DE2553431A1

DE2553431A1 - Referenzquelle zur erzeugung eines temperaturunabhaengigen stromes

Info

Publication number: DE2553431A1
Application number: DE19752553431
Authority: DE
Inventors: Karl-Diether Dipl Ing Nutz
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Telefunken Electronic GmbH
Priority date: 1975-11-28
Filing date: 1975-11-28
Publication date: 1977-06-02
Also published as: JPS5267746A; JPS6041363B2; DE2553431B2; DE2553431C3; US4093907A

Description

Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH

6 Frankfurt/Main, Theodor-Stern-Kai l2 553431

Heilbronn, den 2 5-11.197 5 PT-Ma/st - HW 75/19

Referenzquelle zur Erzeugung eines temperaturunabhangigen Stromes

Die Erfindung betrifft eine Referenzquelle zur Erzeugung eines temperaturunabhängigen Stromes aus zwei parallel geschalteten _f von einer Konstantstromquelle gespeisten, Dioden enthaltenden Stromzweigen, von denen einer einen Transistor enthält, an dessen Kollektor-Emitterstrecke die Ausgangsspannung für eine nachgeschaltete Transistorschaltung abfällt, durch die der temperaturunabhängige Strom fließt.

Es sind bereits temperaturkompensxerte Bezugsgleichsspannungsquellen aus zwei parallel geschalteten Stromzweigen bekannt, die Dioden und Transistoren enthalten. Bei der bekannten Schaltung wird an den Enden einer Diodenkette eine temperaturkompensxerte Differenzspannung erzeugt, die an der Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors abfällt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen in einem großen Bereich variablen, temperaturunabhängigen

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Strom zu erzeugen. Die hierfür notwendige Schaltung si.,11 aus wenigen Bauelementen bestehen, die als integrierter Schaltkreis in einem gemeinsamen Halbleiterkörper untetgebracht werden können.

Diese Aufgabe wird bei einer Referenzquelle der eingang:: geschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch.gelöst, daß jeder Stromzweig eine Zenerdiode enthält, daß die Ausgangsspannung an der Kollektor-Emitterstrecke des Transistors T- im wesentlichen durch die Differenz der Zenerspannungen der beiden voneinander verschiedenen Zenerdioden bestimmt wird, daß der Transistor T,, Teil einer in den beiden Stromzweigen angeordneten Stromspiegelschaltung ist, daß die übrigen in Flußrichtung betriebenen Dioden in den beiden Stromzweigen und die Transistoren der nachgeschal teten Transistorschaltung so gewählt werden, daß bei der durch die Stromspiegelschaltung erzwungenen Aufteilung der Ströme auf die beiden Strornzweige der Ausgangsstrom temperaturunabhängig wird.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß sich durch die Differenz der Zenerspannungen zweier voneinander verschiedener Zenerdioden ein relativ großer Spannungswert am Eingang der nachgeschalteten Transistorschaltung erzeugen läßt. Dies ermöglicht den temperaturkompensierten Strom in der ηacngeschalteten Transistorschaltung in einem großen Bereich dadurch

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zu variieren, daß der Lastwiderstand in der Emitterzuleitung des Transisfors der Endstufe verändert wird. Die an diesem Lastwiderstand abfallende Spannung ist dann gleichfalls temperaturunabhängig.

Die Erfindung berücksichtigt ferner die Erkenntnis, daß die Temperaturkoeffizienten der Halbleiterbauelemente stromabhängig sind. Die Schaltung zur Kompensierung der Temperaturkoef fizienten enthält daher eine Stromspiegelschaltung, durch die die Ströme so auf die beiden Stromzweige der Schaltung aufgeteilt werden, daß der summierte wirksam werdende Temperaturkoeffizient der Gesamtschaltung möglichst gleich Null wird.

Die der Erfindung zugrundeliegende Schaltung enthält somit, abgesehen von der Konstantstromquelle, in Durchlaßrichtung betriebene Dioden, Zenerdioden und Transistoren sowie einen Lastwiderstand. Nur der Lastwiderstand wird extern zugeschaltet, während alle übrigen Bauelemente, auch die der Konstantstromquelle, in einem gemeinsamen Halbleiterkörper ingegriert werden. Die eine Zenerdiode wird dabei durch den in Sperrichtung beanspruchten Emitter-Basis-pn-Übergang eines Transistors bei kurzgeschlossenem Basis-Kollektor-Übergang realisiert. Die andere Zenerdiode wird von einem pn-übergang gebildet,

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der in eine Zone vom Leitungstyp und der Störstellenkonzentration der für die integrierte Schaltung verwendeten Separationsdiffusxonszoneneingelassen ist. Die Differenz zwischen den beiden Zenespannungen der auf diese Art.-und Weise hergestellten Zenerdioden beträgt ca- 1,2 Volt. Die in Durchlaßrichtung betriebenen Dioden bestehen gleichfalls aus den Emitter-Basis-pn-Übergängen von den in integrierter Technik hergestellten Transistoren.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform enthält der eine Stromzweig die aus der Emitter-Basis-Strecke eines Transistors bestehende Zenerdiode, zwei hintereinander geschaltete und mit der Konstantstromquelle verbundene Dioden D- und D„ und eine mit dem Masseanschluß verbundene, aus der Basis-Emitter-Strecke eines Transistors gebildete Diode, die Teil der Stromspiegelschaltung ist. Parallel zu dieser Basis-Emitterstrecke sind ein oder mehrere, untereinander parallel geschaltete Basis-Emitter-Strecken eines Transistors im anderen Stromzweig geschaltet. Durch die Zahl der parallel geschalteten Basis-Emitter-Strecken wird die Stromaufteilung auf die beiden Stromzweige bestimmt. Der Kollektor des zu der Stromspiegelschaltung gehörenden Transistors ist mit.der zweiten Zenerdiode verbunden, die ihrerseits an die Konstantstromquelle angeschlossen ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die Stromaufteilung auf die beiden Stromzweige so vorgenommen,

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daß durch die eine Zenerdiode ein doppelt ^o großer ,St. torn wie durch die andere Zenerdiode fließt.

Die Erfindung soll im weiteren noch anhand eines Aus-iühi un-j abeispieles näher erläutert werden.

Die in der Figur dargestellte Schaltung wird durch 'l'rduzi stören und Zenerdioden in einer integrierten Schaltung realisiert, bei der die Basiszonen einen Schichtwiderstand von 200 Ohm/.-, haben. Die Separationsdiffusionszonen haben einen Schichtwiderstand von 8-10 .Si-/| , bei einer Eindringtiefe von ca. 11 ,um. Die dargestellte Schaltung ist so ausgelegt, daß eine Stromkonstang, von + 0,5/0 über einen Temperaturbereich von 20⁰C bis 100 C erreicht wird. Die interne Konstantstromquelle K_v liefert einen Strom I,. , der zu einem Drittel über den einen Stromzweig und zu zwei Dritteln über den anderen Stromzweig fließt. Diese Stromaufteilung hat sich bei Berücksichtigung der Stromabhängigkeit der Temperaturkoeffizienten als vorteilhaft erwiesen.

Der in der Figur dargestellte linke Stromzweig besteht aus vier'in Reihe geschalteten Bauelementen, nämlich den beiden in Durchlaßrichtung beanspruchten Dioden D., Dp,der Zenerdiode T. und der Diode T-. Die Zenerdiode T. besteht aus dem in Sperrichtung beanspruchten Emitter-Basis-pn-Übergang

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bei kurzgeschlossener Kollektor-Basisstrecke, während die Diode T„ - ebenso wie die Dioden D., D„ - durch einen in Durchlaßrichtung beanspruchten Basis-Emitter-pn-Übergang bei gleichfalls kurzgeschlossener Kollektor-Basis-Strecke gebildet wird. Der Emitter der Diode T„ ist mit Masse verbunden.

Diese Diode T„ bildet zusammen mit dem Transistor T_ im anderen Stromzweig die Stromspiegelschaltung. Zur Erzwingung der bereits genannten Stromaufteilung werden daher der Diode Τ« zwei Basis-Emitter-Strecken des Transistors T₃ parallel geschaltet. Da die Transistoren T~ und T₃ im Aufbau völlig identisch sind, muß über jeden Emitter ein Drittel des Stromes abfließen. Die Emitter des Transistors T₃ sind gleichfalls mit Masse verbunden, während im Kollektorzweig die Zenerdiode D₃ abgeordnet ist, die in eine Zone vom Leitungstyp und der Störstellenkonzentration der Separatxonsdxf fusionszone/7 für die integrierte Schaltung eingebracht wurde. Die Kathode dieser Zenerdiode T₃ ist mit der Konstantstromguelle K. verbunden. An den Kollektor des Transistors T₃ ist eine Darlington-Transistorschaltung mit der Basiselektrode des Eingangstransistors T. abgeschlossen. Über die Kollektor-Emitterstrecken der Transistoren T., T₅ fließt der temperaturkompensierte Strom I , der am Emitterwiderstand R von Tc- die dann gleichfalls kompensierte

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Spannung U, erzeugt* Die Größe dejj Stromes I, ergiht n aus der Größe des extern zugeschalteten k/ider ständer. U

hei einer vorteilhaften Betriebsweise der dargestellten i',c})altung gibt die Konstant stromquelle K einen Strom von 100 .uA ab. Hiervon fließen ca- 33 ,uA über den linken S tr cm:-; wo j ■■ j der Stabilisierungsschaltung,, während über den rechten Ston— zweig mit der Diode j) ^ etwa 66 yUA fließen. An der Kollektor-Emitter-Strecke des' Transistors T^ fällt dann eine Spannung von ca. 2 Volt ab. Die Dioden D. und D^ haben zusammen einen Temperaturkoeffizient von ca. - 4,5 V/ C. Der Temperaturkoeffizient der Zenerdiode T. beträgt +3,745 mV/°C. Die Diode T„ hat einen Temperaturkoeffizient von - 2,25 mV/ C. Somit hat der linke Stromzweig einen Gesamttemperaturkoeffizienten von ca. -3,005 mV/ C. Hiervon ist der Temperaturkoeffizient der Zenerdiode D^. mit +2,07 mV/ C abzuziehen, so daß sich ein Gesamtwert von -5,075 mV/ C ergibt. Der Temperaturkoeffizient der beiden Transistoren T. und T₁. beträgt zusammen —5,0S mV/ C, so daß daraus ein Temperaturkoeffizient der Spannung U von ca. 0,025 mV/°C resultiert.

ßei der beschriebenen SchaLtung kann man unter Zugrundelegung eines Stromes I. = 100 .üA, der bei einer Konstantstromquelle K gebräuchlicher Art um + 0, 75 %/°C schwankt und bei

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einem gewünschten Ausgangsstrom I = 10 ,uA davon ausgehen,

daß die Spannung U = Ι_Λ . R höchstens einen TemperatUrkoeffΙΑ A

zienten von 35 χ 10 Volt/ C aufweist. Versuche haben ergeben, daß die Spannungsabweichung im Temperaturbereich zwischen 20 und 100°C + 0,5 % nicht übersteigt.

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JtL

Leerseite

Claims

P a t e ti La η s ρ t ü c h e

1) j Ref er enzquelle zur Erzeugung eines Lemperatururia-.h'iü.i i Stromes, aus zwei parallel geschalteten, von einer Kon::i .-uit- ;j tromquelle gespeisten, Dioden enthaltenden Strom:,we-iqen, von denen einer einen Transistor enthält, an dessen Kollektor-Emitterstrecke die Ausgangsspannung für eine nachqe-.';::haltete Transistorschaltung abfällt, durch die der temperaturunabhängige Strom fließt, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Stromzweig eine Zenerdiode enthält, daß die Aur.gangsspannung an der Kollektor-Emitterstrecke des Transistors T-im wesentlichen durch die Differenz der Zener spannungen vier Leiden voneinander verschiedenen Zenerdioden bestim it wird, daß der Transistor T, Teil einer in den beiden Stromzwelgen angeordneten Stromspiegelschaltung ist, daß die übrigen in Flußrichtung betriebenen Dioden in den beiden Stromaweigen und die Transistoren der nachgeschalteten Transistorschaltung so gewählt werden, daß bei der durch die Stromspiegelschaltung erzwungenen Aufteilung der Ströme auf die beiden 'Mvomüweige der Ausgangsstrom temperaturunabhängig ist.

.V) Referenzquelle nach Anspruch j, dadurch gekennzeichnet,

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daß alle Bauelemente in einem gemeinsamen Halbleiterkörper integriert sind.

3) Referenzqueire nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ei ne Zenerdiode von der Basis-Emitterstrecke eines Transistors gebildet wird, während die andere Zenerdiode anstelle der Basiszone bei der ersten Zenerdiode eine Zone aufweist, die den Leitungstyp und die StörStellenkonzentration der für die Separationsdiffusionszone bei der integrierten Schaltung vorgesehenen Zone besitzt.

4) Referenzquelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Stromzweig außer der aus der Emitter—Basisstrecke eines Transistors T. bestehenden Zenerdiode noch zwei in Flußrichtung betriebene, mit der Konstantstromquelle verbundene Dioden D , D„ und eine mit Masse verbundene, aus der Basis-Emitterstrecke eines Transistors T„ bestehende Diode enthält, daß der Basis-Emitterstrecke des Transistors T„ zur Bildung der Stromspiegelschaltung ein oder mehrere, parallel geschaltete Basis-Emitterstrecken des Transistors T- parallel geschaltet sind, und daß der Kollektor des Transistors T_ mit der an die Konstantstromquelle angeschlossenen Zenerdiode D₃ verbunden

ist. ■ - -

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'.-.} Referenzquelle nach Anspruch 4, dadurch g daß der Transistor T-. zwei parallel geschaltete iasis-Emitterstrecken aufweist, so daß durch die Zenerdiode Is₁ ein doppelt so großer Strom fließt wie durch die anJere •"ienerdiode (T,.'.

Referenxqzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an den Kollektor des Transistors T- eine aus zwei Transistoren T., T₁- bestehende Darlington-Schaltung angeschlossen ist, und daß in die Emitterstrecke des Transistors T_r der die Stromcjröße des temperaturunabhängigen Stromes I bestimmende Widerstand R

/τ.

geschaltet ist.

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