DE3329664A1

DE3329664A1 - Schaltung zum umwandeln von gleichsignalen

Info

Publication number: DE3329664A1
Application number: DE19833329664
Authority: DE
Inventors: Heinz 7100 Heilbronn Rinderle
Original assignee: Telefunken Electronic GmbH
Current assignee: Atmel Germany GmbH
Priority date: 1983-08-17
Filing date: 1983-08-17
Publication date: 1985-03-07
Also published as: US4614916A; KR920008785B1; JPS6059414A; DE3348377C2; JP2545501B2; DE3329664C2; KR850001565A

Description

TELEFUNKEN electronic GmbH 3329664

Theresienstraße 2, 7100 Heilbronn

Heilbronn, den 03.08.1983 PTL-HN-La/ma HN 83/39

Schaltung zum Unnvandeln von Gleichsignalen

In vielen Steuerschaltungen der Elektronik werden Signalwandlungen benötigt, die Signalen einen bestimmten, reproduzierbaren Temperaturgang verleihen. Diese Schaltungen sollen auch in der Lage sein, einen Temperaturgang zu kompensieren, und zwar über den gesamten Steuerbereich. Solche Steuerschaltungen werden beispielsweise zur elektronischen Steuerung von Verstärkern oder zur Erzeugung eines definierten Ladestromes von Kapazitäten benötigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung zum Umwandeln von Gleichsignalen anzugeben, deren Temperaturgang einstellbar ist bzw. deren Ausgangssignal temperaturunabhängig gemacht werden kann. Diese Aufgabe wird bei einer Schaltung zum Umwandeln von Gleichsignalen nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der Temperaturgang des Ausgangssignals einstellbar ist und daß zur Regelung des Temperaturganges des Ausgangsstromes zwei Transistoren vorgesehen sind, deren Basis-Emitterstrecken eine entsprechende Spannungsdifferenz aufweisen.

Die Spannungsdifferenz wird beispielsweise durch eine Spannungsquelle zwischen den Basen oder den Emittern der beiden Transistoren erzeugt. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist ein (weiterer) Gleichsignalwandler vorgesehen, der den beiden Transistoren nachge-

schaltet ist und der bewirkt, daß sein Ausgangsstrom exponentiell von seinem Eingangsstrom abhängt.

Die Erfindung wird im folgenden an Ausführungsbeispielen erläutert.

Die Figur 1 zeigt einen Gleichstromwandler 1 mit den Transistoren 2 und 3. Beim Eingangstransistor 2 ist die Basis mit dem Kollektor verbunden. Der Temperaturgang des Stromspiegelverhältnisses (i^/i.) wird durch eine Spannungsdifferenz zwischen den Basen der beiden Transistoren 2 und 3 eingestellt. Die Spannungsdifferenz ist durch eine Spannungsquelle 4 symbolisiert. Als Spannungsquelle kann eine wirkliche Spannungsquelle, eine Stromquelle mit Widerstand oder eine Spannungsquelle mit Spannungsteiler verwendet werden.

Die Figur 2 zeigt die Abhängigkeit des Ausgangsstromes i₂ vom Eingangsstrom i., mit der Temperatur als Parameter. Im Ausführungsbeispiel der Figur 2 ist T die Bezugstemperatur. T.. ist bei der Figur 2 größer als die Bezugstemperatur T , während die Temperatur T₉

O i*

kleiner als die Bezugstemperatur T ist. Die Kennlinien der Figur 2 ergeben sich unter der Voraussetzung, daß die Basis-Emitterspannung des Spiegeltransistors 3 kleiner als die des Spiegeltransistors 2 ist. Dies wird durch die Größe und Richtung der Spannung der Spannungsquelle 4 erreicht. Die Temperaturabhängigkeit des Ausgangsstromes i^ verläuft gegensinnig, wenn die Polarität der Spannungsquelle 4 umgekehrt wird.

Die Figur 3 zeigt eine Ausführungsform der nach der Erfindung vorgesehenen Schaltung c.it den Transistoren und 3, bei der eine Spannungsquelle 4 zumischen den Emitter des Transistors 3 und den Bezugspunkt (Masse) geschaltet ist. Die Spannungsquelle 4 sorgt für die nach der Erfindung erforderliche Sp^.mungsdifferenz

zwischen den Basis-Emitterstrecken der beiden Transistoren 2 und 3. Die Spannungsquelle 4 könnte natürlich auch in die Emitterstrecke des anderen Transistors (2) eingeschaltet sein.

Während die Figur 3 die Erzeugung der erforderlichen Spannungsdifferenz nur symbolisch zeigt, zeigt die Figur 4, wie die erforderliche Spannungsdifferenz beispielsweise in der Praxis erzeugt wird. Die Erzeugung der Spannungsdifferenz erfolgt nach der Figur 4 mittels eines Spannungsteilers, der aus den Widerständen 5 und 6 besteht. Der Spannungsteiler wird gemäß der Figur 4 durch die Spannungsquelle 4' gespeist. Das Spannungsteilerverhältnis und die Größe der Spannung der Spannungsquelle 4' sind so zu wählen, daß zwischen den beiden Emittern der Transistoren 2 und 3 eine solche Spannungsdifferenz besteht, daß für die Schaltung ein bestimmter Temperaturgang des Stromverhältnisses i,/i, erzielt wird. Um den Einfluß des Emitterstromes des Transistors 3 auf die Spannungsdifferenz klein zu halten, ist der Widerstandswert der Parallelschaltung aus den Widerständen 5 und 6 entsprechend klein zu wählen.

Die Schaltung 1' der Figur 5 unterscheidet sich von der Schaltung der Figur 3 dadurch, daß beim Transistor 2 die Verbindung zwischen dem Kollektor und der Basis nicht direkt, sondern über die Basis-Emitterstrecke eines weiteren Transistors 7 erfolgt.

Bei der Schaltung der Figur 6 wird der Eingangsstrom iden Emittern der beiden Transistoren 2 und 3 zugeführt. Die Schaltung der Figur 6 liefert zwei Ausgangsströme i~ und i*. Die nach der Erfindung vorgesehene Spannungsdifferenz wird zwischen den Basen der Transistoren 2 und 3 erzeugt (symbolisiert durch die Spannungsquelle 4). Die Spannungsquelle 8 sorgt dafür, daß das Emitter-

potential der Transistoren 2 und 3 höher ist als das Bezugspotential. Die Ausgangsströme i~ bzw. i, haben gegenüber dem Eingangsstrom i- gegensinnigen Temperaturgang.

Die Schaltung der Figur 7 unterscheidet sich von der Schaltung der Figur 6 dadurch, daß zur Erzeugung der Spannungsdifferenz ein Spannungsteiler mit den Widerständen 5 und 6 vorgesehen ist.

Bei der Schaltung der Figur 8 sind die Emitterflächen der beiden Transistoren 2 und 3 unterschiedlich bemessen. Die größere Emitterbemessung des Transistors 2 sorgt dafür, daß der durch die Spannungsdifferenz verminderte Ausgangsstrom i^ im Vergleich zum Ausgangsstrom i, angehoben wird.

Bei der Schaltung der Figur 9 ist eine Regelschaltung vorgesehen, die aus dem Operationsverstärker 9 und der Spannungsquelle IO besteht. Der nichtinvertierende Eingang Ί1 des Operationsverstärkers 9 ist mit der Spannungsquelle 10 verbunden. Das andere Ende der Spannungsquelle 10 ist mit dem Bezugspunkt verbunden. Der nichtinvertierende Eingang 12 des Operationsverstärkers 9 ist mit den Emittern der Transistoren 2 und 3 verbunden. Der Ausgang 13 des Operationsverstärkers ist mit der Basis des Transistors 3 verbunden. Die Regelschaltung bewirkt, daß das Potential an den Emittern der Transistoren 2 und 3 gleich dem Potential der Spannungsquelle 10 ist. Durch eine Gleichheit der beiden Potentiale wird gewährleistet, daß das Steuersignal i- unabhängig von anderen Schaltungseinflüssen ist.

Die Schaltung der Figur 10 unterscheidet sich von der Schaltung der Figur 9 dadurch, daß zwischen die Emitter der Transistoren 2 und 3 und den Bezugspunkt ein Wider-

^;-^:- /-■"■-" ■-■■"■■■

stand 16 geschaltet ist, der die Größe des Stromes i. bestimmt. Die Spannungsquelle 10 der Schaltung der Figur 10 ist veränderbar, wodurch auch der Eingangsstrom i^ steuerbar ist.

Bei der Schaltung der Figur 11 ist zusätzlich zum Gleichsignalwandler 1 ein zweiter Gleichsignalwandler vorgesehen, der eine zusätzliche Wandlung des Ausgangsstromes (Temperaturabhängigkeit) bewirkt. Durch die Verwendung von zwei oder mehr Gleichsignalwandlern läßt sich die Linearität der Temperaturabhängigkeit erhöhen oder eine größere Temperaturabhängigkeit bei gleicher Linearität erzielen. Die Ausgangsströme i,- bzw. i,-haben gegenüber dem Strom i~ einen gegensinnigen Temperaturgang .

Bei der Anordnung der Figur 12 ist eine Regelschaltung vorgesehen, die gebildet wird aus dem Operationsverstärker 9, dem Transistor 3 und den Widerständen 18, und 20. Dem invertierenden Eingang 12 des Operationsverstärkers 9 wird das Steuersignal, das durch das aus den Widerständen 19 und 20 bestehenden Spannungsteiler geteilt wird, zugeführt. Dem nichtinvertierenden Eingang 11 des Operationsverstärkers 9 wird ein Potential zugeführt, welches vom Kollektorstrom des Transistors 3, von der Größe des Widerstandes 18 und von dem Potential der Spannungsquelle 8 bestimmt wird. Der Widerstand 18 ist zwischen den nichtinvertierenden Eingang 11 des Operationsverstärkers 9 und das positive Potential der Spannungsquelle 8 geschaltet. Die Temperaturabhängigkeit des Ausgangsstromes i₂ des Transistors 2 wird dadurch erzeugt, daß der Emitter des Transistors 2 mittels des Spannungsteilers (5, 6) und der Spannungsquelle 8 ein gegenüber dem Emitter des Transistors 3 verschiedenes Potential aufweist. Die Größe der Temperaturabhängigkeit wird von der Größe dieser Potentialdifferenz bestimmt.

Die Steuerung des Ausgangsstromes i~ erfolgt beispielsweise dadurch, daß ein Potentiometer 21 der Spannungsquelle 8 parallel geschaltet wird, wobei der Schleifer 22 des Potentiometers 21 mit der Eingangsklemme der Schaltung nach Figur 12 verbunden ist.

Die Schaltung der Figur 13a unterscheidet sich von der Schaltung der Figur 12 dadurch, daß zusätzlich ein Transistor 24 vorgesehen ist, dessen Emitter mit dem Kollektor des Transistors 2 verbunden ist. Die Basis dieses Transistors ist mit einem konstanten Potential verbunden. Der Transistor 24 hat die Aufgabe, die Kollektor-Emitterspannung des Transistors 2 konstant zu halten. Der Ausgangsstrom i₂ ist dadurch weitgehend von Änderungen des Ausgangspotentials (Kollektor des Transistors 24) unabhängig.

Die Figur 13b zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Erzeugung der konstanten Spannungsdifferenz zwischen den Basis-Emitterstrecken der Transistoren 2 und 3. Diese Spannungsdifferenz wird nach der Figur 13b dadurch erzeugt, daß eine Stromquelle 25 über einen Widerstand 26 den Wert der Differenzspannung einstellt.

Die Schaltung der Figur 14 unterscheidet sich von der Schaltung nach der Figur 12 dadurch, daß eine Stromspiegelschaltung mit den Transistoren 27 und 28 den Kollektorstrom des Transistors 3 zum invertierenden Eingang 19 des Operationsverstärkers 9 spiegelt. Der nichtinvertierende Eingang 11 ist dabei mit dem positiven Pol der Spannungsquelle 8 verbunden. Zur Versorgung der Stromspiegelschaltung, bei der der eine Transistor 27 als Diode geschaltet ist, dient die Spannung s.-quelle 29. Das Steuersignal wird als Steuerstrom, der von der Potentialdifferenz zwischen den Klemmen 49 und 48 sowie von der Größe des Widerstandes 47 bestimmt wird, dem Schaltungspunkt 12 zugeführt.

Die Schaltung der Figur 15 unterscheidet sich von der Schaltung der Figur 12 dadurch, daß ein weiterer Gleichsignalwandler vorgesehen ist, der aus den Transistoren und 31 sowie aus den Widerständen 32 und 33 besteht. Der gewandelte Ausgangsstrom dieses Gleichsignalwandlers besteht aus den Strömen i. und i,--

Bei der Anordnung der Figur 16, die zur Steuerung eines Verstärkers dient, ist zwischen die Verstärkerstufe und die Schaltung 1, die den Strom i_? liefert, ein Gleichsignalwandler 35 geschaltet, der die Aufgabe hat, den Ausgangs-Gleichstrom i~ der Schaltung 1 in einen exponentiellen, von diesem Strom abhängigen Strom i., umzuwandeln. Durch die Zwischenschaltung des Gleichsignalwandlers 35 erhält man am Ausgang der Verstärkerstufe 34 ein Signal, welches exponentiell vom Eingangssignal Ci₁) der Schaltung 1 abhängt.

Die Figur 17 zeigt im halblogarithmischen Maßstab das Stromverhältnis i^/i- in Abhängigkeit von i.. (bei Zwischenschaltung eines Gleichsignalwandlers 35). Der Temperaturgang des Stromverhältnisses ϊ,/i.. ist abhängig von der Schaltung 1 und zwar von der Differenz der Spannungen an den Basis-Emitterstrecken der Transistoren 2 und 3.

Die Figuren 18 und 22 sind Ausführungsbeispiele für den Gleichsignalwandler 35. Bei der Ausführungsform der Figur 18 handelt es sich um eine invertierende Schaltung und bei der Ausführungsform der Figur 19 um eine nichtinvertierende Schaltung. Die invertierende Schaltung der Figur 18 besteht aus den Transistoren 36 und 37, einer Stromquelle 38 und einem Widerstand 39. Der Transistor 40 bewirkt die exponentiell Abhängigkeit des Stromes i, von Strom i~ entsprechend dem bekannten Kennliniengesetz für Transistoren.

Die Transistoren 36 und 37 in Verbindung mit der Größe des Stromes der Stromquelle 38 bestimmen den Ruhe-Arbeitspunkt des Transistors 40 ohne Steuerung, d. h. i₂ = 0- Die Schaltung der Figur 18 macht aus einer Stromänderung von i₂ eine entsprechende Spannungsänderung am Widerstand 39. Dadurch erhält man am Ausgang des Transistors 40 einen Strom, der exponentiell vom Eingangsstrom i₂ abhängig ist. Die Spannungsquelle 41 liefert die Betriebsspannung für die Schaltung.

Die Schaltung der Figur 19 unterscheidet sich von der Schaltung der Figur 18 dadurch, daß der Strom i₇ nicht der Basis des Transistors 36, sondern der Basis des Transistors 40 zugeführt wird.. Dadurch dreht sich die Steuerwirkung um, d. h. während bei der Schaltung der Figur 18 der Strom i, mit dem Strom i₂ zunimmt, nimmt der Strom i., bei der Schaltung der Figur 19 mit zunehmendem Strom i~ ab.

Die Schaltung der Figur 20a unterscheidet sich von der Schaltung der Figur 18 dadurch, daß zusätzlich noch eine Spannungsquelle 42 vorgesehen ist, die den Temperaturgang des Stromes i., zusätzlich beeinflussen kann. Bei der Schaltung der Figur 20b ist die Spannungsquelle 42' nicht in die Emitterleitung des Transistors 40, sondern in die Emitterleitung des Transistors 36 geschaltet.

Bei den Anordnungen der Figuren 21a und 21b erfolgt eine Temperaturbeeinflussung nicht durch eine Spannungsquelle, sondern durch eine Stromquelle (43, 43'), die so geschaltet ist, daß sie bei der Anordnung der Figur 21a dem Basispunkt des Transistors 36 einen Strom zuführt und bei der Anordnung der Figur 21b einen Strom abzieht.

Bei der Schaltung der Figur 21c sind die Stromquellen 38 und 43 durch Widerstände (44, 45) ersetzt. Diese Widerstände haben den gleichen Zweck wie die Strom-

quellen bei der Schaltung der Figur 21a.

Bei der Schaltung der Figur 22 wird der Eingangsstrom über eine Stromspiegelschaltung 46 der Basis des Transistors 36 zugeführt. Die Stromspiegelschaltung dreht die Steuerwirkung des Eingangsstromes i~ in Bezug auf i₃ um.

Claims

TELEFUNKEN electronic GmbH 3329664

Theresienstraße 2, 7100 Heilbronn

Heilbronn, den 03.08.1983 PTL-HN-La/ma HN 83/39

Patentansprüche

Cv) Schaltung zum Umwandeln von Gleichsignalen, deren Ausgangssignal vom Eingangssignal abhängig ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturgang des Ausgangssignals einstellbar ist und daß zur Regelung des Temperaturganges des Ausgangsstromes zwei Transistoren (2, 3) vorgesehen sind, deren ßasis-Emitterstrecken eine entsprechende Spannungsdifferenz aufweisen.
2) Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsdifferenz durch eine Spannungsquelle (4) zwischen den Basen der beiden Transistoren (2, 3) erzeugt wird.
3) Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsdifferenz durch eine Spannungsquelle (4) zwischen den Emittern der beiden Transistoren (2, 3) erzeugt wird.
4) Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Spannungsquelle eine Spannungsquelle, eine Stromquelle mit Widerstand oder eine Spannungsquelle (4') mit Spannungsteiler vorgesehen ist.
5) Schaltung nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Transistoren (2, 3) vorgesehen sind, denen beiden der Eingangsstrom (i-) zugeführt wird und die beide einen Ausgangsstrom (i-, j ) liefern
6) Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitter der beiden Transistoren zusammengeschaltet sind.
7) Schaltung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Transistoren (2, 3) unterschiedliche Emitterflachen aufweisen.
8) Schaltung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Regelschaltung (9, ΊΟ) vorgesehen ist, die das Emitterpotential· der beiden Transistoren au£ einen bestimmten Wert einstellt.
9) Schaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Widerstand (16) zwischen die Emitter und das Bezugspotential geschaltet ist, der zur Einstellung des Eingangsstromes (i,) dient.
10) Schaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangspotential (10) regelbar ist.
11) Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei oder mehrere Gleichsignalwandler aufweist.
12) Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Operationsverstärker (9) vorgesehen ist, der den Kollektorstrom des einen Transistors (3) über eine Regelschleife steuert.
13) Schaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter Transistor (24) vorgesehen ist, dessen Emitter der Ausgangsstrom des Gleichsignalwandlers zugeführt wird und dessen Basis auf einem konstanten Potential gehalten wird.
14) Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gleichsignalwandler (35)

vorgesehen ist, dessen Ausgangsstrom (13) sich exponentiell mit dem Eingangsstrom (12) des ihm vorgeschalteten Gleichsignalwandlers (1) ändert.
15) Schaltung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der nachgeschaltete Gleichsignalwandler (35) als Inverter ausgebildet ist.
16) Schaltung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturabhängigkeit des Ausgangsstromes (ι·,) des nachgeschalteten Gleichsignalwandlers (35) derart ausgebildet ist, daß die Temperaturabhängigkeit der Neigung der Steuerkennlinie zwischen dem Logarithmus des Ausgangsstromes des nachgeschalteten Gleichsignalwandlers und dessen Eingangsstrom kompensiert wird.
17) Schaltung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der nachgeschaltete Gleichsignalwandler (35) zwei Transistoren (36, 37) aufweist, zwischen deren Basen ein Widerstand (39) geschaltet ist, und daß dieser Widerstand (39) vom Eingangsstrom (i₉) des vorangeschalteten Gleichsignalwandlers (1) durchflossen wird.
18) Schaltung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß dem Emitter einer der beiden Transistoren (36, 40) des nachgeschalteten Gleichsignalwandlers (35), zwischen deren Basen der Widerstand (39) geschaltet ist, eine konstante Gleichspannung (4 2, 42') zugeführt wird, die den Temperaturgang des Ausgangsstromes (i?) des nachgeschalteten Gleichsignalwandlers (35) beeinflußt.
19) Schaltung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stromquelle (43, 43') vorgesehen ist, deren Strom den Eingangsstrom (i₉) des

nachgeschalteten Gleichsignalwandlers hinzugefügt wird und dadurch den Tempaturgang des Ausgangsstromes des nachgeschalteten Gleichsignalwandlers (35) beeinflußt.
20) Schaltung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein Widerstand (45) vorgesehen ist, der infolge einer an ihm anliegenden Potentialdifferenz einen Strom liefert, der dem Eingangsstrom (i₉) des nachgeschalteten Gleichsignalwandlers (35) hinzugefügt wird und dadurch den Temperaturgang des Ausgangsstromes (i?) des nachgeschalteten Gleichsignalwandlers (35) beeinflußt.
21) Schaltung nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stromspiegelschaltung (46) vorgesehen ist, die zwischen die beiden Gleichsignalxvandler (1, 35) geschaltet ist und die die Steuerwirkung des Eingangs-Gleichsignalwandlers umkehrt.