DE3125765A1

DE3125765A1 - Konstantstromquelle

Info

Publication number: DE3125765A1
Application number: DE19813125765
Authority: DE
Inventors: Takashi Okada; Fumikazu Tokyo Otsuka; Hiroshi Yokohama Kanagawa Sahara
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1980-07-02
Filing date: 1981-06-30
Publication date: 1982-06-03
Also published as: CA1158308A; KR860000475B1; KR830006990A; US4352057A; DE3125765C2; FR2486265A1; JPS5714918A; GB2080063B; FR2486265B1; GB2080063A

Description

Dipl.-l-ng. H. MITSCHERLICH " ' * " " *" D-8000 MÖNCHEN 22 Dipl.-Ing. K. GUNSCHMANN : ° 3· SteinsdoifctroBe 1Q

Dr.rer. not. W. KÖRBER ^ ⁽⁰⁸⁹⁾ '^?

Dipl.-I η g. J. SCHMIDT-EVERÖ
PATENTANWÄLTE

3o, Juni 1981

SONY CORPORATION

7-3.5 Kitashinagawa 6-chome

Shinagawa-ku

TOKYO/JAPAN

KONSTANTSTROMQÜELLE

Die Erfindung betrifft allgemein eine Konstantstromquelle und insbesondere eine Transistor-Konstantstromquelle.

Bei einer herkömmlichen Konstantstromquelle, wie sie. in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, gilt zwischen der Basis/ Emitter-Spannung V eines darin verwendeten Transistors

BÜ

und dessen Emitterstrom I„ folgende Gleichung:

mit k = Boltzmann-Konstante,

-T =. , absolute Temperatur,

q .= Elektronenladung,

I — . Sättigungsstrom in Sperrichtung»

Zwischen dem Sättigungsstrom I in Sperrichtung und einer Emitter/BasiK-Übergangsflache A des Transistors gilt folgende Gleichung:

wobei ^eine proportional-Konstante ist.

Bei der herkömmlichen Schaltung gemäß Fig. 1 ergibt sich, da die Basis/Emitber-Spannung eines Transistors Q₁ gleich der des anderen Transistors Q„ ist, folgende Gleichung aus den Gleichungen (1) und (2):

mit T_n = ' · Emittier strom des Transistors Q. , I _no C- limitte.rstrom des Transistors .Q₀ , Λ ϊ= : Emitter/Basis-Übergangsriäche des

Transistors Q₁,

A — ' Emitter/Basis-Ubergangsriäche des Transistors Q .

Wenn der Stromverstärkungsfaktor h„„ jedes der Transistoren Q₁ und Q als ausreichend groß angenommen wird, kann dessen Basisstrom vernachlässigt werden. Folglich kann folgende Beziehung abgeleitet werden:

I. = I,

EJ

^X2 ~

I= . Kollektorstrom des Transistors Q , I S= . Kollektorstrom des Transistors Q-

Aus den Gleichungen (3) und (4) ergeben sich:

^Xl 1

Da für den Transistor Q₁ folgende Gleichung gilt: τ ^VCC " BE . '

R₁

mit V _c ε . Versorgungsspannung,

-R ~ " Widerstandswert eines Widerstandes R _r

der mit dem Kollektor des Transistors Q verbunden

ist,
ergibt sich der' Strom I₀ sais den Gleichungen (5) und (6)

τ· _ CC - BE . ^Ά2 ₍-_Λ

Folglich dient der Transistor Q als Absorptions-Konstant-Stromquelle, wobei sich der Strom gemäß Gleichung (7) ergibt.

Bei der herkömmlichen Schaltung ist, da die Beziehung oder das Verhältnis zwischen den Strömen I. und I durch die Gleichung (5) wiedergegeben ist, wenn das Verhältnis I„/I. groß ist, beispielsweise der Strom I₂ zum hundertfachen do» Stromes I. gewählt ist, es notwendig, daß die Übergangsfläche A_r> zum Hundertfachen der Übergangsfläche A gewählt wird. Daher erfordert die herkömmliche Schaltung eine große Fläche, weshalb sie nicht zur Herstellung als integrierte Schaltung (IC) geeignet ist. Wenn nun das Verhältnis I„/I klein ist, muß, wenn der Strom I₀ zu 3/100 des Stromes I₁ gewählt ist,

CLt X

die Übergangsfläche A zum Hundertfachen derjenigen von A gewählt werden. Daher ist auch dieser Fall nicht für eine integrierte Schaltung geeignet.

Bei der herkömmlichen Schaltung gemäß Fig. 2 gilt an dor Basis des Transistors Q folgende Gleichung:

¹I¹¹I ^{+ V}BE1 ^{= I}2^R3 ^{+ V}BE2 (8)

BEI ." Basis/Emitter-Spannung des Transistors

BE2 ^ _ Basis/Emifcer-Spannung des Transistors

R_ ⁼ -. Widerstandswert eines Widerstandes R,,i der mit dem Emiitfcer des Transistors Q_ verbunden 1st.

tu

Da die folgende Gleichung (9) gilt» kann die Gleichung (10) aus den Gleichungen (8) und (9) abgeleitet werden:

" BE " BE2 BEI

^kT

wobei R der Widerstandswert eines Widerstandes R ist,

2 Ä

der mit dem Emitter des Transistors Q verbunden ist.

Wenn der Spannungsabfall über dem Widerstand R. bei etwa der Basis/Emitter-Spannung V_„ liegt, ist der zweite Term Ln dt>r Klammer dor Gleichung (10) klein und daher vernach lässigbar. Somit ergibt sich aus der Gleichung (10):

Somit ergibt sich der Strom I zu:

(12).

Daher wirkt der Transistor Q₀ als Absorp tions-Konstantstromquelle,deren Strom durch die Gleichung (12) wiedergegeben ist.

Da jedoch ein Widerstand einer integrierten Schaltung allgemein durch Verunreinigungsdiffusion gebildet wird, ist die Fläche des Widerstandes in der integrierten Schaltung proportLonal dessen Widerstandswert. Im Fall der Konstantstromquelle gemäß Fig. 2 muß, da die Beziehung zwischen den Strömen I und I₀ durch die Gleichung (ΐΐ) wiedergegeben ist, wenn der Strom I₀ beispielweise zum Hundertfachen

I₂ .	^vcc-	BEI	^R2
	^Ri -	^^R3
^Ri

des Stromes I gewählt ist, der Widerstand R einen Widerstandswert besitzen, der das Hundertfache desjenigen des Widerstandes R beträgt= Das heißt, die Fläche des Widerstandes R muß zum Hundertfachen derjenigen des Widerstandes R gemacht werden.

Daher wird die integrierte Schaltung großflächig, weshalb die Schaltung gemäß Fig. 2 ebenfalls für eine integrierte Schaltung ungeeignet ist.

Fig. 3 zeigt eine praktische Schaltung, die durch Verwenden der Konstant.stromschaltung gemäß Fig. 2 gebildet ist, um sechs Konstantstrom-Ausgänge I bis I_ zu erreichen. Wenn die Schaltung gemäß Fig. 3 ^als integrierte Schaltung ausgebildet wird, ist die Fläche, die von einem Transistor in der integrierten Schaltung eingenommen wird, annähernd gleich der Fläche eines Widerstandes mit einem Widerstandswert von 2k fL , der durch Verunreinigungsdiffusion gebildet ist. Somit ergeben.sich für die Konstantstromschaltung gemäß Fig. 3 die folgenden W-erte:

112 4 ■ 1 + 1 + I +4, 8 h 17 i- 33 -ι- 100 ι- 12 χ 6 - 28 1,8 28-1,8/2 = 1^0,9.

_ Das heißt die Schaltung gemäß Fig. 3 erfordert, eine Fläche, die einem Widerstand von 281,8 kÄoder eine Fläche, die l4O,9 Transistoren entspricht.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine neuartige Konstantstromquelle anzugeben, die selbst bei großem Stromverhältnis geringen Flächenbedarf besitzt.

Weiter soll eine Kostantstromquelle angegeben werden, die zur Ausbildung als integrierte Schaltung geeignet ist.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung wird eine Konstantstromgeneratorschaltung bzw. KonstantStromquelle angegeben, die aufweist:

A Einen ersten, .einen zweiten , einen dritten und einen vierten Transistor eines Leitfähigkeitstyps mit jeweils Basis_/ Kollektor, Emitter.

B eine Spaimungsversorgungsquelle mit erstem und zweitem Sp annung s an s chluß,

C eine Verbindungsschaltung zum Verbinden des Kollektors und des Emitters des ersten Transistors mit erstem bzw. zweitem Spannungsanschluß, wobei ein erstes Impedanzglied zwischen Kollektor und erstem Spannungsanschluß geschaltet ist,

D eine Verbindungsschaltung zum Verbinden des Emitters des zweiten Transistors mit dem zweiten Spannungsanschluß über eine zweite Impedanz,

E eine Verbindungsschaltung zum Verbindon des Emitters des dritten Transistors mit dem zweiten Spannungsanschluß über eine dritte Impedanz,

F: eine Verbindungsschaltung zum Verbinden des Emitters des vierten Transistors mit dem zweiten Sρannungsanschluß,

G eine Verbindungsschaltung zum Verbinden der Basis des ersten Transistors mit dem Emitter des zweiten Transistors,

H eine Verbindungsschaltung zum Verbinden des Kollektros des ersten Transistors mit der Basis des zweiten bzw. des dritten Tranistors,

eine Verb indungs schaltung zum Verbinden des Emitters

des dritten Transistors mit der Basis des vierten Tran-• .si störs und .

J oine Stromnut zu tigs einrichtung, die zwischen dem ersten Spannungsanschluß und mindestens einem Kollektor von zweitem, drittem und viertem Transistor angeschlossen ist.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausfiihrungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1-3 jeweils Schaltbilder herkömmlicher Konstantstromquellen,

Fig. 4b u. 5 ,jeweils Schaltbilder von Ausführungsbeispielen von Kostantstromquellen gemäß
der Erfindung.

Herkömmliche Konstantstromquellen wurden anhand der Figuren 1 bis 3 bereits erläutert.

Ein erstes Beispiel der Konstantstromquelle gemäß der
Erfindung wird nun mit Bezug auf Fig. k erläutert.
Bei diesem Aus'ührungsbeispiel ist der Kollektor eines
Tranistors Q. über einen Widerstand R. mit dem Vcrsorgungsanschluß T. verbunden, der mit einer Spannung +V«« versorgt ist, wobei dessen Ernster an Masse liegt.

Die Transistoren Q₀ und Q sind basisseitig gemeinsam mit
dem Kollektor des Transistors Q₁ verbunden und sLnd emitter seitig jeweils über Widerstände R bzw. R an Masse gelegt.

^ 3
Der Emitter des Transistors Q ist auch mit der Basis des

(Zt

Transistors Q₁ verbunden. Der Emitter des Transistors Q ist mit der Basis eines Transistors Q. verbunden, dessen Emitter an Masse liegt (geerdet ist).

Gemäß dem Schaltungsaufbau gemäß Fig. k gilt bezüglich der Basen der Transistoren Q_D und Q :

^VBEJ ^{+ V}BE2 ^{= V}BE3 ^{+ V}BE4 (?3),

mit Vg_Eo "" ' Basis/Emitfcer-Spannung des Transistors

V , ~ Basis/Emitter-Spannung des Transitors Q. Aus den Gleichungen (1) und (13) ergibt sich:

I₁ . I₂ = I₃ . I₄ (14),

mit I„ = Kollektorstiom des Transistors Q ,
Ϊ, =? Kollektorstrom des Transistors Q, .

/O-

Wenn zur Vereinfachung folgende Bedingung erfüllt wird:

^VBE1	—	2	BE2 ~	BE 3 ~
ich die		Ströme	¹I' ^Z
	3	₌ ^vcc-	^2VBE
	^Ri
I	^VBE
I	^R2
	^VBE
	^E3

(15) (16)

(17)

Aus den Gleichungen (l4) bis (17) ergibt sich der Strom

¹I₁ ^zu: R_P

I₄ = _2__ τ (18).

^Ri

Wie orwähnt, kann die Schaltung gemäß Fig. 4 die Konstantströme I_n bis Ii erzeugen, die durch die Gleichung_en (16) bis (l8) wiedergegeben sind. Beim Beispiel der Erfindung gemäß Fig. k können alle Tranistoren Q bis Q, mit gleicher Übergangsflache bzw. Übergangszone versehen werden, d.h._; daß keine große Übergangsfläche erforderlich ist. Somit ist die Konstantstromquelle gemäß Fig. k vorteilhaft, wenn sie als inte grierte Schaltung ausgebildet werden soll.· Für den Fall der herkömmlichen Schaltung gemäß Fig. 2 gilt folgende Gleichung:

V-V

= CC ^VBE1 _flq)

R_{1 +} R₂ — r (19).

Dagegen gilt für die erfindungsgemäße Schaltung gemäß Fig. 4 ausgehend von Gleichung (15):

V 2V
R₁= CC - BE . _(20K

¹I
Wenn daher "der Bezugs-Strom I. beladen Schaltungen gemäß

Fig* 2 und gemäß Fig, k gleich ist, ist der Widerstandswert R. gemäß Glei'chung (20) kleiner als der Wider stand swert (R +R) gemäß der Gleichung (I9) um einen Betrag, der der Spannung V__ entspricht.

ου/

Als Ergebnis kann die Fläche, die durch den Widerstand R. eingenommen wird. (bzw. in Fig. 2 durch die Widerstände. R₁ und R₀)/ der den Strom I₁ bestimmt, verringert werden,

X £ X

weshalb die Schaltung gemäß Fig. k zur Ausbildung als integrierte Schaltung geeignet ist.

Fig« 5 zeigt eine Schaltung, die unter Verwendung der Schaltung gemäß Fig. k gebildet ist und die Ausgaiigs-KonstantstrÖme ähnlich denen gemäß Fig. 3 erzeugt. Bei der Schaltung gemäß Fig. 5 ergeben sich folgende Werte:

106 + 33 + 1 + 2x12 = 164 (kß)

164/2 =82. '

Daher erfordert die Schaltung gemäß Fig. 5 lediglich die Fläche, die einen Widerstand mit 164 ki2 bzw. 82 Transistoren in einer integrierten Schaltung entspricht. Dieser Wert entspricht 58% der Fläche der Schaltung gemäß Fig. 3· Folglich ist die Schaltung gemäß Fig. 5 vorteilhaft bei Ausbildung als integrierte Schaltung.

Weiter hängen, wenn die Ausgangsströme I und I der Schaltung gemäß Fig. 3 mit den Strömen I und In der Schaltung gemäß Fig. 5 verglichen werden, die Ströme I und I der Schaltung gemäß Fig. 3 von vier Widerständen R. bis R, ab, während die Ströme I und In der Schaltung gemäß· Fig. 5 von lediglich dem Widerstand R. abhängen. Deshalb werden die Ströme Ί. und Iq weniger gestreut. Selbst wenn die Ströme I und Iq gestreut werden, ist deren Streuungsrichtung gleich. Das heißt, daß die Schaltung gemäß Fig. 5 ebenfalls zur Ausbildung als integrierte Schaltung geeignet ist.

-Ψ-

Wenn auch nicht dargestellt, kann ein SmLtt erwiderst and mit jedem der Transistoren Q und Q, verbunden werden.

Selbstverständlich sind noch andere Ausführungsformen möglich.

Claims

7-35 Kitashinagawa 6-chome

Shinagawa-ku

TOKYO/JAPAN

ANSPRUCH

Konstantstrom-Generatorschaltung mit Transistoren eines Leitfähigkeitstyps, die zwischen erstem und zweitem Spannungsanschluß einer Spannungsquelle geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet,

daß vier Transisoren (Q₁,Q ,Q _;Q.) vorgesehen sind, daß der Kollektor und der Emitter des ersten Transistors (Q.) mit dem ersten (T.) bzw. dem zweiten Spannungsanschluß verbunden sind, wobei ein erstes Impedanzglied (R.) zwischen dem Kollektor und dem ersten Spannungsanschluß (T.) geschaltet ist,

daß der Emitter des zweiten Transistors (Q_Q) mit dem zweiten Spannungsanschluß über ein zweites Impedanzglied (R₀) verbunden ist,

daß der Emitter des dritten Tranaistors (Q„) mit dem zweiton Spannungsanschluß über ein drittes Impedanzglied (R ) verbunden ist,

daß der Emitter des vierten Transistors (Q^ ) mit dem zweiten Spannungsanschluß verbunden ist,

daß· die Basis des ersten Transistors (Q₁-) mit dem Emitter des zweiten Transistors (Q₂) verbunden ist, daß der Kollektor des ersten Transistors (Q.) mit den Basen des zweiten und des dritten Transistors (Q_ofQ_o) verbunden ist,

daß der Emitter des dritten Transistors (Q„) mit der Basis des vierten Transistors"(Q.) verbunden ist und daß eine Stromnutzungseinrichtung zwischen dem ersten Spannungsanschluß und mindestens einem der Kollektoren von zweitem, dritten und vierten Transistor (Q_oJQ_o,Q/ )

ii j ft

• angeschlossen ist.