dargestellt. Der senkrechte Abstand zwischen den geraden Linien 25 und 26, d. h. die Differenz zwischen den Gleichungen (9) und (10), ist durch eine horizontale gerade Linie 27 gegeben unter der Bedingung gemäß Gleichung (10), bei der der lineare Ausdruck gleich Null wird.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung, das nach der oben beschriebenen Betriebsweise arbeitet, ist in Fig. 3 dargestellt. Die Betriebsweise dieses bevorzugten Ausführungsbeispiels wird nun anhand von Fig. 3 näher erläutert. Dabei weisen die zu den in Fig. 1 dargestellten gleichen Bauteile die gleichen Bezugszeichen auf. In einer ersten Reihenschaltung 11, in der l FETs 111, 112, . . . und 113 in Reihe geschaltet sind, wobei ihre Gate-Elektroden jeweils mit den entsprechenden Drain-Elektroden kurzgeschlossen sind, haben die entsprechenden Feldeffekttransistoren die gleiche Konfiguration und der durch jeden FET fließende Strom wird durch die folgende Gleichung dargestellt:

In gleicher Weise sind in einer zweiten Reihenschaltung 12 m FETs 121, 122 . . . und 123 in Reihe geschaltet, wobei ihre Gate-Elektroden mit den entsprechenden Drain-Elektroden kurzgeschlossen sind, die entsprechenden FETs die gleiche Konfiguration aufweisen und der durch jeden FET fließende Strom durch die folgende Gleichung gegeben ist:

In ähnlicher Weise sind in einer dritten Reihenschaltung 13 n FETs 131, 132, . . . und 133 in Reihe geschaltet, wobei ihre Gate-Elektroden mit den entsprechenden Drain-Elektroden kurzgeschlossen sind, die entsprechenden FETs die gleiche Konfiguration aufweisen und der durch jeden FET fließende Strom durch die folgende Gleichung gegeben ist:

Wenn eine Spannung V _DD zwischen den Klemmen 17 und 18 anliegt, so erfüllen die Gate-Source-Spannung V _{G 1}, V _{G 2} und V _{G 3} der FETs in den entsprechenden Reihenschaltungen 11 bis 13 und die Spannung V _DD die durch die folgende Gleichung gegebene Beziehung:

l · V _{G 1}=m · V _{G 2}=n · V _{G 3} (15)

Entsprechend den oben beschriebenen Differenzen Y₁ und Y₂ gemäß Gleichung (5) und (6) ergeben sich die folgenden Gleichungen:

Io₁=Id₁-Id₂ (16)

Io₂=Id₂-Id₃ (17)

In ähnlicher Weise ergibt sich die Differenz gemäß Gleichung (9) in entsprechender Weise:

Io=Io₁-Io₂=Id₁+Id₃-2Id₂ (18)

Bezüglich der Schaltungskonstruktionen kann in anderen Worten eine Schaltung mit im wesentlichen der gleichen Aufgabe wie das oben genannte Prinzip der Betriebsweise durch eine Schaltungskonstruktion realisiert werden, bei der ein doppelt so großer Strom, wie er durch die zweite Reihenschaltung fließt, von der Summe der Ströme subtrahiert wird, die durch die erste und dritte Reihenschaltung fließen.

In Fig. 3 stellt ein FET 141 eine Stromquelle dar, der einen Ausgangsstrom liefert, der von dem durch die erste Reihenschaltung 11 fließenden Strom Id₁ abhängig ist. Das Verhältnis des Ausgangsstroms des FET 141 zum Strom Id₁ wird bestimmt durch das Verhältnis der Konfigurationen des FET 141 und der die erste Reihenschaltung 11 bildenden FETs 111, 112, . . . und 113, d. h. das Konfigurationsverhältnis der Kanalbereiche, wie es durch β in Gleichung (1) gegeben ist. Der Einfachheit halber wird das Verhältnis zwischen den β 's gleich 1 gewählt. In gleicher Weise liefert ein FET 142 einen Strom, der dem durch die dritte Reihenschaltung 13 fließenden Strom Id₃ entspricht, und an einem Verbindungspunkt 143 werden die Ströme Id₁ und Id₃ addiert. Andererseits liefert ein FET 151 einen Ausgangsstrom, der von dem durch die zweite Reihenschaltung 12 fließenden Strom Id₂ abhängig ist. Der FET 151 hat ein Konfigurationsverhältnis bezüglich des Leitwerts β, das doppelt so groß ist wie das der die zweite Reihenschaltung 12 bildenden FETs 121, 122, . . . und 123 (d. h., das Verhältnis zwischen den β 's ist gleich 2). Damit ist der Ausgangsstrom des FET 151 im wesentlichen gleich 2 Id₂. Die FETs 161 und 162 sind gegenüber den anderen FETs in Fig. 5 vom entgegengesetzten Leitungstyp und der am Verbindungspunkt 143 aufaddierte Summenstrom aus Id₁+Id₃ wird durch die Stromspiegelschaltung invertiert, die durch die FETs 161 und 162 gebildet wird. Die Summe dieses invertierten Stromes minus (Id₁+Id₃) und des Stromes Id₂ vom FET 151, d. h. ein Strom 2Id₂-(Id₁+Id₃), fließt durch einen FET 163, so daß an einer Ausgangsklemme 16 ein durch eine aus den FETs 163 und 164 gebildete Stromspiegelschaltung invertierter Ausgangsstrom Io, d. h. ein Strom Id₁+Id₃-2Id₂ abgenommen werden kann.

Setzt man die Gleichungen (12), (13), (14) und (15) in die Gleichung (18) ein, so ergibt sich die folgende Gleichung:

Wird die Gleichung (19) partiell nach der Variablen V _DD differenziert, so ergibt sich die folgende Gleichung:

Damit der Ausgangsstrom Io nicht von der Veränderlichen V _DD abhängig ist, ist es lediglich erforderlich, daß der Wert der Gleichung (20) unabhängig vom Wert von V _DD gleich Null wird. Dies bedeutet, daß die notwendige Bedingung darin besteht, daß die folgenden Gleichungen gleichzeitig erfüllt werden:

Die durch die Gleichung (21) gegebene Bedingung entspricht den durch die Gleichungen (7) und (8) gegebenen Bedingungen und die durch die Gleichung (22) entspricht der durch die Gleichung (10) dargestellten Bedingungen. Aus den obigen Gleichungen (21) und (22) kann die folgende Beziehung abgeleitet werden:

Setzt man die Gleichung (23) in die Gleichung (19) ein, so ergibt sich die folgende Beziehung:

Damit ist bewiesen, daß Io nicht von der Stromversorgungsspannung V _DD abhängig ist. Die Gleichungen (23) und (24) sind Grundgleichungen zur Bestimmung der Parameter der entsprechenden Elemente in der erfindungsgemäßen Konstantstrom-Schaltung. Durch Verändern der Gleichung (23) ist das Stromverhältnis (Id₁ : 2Id₂ : Id₃) zwischen der ersten, zweiten und dritten Stromquelle bestimmt durch:

Es wird nun ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Konstantstrom-Schaltung gegeben, das auf der Basis der obigen Grundgleichungen praktisch durchgeführt wurde. Dies wird anhand von Fig. 4 näher erläutert. Dabei sind wieder gleiche Bauteile wie in Fig. 3 mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Bei dem in Fig. 4 dargestellten Beispiel betragen die Parameter l =1, m =2 und n =3. Damit wird die Gleichung (23) entsprechende Bedingungsgleichung gleich:

In entsprechender Weise wird ein Ausgangsstrom Io durch die folgende Gleichung gegeben:

Io = β₁V _T 2 (24′)

Unter der oben beschriebenen Bedingung nimmt der durch die obige Gleichung (16) dargestellte Strom Io₁ die folgende lineare Form an:

Auch der durch die Gleichung (17) dargestellte Strom Io₂ nimmt die folgende lineare Form an:

Die entsprechenden geraden Linien, die den Gleichungen (16′) und (17′) entsprechen, sind in Fig. 4B mit entsprechenden Bezugszeichen 251 bzw. 261 versehen. Diese geraden Linien entsprechen den geraden Linien 25 bzw. 26 in Fig. 2, auf die bei der Erklärung der Betriebsweise Bezug genommen wurde. Bei einer praktischen FET-Schaltung gelten die Gleichungen (12), (13) und (14) nur für Gate-Source-Spannungen V _{G 1}, V _{G 2} und V _{G 3}, die größer sind als die Schwellenwertspannung V _T . Bei Gate-Source-Spannungen, die kleiner sind als die Schwellenwertspannung V _T , werden die Ströme Id₁, Id₂ und Id₃ gleich Null. Damit folgen die durch die geraden Linien 251 und 261 dargestellten Ströme Io₁ und Io₂ im Falle einer praktischen Schaltung den durchgezogenen Kurven 51 und 61 in Fig. 4B. Der durch die Kurve 51 dargestellte praktische Strom Io₁ folgt einer geraden Linie bei einer Stromversorgungsspannung von V _DD ≧2V _T und der durch die Kurve 61 dargestellte praktische Strom Io₂ folgt einer geraden Linie bei einer Stromversorgungsspannung von V _DD ≧3V _T . Zusätzlich folgt der praktische Ausgangsstrom Io, wie es durch eine gestrichelte Linie 71 dargestellt ist, bei einer Stromversorgungsspannung von V _DD ≧3V _T einer horizontalen geraden Linie 271 entsprechend Gleichung (24). Wenn damit FETs mit einer Schwellenwertspannung von V _T =1V verwendet werden, so kann eine Konstantstrom-Quelle vorgesehen werden, die einen Konstantstrom im Bereich der Stromversorgungsspannung von V _DD ≧3V liefern kann. Zusätzlich wurde bewiesen, daß für die Werte β₁=5×10^-6 (A/V ²), b₂=20×10^-6 (A/V ²) und β₃=45×10^-6 (A/V ²) ein Strom Io=5 µA an der Klemme 16 erhalten werden kann. Damit kann mit sehr kleinen Bauelementen, wie sie durch die Werte β₁, β₂ und β₃ gekennzeichnet sind, ein sehr geringer Konstantstromwert erhalten werden.

Anhand von Fig. 5 wird nun ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Konstantstrom-Schaltung beschrieben. Dabei sind wieder die gleichen Bauteile wie in Fig. 3 mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Mit dem Bezugszeichen 200 ist eine Spannungsteilerschaltung zum Teilen einer Spannung zwischen den Eingangsklemmen 17 und 18 gekennzeichnet. Beispielsweise sind die Details der Spannungsteilerschaltung 200 in Fig. 5B dargestellt. Das Bezugszeichen 201 kennzeichnet eine Spannungsversorgungsklemme zur Zuführung einer ersten Vorspannung, die dadurch erhalten wird, daß die zwischen den beiden Klemmen 17 und 18 anliegende Spannung geteilt wird. Bei dem in Fig. 5B dargestellten Beispiel wurde ein Spannungsteilungsfaktor A mit 1 : 4 gewählt. Auch das Bezugszeichen 202 kennzeichnet eine Spannungsversorgungsklemme zur Zuführung einer zweiten Vorspannung, wobei bei dem in Fig. 5B dargestellten Beispiel der Spannungsteilungsfaktor B mit gewählt wurde. Das Bezugszeichen 203 kennzeichnet eine Spannungsversorgungsklemme zur Zuführung einer dritten Vorspannung, wobei bei dem in Fig. 5B dargestellten Beispiel der Spannungsteilungsfaktor C mit 3 : 4 gewählt wurde.

Wenn eine Stromversorgungsspannung V _DD zwischen den Klemmen 17 und 18 anliegt, so wird von einer ersten Stromquelle, die aus einem mit der ersten Vorspannung vorgespannten FET 141 besteht, ein Strom Id₁ von einer zweiten Stromquelle, die aus einem mit der zweiten Vorspannung vorgespannten FET 151 besteht, ein Strom Id₂ und von einer dritten Stromquelle, die aus einem mit der dritten Vorspannung vorgespannten FET 143 besteht, abgenommen:

Auf der Basis der Gleichungen (25), (26) und (27) ergibt sich ein Ausgangsstrom Io an der Klemme 16 wie folgt:

Aus der obigen Gleichung ergibt sich, daß die Bedingung, daß der Ausgangsstrom Io unabhängig von der Variablen V _DD ist, durch die Beziehung erfüllt ist, woraus sich die folgenden beiden Bedingungen ableiten lassen:

β₁A²+β₃C²-β₂B²=0 (29)

β₁A+β₃C-β₂B=0 (30)

Aus den Gleichungen (29) und (30) ergeben sich die Beziehungen zwischen β₁, β₂ und β₃ wie folgt:

Setzt man Gleichung (31) in Gleichung (28) ein, so ergibt sich die folgende Beziehung:

Daraus ist offensichtlich, daß auch bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der an der Klemme 16 abgenommene Ausgangsstrom Io nicht von der Stromversorgungsspannung V _DD abhängig ist. Die Gleichungen (31) und (32) stellen Grundgleichungen zur Bestimmung der Parameter der entsprechenden Bauelemente gemäß dem in Fig. 5 dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Konstantstrom-Schaltung dar. Aus Gleichung (31) wird das Stromverhältnis zwischen erster, zweiter und dritter Stromquelle wie folgt berechnet:

Im Falle der beispielsweise dargestellten Spannungsteilerschaltung in Fig. 5B nehmen die Spannungsteilerfaktoren die Werte an. Werden diese numerischen Werte in Gleichung (32) eingesetzt, so erhält man:

Wenn β₁=60×10^-6 (A/V²) gewählt wird, so ergeben sich die Werte β₂=60×10^-6 (A/V²) und b₃=20×10^-6 (A/V²). Wenn V _T =1 V gewählt wird, so kann damit ein Strom Io=10 µA abgenommen werden.

Es sollte hier angemerkt werden, daß Gleichung (33) praktisch gleich der Gleichung (23′) ist. Die Faktoren A, B und C in Gleichung (33) sind nämlich jeweils gleich in ihrem Verhältnis zu und es ergibt sich aus Gleichung (33) die Gleichung (23′), indem man A, B und C durch ersetzt. In ähnlicher Weise sind die Faktoren l, m und n in Gleichung (23′) entsprechend gleich in ihrem Verhältnis den Faktoren und und es ergibt sich damit auch aus Gleichung (23′) die Gleichung (33), indem l, m und n in Gleichung (23′) durch ersetzt werden.

Anhand von Fig. 6 wird nun eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Allgemein ist eine aus komplementären FET-Bauelementen zusammengesetzte integrierte Schaltung durch die Tatsache gekennzeichnet, daß der Leistungsverbrauch selbst dann, wenn eine Stromversorgungsspannung angelegt ist, sehr gering ist, wenn die Schaltung sich nicht in Betrieb befindet. So ist es beispielsweise in einem System möglich, bei dem eine Operation eines A/D-Wandlers durch einen Mikrocomputer gesteuert wird, den Leistungsverbrauch in einer Analogschaltung, wie etwa einem A/D-Wandler oder dgl. durch Vorsehen einer Schaltungseinrichtung zu vermindern, bei der eine Konstantstrom-Schaltung einen Konstantstrom liefert, wenn der A/D-Wandler sich entsprechend einem Steuersignal vom Mikrocomputer im Betriebszustand befindet, die Konstantstrom-Schaltung jedoch die Zuführung des Konstantstroms unterbricht, wenn der A/D-Wandler sich außer Betrieb befindet. In Fig. 6 ist mit dem Bezugszeichen 103 eine Steuerklemme gekennzeichnet und ein an diese Klemme 103 angelegtes Steuersignal wird invertiert und einer Impedanzwandlung durch eine Inverterschaltung 100 unterzogen, die aus den komplementären FETs 101 und 102 gebildet wird, und das Ausgangssignal wird am Punkt 17 abgegeben. Wenn die Konstantstrom-Schaltung in einen Betriebszustand gebracht wird, so wird der FET 101 eingeschaltet, so das der Punkt 17 ein Potential aufweist, das durch das Spannungsteilungsverhältnis der Impedanz der Konstantstrom-Schaltung, vom Punkt 17 aus gesehen, zur Impedanz des FET 101 bestimmt wird. Obwohl dieses Potential am Punkt 17 kaum konstant gehalten werden kann, kann der Konstantstrom-Schaltungsabschnitt einen stabilen Konstantstrom an seiner Ausgangsklemme 16 über einen weiten Bereich der Spannungsänderung am Punkt 17 hinweg liefern, wie es bereits oben beschrieben wurde. Wenn andererseits die Konstantstrom-Schaltung außer Betrieb gesetzt wird, so wird der FET 101 gesperrt und der FET 102 eingeschaltet, so daß kein Strom durch irgendeines der Bauelemente in der Konstantstrom-Schaltung fließt. Dadurch wird die Zuführung eines Stromes von der Ausgangsklemme 16 unterbrochen.

Im nachfolgenden werden weitere Verbesserungen der erfindungsgemäßen Konstantstrom-Schaltung beschrieben. Wenn bei den in den Fig. 4 und 5 beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung die zwischen den Klemmen 17 und 18 anliegende Eingangsspannung (beispielsweise eine Stromversorgungsspannung) extrem hoch werden sollte, so nehmen die durch die entsprechenden Reihenschaltungen fließenden Ströme Id₁, Id₂ und Id₃ stark zu, wie es in Fig. 2 bei den Kurven 22, 23 und 24 dargestellt ist. Damit besteht bei den bevorzugten Ausführungsbeispielen in Fig. 4 und 5 die Möglichkeit, die Genauigkeit des Konstantstromwertes herabzusetzen, wenn eine hohe Eingangsspannung anliegt.

Bei dem in Fig. 7 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Schaltung vorgesehen, in der bei Zunahme der Eingangsspannung die Zunahme der praktisch der Konstantstrom-Schaltung gemäß der Erfindung zugeführten Spannung unterdrückt werden kann, die Stabilität der Schaltung verbessert und auch eine Zunahme des Leistungsverbrauchs unterdrückt wird. In Fig. 7A ist mit dem Bezugszeichen 10 eine erfindungsgemäße Konstantstrom-Schaltung bezeichnet, wie sie in den Fig. 4 und 5 dargestellt ist. Das Bezugszeichen 300 bezeichnet einen Widerstand und das Bezugszeichen 400 eine zusätzliche Eingangsklemme. Wenn die Eingangsspannung zunimmt, so steigt aufgrund der Einfügung des Widerstands 300 eine daran abfallende Spannung an, so daß der durch die Reihenschaltung in der Konstantstrom-Schaltung 10 fließende Strom von der quadratischen Kennlinie abweicht und sich der linearen Kennlinie annähert. Folglich kann eine abrupte Zunahme des Stroms unterdrückt und aufgrund der Unterdrückung des Stroms durch die Reihenschaltung die Genauigkeit des Ausgangsstroms verbessert werden.

Der gleiche Vorteil ergibt sich auch bei dem in Fig. 7B dargestellten verbesserten Ausführungsbeispiel, bei dem ein Widerstand 300′ zwischen der Eingangsklemme 17 der Spannungsteilerschaltung 200 im Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 und der zusätzlichen Eingangsklemme 400 eingefügt ist.

Wenn die Spannung am Punkt 17 in den Fig. 7A und 7B mit V _DD , gegeben ist und das Symbol gemäß den Gleichungen (15) und (25), (26) und (27) durch das Symbol V _DD , ersetzt wird, so ist leicht zu verstehen, daß die Betriebsweise der Konstantstrom-Schaltung sich selbst nicht wesentlich ändert.

Da der durch den Widerstand 300 in Fig. 7A fließende Strom im allgemeinen größer als der durch den entsprechenden Widerstand 300′ in Fig. 7B fließende Strom, kann der Widerstand 300 in Fig. 7A einen kleineren Widerstandswert haben, so daß die Schaltung in Fig. 7A als integrierte Schaltung besser realisierbar ist.

Wie bereits oben beschrieben wurde, sieht die erfindungsgemäße Konstantstrom-Schaltung Mittel zur Zuführung eines kleinen Konstantstromes gegenüber einem weiten Veränderungsbereich der Stromversorgungsspannung vor. Darüber hinaus sind bei einer Realisierung dieser Schaltung in Form einer integrierten Schaltung Widerstände mit hohem Widerstandswert nicht erforderlich und es werden lediglich solche aktiven Bauelemente bei der Schaltungsintegration verwendet, die nur eine kleine Fläche benötigen. Darüber hinaus sieht die Erfindung Schaltungseinrichtungen vor, die für die Schaltungsintegration sehr geeignet sind und die keine zusätzlichen Verfahrensschritte oder Änderungen erfordern. Damit weist die Erfindung einen großen Fortschritt gegenüber dem Stand der Technik auf.

Claims (4)

1. Konstantstrom-Schaltung mit einer Vorspannschaltung zum Erzeugen eines Steuerpotentials, einer vom Steuerpotential angesteuerten Stromquelle und einer aus dem Strom der Stromquelle den konstanten Ausgangsstrom erzeugenden Ausgangsschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannschaltung (11, 12, 13; 200) drei verschiedene Steuerpotentiale A, B, C erzeugt, daß drei Stromquellen (141, 142, 151) vorgesehen sind, die von jeweils einem der drei Steuerpotentiale angesteuert sind und entsprechend verschiedene Ströme erzeugen, und daß die Ausgangsschaltung (143, 161, 162) den Konstantstrom durch Summieren der Ströme der ersten und dritten Stromquelle (141, 143) und Abziehen des Stroms der zweiten Stromquelle (151) erzeugt.

2. Konstantstrom-Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannschaltung (11, 12, 13) aus drei Reihenschaltungen aus unterschiedlichen Anzahlen (l, m, n) von als Diode geschalteten Feldeffekttransistoren (111 bis 113; 121 bis 123; 131 bis 133) besteht, die parallel zueinander an eine gemeinsame Versorgungsspannung (17, 18) geschaltet sind.

3. Konstantstrom-Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannschaltung (200) aus einer Reihenschaltung von als Dioden geschalteten Feldeffekttransistoren besteht, an deren Verbindungspunkten (201, 202, 203) die verschiedenen Steuerpotentiale A, B, C abgegriffen werden.

4. Konstantstrom-Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste, zweite und dritte Stromquelle (141, 151, 143) so ausgebildet sind, daß die von ihnen in Abhängigkeit von den zugehörigen Steuerpotentialen A, B, V erzeugten Ströme sich wie B (B-C) : A (A-C) : A (A-B)verhalten.