DE2717042C3

DE2717042C3 - Stromverteilerschaltung zum Liefern einer Anzahl von Gleichströmen, die sehr genaue gegenseitige Größenverhältnisse aufweisen

Info

Publication number: DE2717042C3
Application number: DE2717042A
Authority: DE
Inventors: Rudy Johan Van De Eindhoven Plassche (Niederlande)
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1976-04-29
Filing date: 1977-04-18
Publication date: 1979-05-31
Also published as: JPS5731809B2; GB1526642A; FR2349874B1; SE432674B; DE2717042B2; AU511268B2; US4125803A; CA1086821A; NL7604570A; SE7704752L; JPS52132765A; HK39379A; ES458221A1; AU2458177A; DE2717042A1; IT1071573B; FR2349874A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Stromverteilerschaltung zum Liefern einer Anzahl von Gleichströmen, die sehr genaue gegenseitige Größenverhältnisse aufweisen, die in ganzen Zahlen ausgedrückt werden können und die unabhängig voneinander wahlweise gleich 1 :1 oder verschieden von 1 :1 sind.

Bei verschiedenen elektronischen Schaltungen liegt ein Bedarf an solchen Schaltungen vor, z. B. als Bezugsstromquelle in Meßanlagen, bei denen man z. B. aus verschiedenen Verhältnissen im Zusammenhang mit dem Umschalten des Meßbereiches auswählen will, und in Digital-Analog-Wandlern, in denen das analoge

Signal dadurch erhalten wird, daß nach dem digitalen Code eine Anzahl von Strömen zueinander addiert werden.

Eine ähnliche Präzisionsstromverteilerschaltung ist aus der DE-OS 2515 759 bekannt. Diese bekannte Schaltung ist mit einer Mehrfach-Stromquelle versehen, von der jeder Strom mittels eines steuerbare Schalter enthaltenden Kopplungskreises auf zyklisch permutierende Weise zu jeweils einem anderen Ausgang geführt wird, wobei die Anzahl der Ausgänge gleich der Anzahl der Ausgärige der Mehrfach-Stromquelle ist Die Schaltung ist derart eingerichtet, daß stets an jedem Ausgang einer der Ausgangsströme der Mehrfach-Stromquelle erscheint, wodurch alle Ausgangsströme der Stromverteilerschaltung nach Filterung einander genau gleich sind und wodurch das gegenseitige Größenverhältnis stets gleich 1 :1 ist

Die Erfindung bezweckt eine Stromverteilerschaltung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der also die gegenseitigen Größenverhältnisse der Ströme wahlweise auch ungleich 1 :1 gewählt werden können.

Die Erfindung ist dazu dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung enthält: einen ersten Kopplungskreis und eine erste Mehrfach-Stromquelle, die q annähernd identische Gleichströme an q Eingänge des ersten Kopplungskreises liefern kann, der ρ Ausgänge aufweist, die zugleich die Ausgänge der Stromverteilerschaltung bilden, und der q p-fache steuerbare Schalter mit jeweils einem ersten Pol und ρ weiteren Polen, wobei der erste Pol auf die weiteren Pole, und zwar jeweils auf nur einen der weiteren Pole schaltbar 'st, enthält, wobei jeder p-fache Schalter zwischen jeweils einem anderen Eingang, an den der erste Pol des Schalters angeschlossen ist, und allen ρ Ausgängen angeordnet ist, sowie Steuermittel, mit deren Hilfe auf den Befehl eines Taktsignals die Schalter so gesteuert werden, daß auf zyklisch permutierende Weise ein derartiges Verbindungsmuster zwischen den q Eingängen des Kopplungskreises und seinen ρ Ausgängen erhalten wird, daß während jedes Zeitintervalls eines Zyklus, wobei die Zeitintervalle durch das Taktsignal bestimmt und gleich sind und jeder Zyklus aus q Zeitintervallen besteht, jeder Ausgang stets mit derselben Anzahl stromführender Eingänge verbunden ist und daß während jedes Zeitintervalls stets mindestens ein Ausgang mit mehr als einem Eingang verbunden ist, wobei die Anzahl der Eingänge, mit denen während jedes Zeitintervalls mindestens ein Ausgang verbunden ist, entsprechend den gewünschten Größenverhältnissen der von der Stromverteilerschaltung zu liefernden Ströme gewählt ist

Der Erfindung liegt die Kombination von Erkenntnissen zugrunde, daß die Anzahl von Ein- und Ausgängen des Kopplungskreises nicht gleich zu sein braucht, daß die Anzahl von Strömen, die in jedem Zeitintervall zu jedem Ausgang fließt, nicht gleich 1 zu sein braucht und daß außerdem die Anzahl von Strömen, die in jedem Zeitintervall zu jedem Ausgang fließen, voneinander verschieden sein dürfen.

Dadurch, daß die Anzahl in jedem Zeitintervall zu jedem Ausgang fließender Ströme nicht auf 1 beschränkt ist, kann durch eine geeignete Steuerung der Schalter das Verhältnis der Ausgangsströme geändert werden. So kann mit einer Schaltung nach der weiter unten beschriebenen F i g. 1 mit einem aus 22 Transistoren aufgebauten Kopplungskreis das Verhältnis 1:10, aber auch 2 :9,3 :8,4 : 7,5 : 6,6 :5,7 :4,8 :3,9 : 2,10 : 1, 11:0 und 0:11 erzielt werden.

Bei einer Stromverteilerschaltung nach der Erfindung kann es vorteilhaft sein, daß die Mehrfach-Stromquelle q einschaltbare Stromquellen enthält, die auf den Befehl des Taktsignals auf zyklisch permutierende Weise s einschaltbar sind, derart, daß während jedes Zeitintervalls stets eine gleiche Anzahl von Stromquelllen eingeschaltet ist, wobei diese eingeschalteten Stromquellen alle annähernd identische Ströme liefern.

Durch diese Maßnahme ist die Anzahl möglicher Verhältnisse bei einem Kopplungskreis mit einer festen Anzahl von Transistoren maximal. Für z.B. p=2 sind alle Verhältnisse, die mit den ganzen Zahlen aus der Reihe 0,1,2... q möglich sind, erzielbar, vorausgesetzt, daß die Summe der beiden das Verhältnis ausdrückenden Zahlen nicht größer als q ist

Weiter kann es günstig sein, daß die Mehrfach-Stromquelle zwischen den q Eingängen des ersten Kopplungskreises und einem gemeinsamen Anschlußpunkt die Hauptstrombahnen von q Transistoren zur Lieferung nahezu identischer Ströme an die q Ausgänge enthält, und daß die Schaltung weiter enthält: einen zweiten Kopplungskreis, der dem ersten Kopplungskreis entspricht, wobei ein erster Ausgang des zweiten Kopplungskreises mit dem genannten gemeinsamen Anschlußpunkt des ersten Kopplungskreises verbunden ist, sowie eine zweite Mehrfach-Stromquelle, die annähernd identische Ströme an die Eingänge des zweiten Kopplungskreises liefern kann.

Durch diese Maßnahme können mit einer Kombination zweier Stromverteilerschaltungen sehr große Stromverhältnisse erzielt werden, die zwar auch mit einer einzigen Stromverteilerschaltung erzielt werden könnten, aber dann wäre die Anzahl benötigter Schalter, meist Transistoren, sehr groß.

Bei einer derartigen Kombination kann es weiter vorteilhaft sein, daß die Anzahl von Schaltern und somit die Anzahl von Eingängen beider Kopplungskreise gleich 10 ist, daß die Schalter des ersten Kopplungskreises derart steuerbar sind, daß das Verhältnis der Ströme an zwei der Ausgänge des zuerst genannten Kopplungskreises gleich 1 : r ist, wobei r als ganze Zahl zwischen 0 und 9 variieren kann, und daß die Schalter des zweiten Kopplungskreises derart steuerbar sind, daß das Verhältnis der Ströme am ersten Ausgang und einem zweiten Ausgang des zweiten Kopplungskreises gleich 1 :5 ist, wobei s ebenfalls als ganze Zahl zwischen 0 und 9 variieren kann.

Außerdem kann eine weitere Maßnahme bei einer Kombination von Stromverteilerschaltungen dadurch gekennzeichnet sein, daß die Schaltung enthält: einen dritten Kopplungskreis, der dem ersten Kopplungskreis entspricht, sowie eine dritte Mehrfach-Stromquelle, die zwischen jedem Eingang des dritten Kopplungskreises und einem zweiten gemeinsamen Punkt die Hauptstrombahn eines Transistors zur Lieferung miteinander nahezu identischer Ströme an die Eingänge des genannten dritten Kopplungskreises enthält, wobei der zweite gemeinsame Punkt mit einem zweiten Ausgang des zweiten Kopplungskreises verbunden ist.

Was die Regelung der absoluten Größe der Ausgangsströme einer Stromverteilerschaltung nach der Erfindung anbelangt, kann diese dadurch erreicht werden, daß in Reihe mit einem der Ausgänge des ersten Kopplungskreises eine Gleichstromquelle angeoidnet ist, und daß eine Stromgeirerskopphing zwischen diesem einen Ausgang des ersten Kopplungskreises und der ersten Mehrfach-Stromquelle angeordnet ist.

Bei einer Kombination von Stromverteilerschaltungen nach der Erfindung ist diese Maßnahme dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit einem der Ausgänge des ersten Kopplungskreises eine Gleichstromquelle angeordnet ist, und daß eine Stromgegenkopplung zwischen diesem einen Ausgang des ersten Kopplungskreises und der zweiten Mehrfach-Stromquelle angeorrinet ist.

Um die gegenseitigen Größenverhältnisse der Ströme an den Ausgängen des Kopplungskreises bei einer Verteilerschaltung nach der Erfindung leicht variieren zu können, ist es vorteilhaft, daß die Schaltung wenigstens ein Schieberegister zur zyklisch permutierenden Steuerung der genannten Schalter und einen Taktgenerator enthält, mit dessen Hilfe ein Taktsignal Takteingängen aller in der Schaltung vorhandenen Schieberegister zugeführt wird.

Die Erfindung wird nachstehend beispielsweise an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Stromverteilerschaltung nach der Erfindung, die aus q zweifachen Schaltern aufgebaut ist,

F i g. 2 eine Abwandlung der vorhergehenden Ausführungsform, bei der die Eingangsströme des Kopplungskreises schaltbar sind,

F i g. 3 eine Stromverteilerschaltung nach der Erfindung, die aus <7p-fachen Schaltern aufgebaut ist,

F i g. 4 eine Anwendung von Stromverteilerschaltungen nach der Erfindung bei der Bildung einer dezimal einstellbaren Stromquelle, und

F i g. 5 eine Kombination von Stromverteilerschaltungen nach der Erfindung, mit deren Hilfe sehr große Stromverhältnisse, z. B. 1 :100, erzielt werden können.

F i g. 1 zeigt eine Stromverteilerschaltung nach der Erfindung mit zwei Ausgängen. Die Schaltung enthält einen Kopplungskreis mit q zweifachen Schaltern. Jeder Schalter ist aus zwei Transistoren Ti, und Ti, aufgebaut, wobei der Index 1 die Reihenordnung des Schalters angibt; z.B. bilden die Transistoren Tn und T21 den ersten Schalter, die Transistoren Ti 2 und T22 den zweiten Schalter und Ti, und Tj₉ den q-ten Schalter. Der erste Index gibt die Lage eines Transistors in einem Schalter, bezogen auf einen Ausgang, an. Von den Transistoren Ti, ist der Emitter jeweils mit einem Eingang u(i-1,2... q) des Kopplungskreises, der Kollektor mit einem Ausgang U₁ des Kopplungskreises und die Basis mit einem Ausgang Si, (i= I₁ 2 ... q) eines Schieberegisters Si verbunden. Von den Transistoren T₂, ist der Emitter jeweils mit dem Emitter des entsprechenden Transistors Tu die Basis mit einer Bezugsspannung V^n und der Kollektor mit einem Ausgang Ui des Kopplungskreises verbunden. Die Ausgänge Ui, U₂ des Kopplungskreises stellen zugleich die Ausgänge der Stromverteilerschaltung dar.

Den Eingängen /, werden mit Hilfe einer Mehrfach-Stromquelle MGleichströme //(i= \,2 ... q)zugeführt, die alle nahezu identisch sind, und dies erfolgt z. B. auf die dargestellte Weise dadurch, daß jeder Eingang /, mit dem Kollektor eines Transistors Tj/verbunden ist, wobei die Basis-Emitter-Obergänge dieser Transistoren parallel geschaltet sind. Die Emitter sind mit einem Punkt μ fester Spannung, in diesem Falle Erde, und die Basis-Elektroden sind mit einem ein Bezugspotential V_rCB führenden Punkt verbunden. Sind alle Transistoren Τ» einander nahezu gleich, so sind auch die Ströme // einander nahezu gleich. Diese Ströme I, werden dabei durch die Spannung V_nJ₂ bestimmt Auch können die Ströme /; auf andere Weise erhalten werden, z.B. dadurch, daß eine Stromquelle zwischen den Emittern der Transistoren T_s,und Erde angeordnet wird.

Da von allen Transistoren T;; die Basis-Elektroden und die Kollektor-Elektroden miteinander verbunden sind, können diese Transistoren in integrierten Schaltungen durch einen einzigen Transistor Ti mit einem ^-fachen Emitter ersetzt werden.

Dem Schieberegister S\ wird über einen Eingang Sm ein von einem Taktgenerator C stammendes Taktsignal zugeführt. Dadurch wird die im Schieberegister gespeicherte Information bei jedem Impuls des Taktsignals zyklisch stets um einen Schritt weitergeschoben. Das Schieberegister S\ weist q Stellen auf, und zwar eine für jeden Ausgang Si,. Die Information in diesen Stellen kann, als logisches Signal ausgedrückt, den Wert 0 oder 1 aufweisen. Dieses logische Signal weist in bezug auf die Referenzspannung V_rcn derartige Pegel 0 oder 1 auf, daß, wenn das Signal an einem bestimmten Ausgang Si; den Wert 1 aufweist, der Transistor Tj, im leitenden Zustand und der Transistor Ti, in Sperrichtung polarisiert ist und daß, wenn das Signal an diesem Ausgang Si, den Wert 0 aufweist, der Transistor Ti, in der Sperrichtung und der Transistor Tj₁ in der Durchlaßrichtung polarisiert ist Dadurch ist stets einer der beiden Transistoren Ti, und Ti, leitend und wird der Strom /,stets an einen der beiden Ausgänge U\ und Ui weitergeleitet Obgleich in diesem Beispiel jedes Transistorpaar Ti» Ti, an eine der Basis-Elektroden geschaltet wird, ist es selbstverständlich auch möglich, beide Transistoren differential zu schalten.

Ist die im Schieberegister gespeicherte Information derart, daß in r der q Stellen eine 1 und in den übrigen Stellen eine 0 vorhanden ist so sind stets r Transistoren Ti, im leitenden Zustand polarisiert Dabei sind alle (q—r) nicht mit diesen r Transistoren Ti, übereinstimmenden Transistoren Ti, im leitenden Zustand polarisiert so daß r Ströme /, an den Ausgang U\ und (q—r) Ströme /,an den Ausgang Ui weitergeleitet werden.

Weisen die Ströme /, einen Mittelwert /0 und je eine Abweichung Δ, von diesem Mittelwert auf, so gilt, daß /,= /ο + Δ, (i=\, 2 ... q), wobei die Summe aller Abweichungen Δ, und somit der Mittelwert 0 ist weil /0 als der Mittelwert definiert ist Bei jedem vollständigen Zyklus des Schieberegister Si erscheint jeder Strom /, /•-mal am Ausgang U\ und (q—r)-mal am Ausgang Ui, so daß die Ströme Im und Im an den Ausgängen U\ und Ui sich durchschnittlich über einen vollständigen Zyklus genau wie r:q—r verhaltea Diese Ströme Im und Iin bestehen aus einer konstanten Komponente rh bzw. (q—r)Io und einer Welligkeit mit einem Mittelwert gleich 0 und einer Hauptfrequenz gleich der Frequenz des Taktsignals des Taktgenerators C Werden diese verhältnismäßig geringen Welligkeitsströme z.B. mit ÄC-Netzwerken gefiltert, so werden die Ströme /_M und Im gleich rh bzw. (q—r)Io.

Indem das Schieberegister Si programmiert wird, ist jedes Verhältnis r:q—r, wobei 0<r<q ist, erzielbar. Z. B. für 9=5 sind die Verhältnisse 0 :5, 5 :0,1 :4, 2 :3, 3 :2 und 4 :1 erzielbar.

Mit Hufe der Schaltung nach Fig. 1 läßt sich nicht jedes Verhältnis erzielen: im vorliegenden Beispiel fehlen z. B. die Verhältnisse 1 :1,1 :2,2 :1,1 :3 und 3 :1. Dies ist der Tatsache zuzuschreiben, daß die Größe q nicht veränderbar ist Dazu wäre es z. B. erforderlich, die Anzahl von Eingängen und Schaltern veränderbar zu machen.

Fig.2 zeigt eine Schaltung nach der Erfindung mit einer veränderbaren Anzahl von Schaltern und Eingängen, wobei nicht die absolute Anzahl, sondern die

aktive Anzahl veränderbar ist.

Die Schaltung nach F i g. 2 ist dieselbe wie die nach Fig. 1, mit Ausnahme der Mehrfach-Stromquelle M. Diese mehrfache Stromquelle M enthält in diesem Beispiel eine Stromquelle /,, deren Strom über die Emitter-Kollektor-Strecken von q einschaltbaren Transistoren T_nYZ=O, 1... q), auf die q Eingänge /,verteilt ist. Die Basis-Elektrode jedes Transistors Ti, ist mit jeweils einem Ausgang Sn eines Schieberegisters 5b verbunden, das weiter einen Takteingang S20 aufweist, dem das vom Taktgenerator C herrührende Taktsignal zugeführt wird.

Wird im Schieberegister auf gleiche Weise wie beim Schieberegister S\ ein bestimmtes Muster von Nullen und Einsen gespeichert, so verschiebt sich dieses Muster auf den Befehl des Taktsignals schrittweise. Es sei angenommen, daß dieses Muster derart ist, daß stets s der q Transistoren leitend sind, wobei dieses Muster im Vergleich zu dem im Schieberegister S\ gespeicherten Muster derart ist, daß, wenn ein Transistor 7Ί, leitend ist, auch stets der Transistor T₅, leitend ist. Würde ein leitender Transistor 7Ί, stets mit einem nichtleitenden Transistor T₁, zusammenfallen, so wirkt die Schaltung auf gleiche Weise, wie wenn die Anzahl frj Transistoren Tu die zu jedem Zeitpunkt leitend ist, um 1 kleiner ist, also(r-1).

Bei der Schaltung nach F i g. 2 wird die Gleichheit der Ströme /, durch die Gleichheit der Transistoren T_s, bestimmt. Um an den Ausgängen U\ und U₂ möglichst kleine Welligkeitsströme zu erhalten, sollen die Transistoren T₅, daher einander völlig gleich sein.

Wenn die Anzahl von Schaltern gleich q, die Anzahl zu jedem Zeitpunkt leitender Transistoren Ti, gleich s und die Anzahl zu jedem Zeitpunkt leitender Transistoren T\„ wobei die zugehörigen Transistoren Ti, ebenfalls 3^r> leitend sind, gleich r ist, fließen stets r Ströme /, zum Ausgang U\ und s—rStröme /, zum Ausgang U₂. Da pro Zyklus jeder Strom /, r-mal am Ausgang U\ und (s—r/mal am Ausgang U₂ erscheint, ist das Verhältnis der Ströme Im und Im gleich r: s—/-(abgesehen von den einfach wegzufilternden Welligkeitsströmen). Dabei ist s maximal gleich q und minimal gleich r.

In dem Zahlenbeispiel bei der Schaltung nach F i g. 1 mit g=5 konnten sechs verschiedene Verhältnisse erzielt werden. Durch die zusätzliche maßnahme nach F i g. 2 können außerdem alle anderen Verhältnisse, die mit den Zahlen 0,1,2,3,4 und 5 gebildet werden können, erhalten werden, vorausgesetzt, daß die Summe der dieses Verhältnis ausdrückenden Zahlen nicht größer als 5 ist, wie 1:1, 1:2, 1:3, 2:1 und 3:1. Im allgemeinen können mit q Schaltern Tu T₂, alle Verhältnisse, die mit den Zahlen 0,1,2... q möglich sind, vorausgesetzt, daß die Summe der dieses Verhältnis ausdrückenden Zahlen nicht größer als q ist, in der Schaltung nach F i g. 2 erzielt werden,

Fig.3 zeigt eine Schaltung nach Fig. 1, die zu ρ Ausgängen erweitert ist Bei der Mehrfach-Stromquelle M wird die Bezugsspannung V_nO in diesem Beispiel dadurch erzeugt, daß ein Bezugsstrom l_a über einen als Diode geschalteten Transistor T, geführt wird, der tn zwischen dem Bezugsspannungspunkt V_nB und Erde angeordnet ist

Jeder Schalter enthält ρ Transistoren 7u T₂,... T)>... Tpi, wobei der Index j die Rangordnung der Transistoren Tji in jedem mehrfachen Schalter angibt. Von jeder μ Gruppe von ρ Transistoren 7},· (7=1, 2 ... p) sind die Emitter gemeinsam mit dem Eingang /, verbunden. Die Kollektoren jeweils aller q Transistoren 7}, (i=\,2...q) sind gemeinsam mit einem Ausgang Uj verbunden. Jeweils allen q Transistoren T/, (Y=I, 2 ... q) ist ein Schieberegister Sj mit Ausgängen Sj, (i—\, 2 ... q) hinzugefügt, wobei diese Ausgänge 5,, jeweils mit den Basis-Elektroden jeweils eines Transistors 7},· verbunden sind, mit Ausnahme aller q Transistoren T_pa deren Basis-Elektroden mit einem an eine Bezugsspannung angeschlossenen Punkt V_rcn verbunden sind. Die Takteingänge Sj₀ aller (p—\) Schieberegister Sj empfangen ein Taktsignal von dem Taktsignalgenerator C

Wenn angenommen wird, daß alle Schieberegister Sj derart programmiert sind, daß jeweils nur ein Transistor jeder Gruppe von ρ Transistoren 7/,Yy= 1,2...P^ leitend sein kann und daß die Anzahl von Transistoren pro Gruppe Tj, (i= 1, 2 ... q), die jeweils leitend ist, gleich r, ist, verhalten sich die Mittelwerte der Ströme I_UJ an den Ausgängen U₁ wie

Λ :r₂ :... :/j:...:r_p_i : q

Gilt z. B., daß η =2, r₂ = 4, r₃ = 8, p=4 und q=\5, so verhalten sich die Ströme an den Ausgängen U\, U₂, U3 und U wie2 :4 : 8 :1.

Weitere Möglichkeiten ergeben sich, wenn, wie bei der Schaltung nach F i g. 2, die Schaltung nach F i g. 3 mit schaltbaren Stromquellen an den Eingängen /, versehen wird.

Die Schieberegister 5, bei den Schaltungen nach den Fig. 1, 2 und 3 sind programmierbar. Dazu enthalten diese Schieberegister Programmiereingänge Sp₁₀. Diese Programmierung kann auf bekannte Weise dadurch erfolgen, daß in einer bestimmten Stelle des Schieberegisters jeweils eine Null oder eine Eins eingefügt wird. Die eingefügte Information verschiebt sich bei jedem Impuls des Taktsignal um eine Stelle weiter, bis alle Stellen »gefüllt« sind und das Schieberegister programmiert ist.

Bei den Schaltungen nach den Fig. 1, 2 und 3 ist das gegenseitige Verhältnis der Ausgangsströme 4, stets genau bestimmt, aber dies ist für ihren Absolutwert nicht der Fall, der von dem Mittelwert /0 abhängig ist und z. B. von der Bezugsspannung V_reß oder von der Anzahl eingeschalteter Transistoren Ti, (Fig.2) abhängt. F i g. 4 zeigt ein Beispiel einer Schaltung nach der Erfindung, bei dem auch der Absolutwert der Ausgangsströme genau eingestellt werden kann.

Die Schaltung nach Fig.4 enthält einen programmierbaren Kopplungskreis 1, z.B. nach Fig.3. Bei diesem Kopplungskreis 1 gilt, daß p=3 und ς= 10 ist. Die drei Ausgänge sind mit Uu, Un und i/13 und die zehn Eingänge mit /11, /12,. ■. Ji9. J20 bezeichnet. Die diesen zehn Eingängen /1, hinzugefügte Zehnfach-Stromquelle My enthält zehn einander möglichst gleiche Transistoren mit sowohl miteinander verbundenen Basis-Elektroden als auch miteinander verbundenen Emitter-Elektroden. Die Kollektor-Elektroden führen je zu einem Eingang Z₁ ,· des Kopplungskreises 1. Es wird angenommen, daß der Kopplungskreis 1 derart programmiert ist, daß die Ausgangsströme /_ul), /„12 bzw. I_M an den Ausgängen Uu, Uj₂ bzw. Ui₃ sich wie 1 :d\ :(9—d_t) (siehe für die Programmierung die Beschreibung der F i g. 3) verhalten. Dem Ausgang Uu wird mit Hilfe einer Gleichstromquelle 4 ein Bezugsstrom /_r zugeführt wobei der Ausgang Uu über eine nichtinvertierenden Stromverstärker Au der also einen dem Unterschied I_r—Iuu proportionalen Strom liefert, mit den gemeinsamen Basis-Elektroden der Transistoren dieser Zehnfach-Stromquelle M\ verbunden ist. Infolge dieser Gegen-

kopplung wird also der Strom /„u am Ausgang Uw stets nahezu gleich dem Bezugsstrom A- sein, wobei das Ausmaß der Gleichheit durch den Verstärkungsfaktor des Verstärkers A\ bestimmt wird.

Infolge der Gegenkopplung und der Programmierung sind die Ströme l_u\\, hn und /„n gleich I_n d\l_r bzw. (9—d\)l_n wobei d\ alle Wert 0, 1 bis 9 annehmen kann. Der Gesamtemitterstrom I_e\ der Transistoren der Zehnfach-Stromquelle M\ ist dann gleich 10 /„

Die Schaltung nach Fig.4 enthält weiter einen zweiten und einen dritten Kopplungskreis 2 bzw. 3, z. B. nach F i g. 3, mit p=3 und q= 10. Diese Kopplungskreise 2 und 3 enthalten je drei Ausgänge U₂\, U₂₂, Uu bzw. L/31, Un, U₃₃, an denen die Ströme Ι_Λ\, Ι_Λ2, lua. /»3 ι. /«32 bzw. /„33 fließen, und je zehn Gingänge /21, /22 bis /30 bzw. iv. to bis /40. Diesen Eingängen /?, bzw. A, werden Ströme mit Hilfe zweier Zehnfach-Stromquellen M₂ bzw. M₁ zugeführt, die aus je zehn möglichst gleichen Transistoren mit gemeinsamen Basis- sowie gemeinsamen Emitter-Elektroden bestehen. Die Kollektor-Elektroden führen zu den entsprechenden Eingängen /2, und /3,. Die Ausgänge L/21 und t/31 sind über nichtinvertierende Stromverstärker A₂ bzw. A₃ mit den gemeinsamen Basis-Elektroden der Transistoren der Zehnfach-Stromquellen M₂ bzw. M₃ verbunden. Dem Ausgang U₂\ des Kopplungskreises 2 wird der Gesamtemitterstrom I_e\ der Transistoren der Zehnfach-Stromquelle Af 1 und dem Ausgang L/31 des Kopplungskreises 3 der Gesamtemittersiiom I_e2 der Transistoren der Zehnfach-Stromquelle M₂ zugeführt.

Ist der Kopplungskreis 2 derart programmiert, daß die Ausgangsströme /«21. Iu₂₂ und I₁₁₂₃ sich wie 1 :d₂:9—d₂ verhalten, so gilt, weil /_Ci = 10/_r ist, daß /„2. = 10/„ /„22=10c/₂/_n /„23=10 (9-</₂)/_r und /_e2=10 /ei = 100 Ir. Ist der Kopplungskreis 3 derart programmiert, daß die Ausgangsströme /„31, /„32 und /„33 sich wie 1 : d₃ : 9—d₃ verhalten, so gilt, weil /_e2 = 100 I_r ist, daß LZ₃I = IOO Ir, L/32= 100 d₃lr, U₃₃= \00(9-d₃)l_r und /_ri = 1000 Ir. Dabei kann der Strom I_e3 wieder einer folgenden Stromverteilerschaltung zugeführt werden.

Die Ausgänge U₁₂, L/22 und U₃₂ sind mit einem Ausgangsanschlußpunkt 5 verbunden. Der Strom /</, der diesen Ausgangsanschlußpunkt 5 durchfließen kann, ist dann gleich

/„12 + /u22 + /u32, oder aber:
/_d=fy, + 10 d₂ +100 d₃)Ir.

wobei du di und d₃ alle Werte von 0 bis 9 annehmen können. Durch Einstellung der Parameter d\, d₂ und dj sind also alle ganzen Vielfachen l_r von 0 bis 999 h einstellbar. Die Schaltung bildet eine dezimal einstellbare Präzisionsstromquelle. Durch Erweiterung der Anzahl von Stromverteilerschaltungen lassen sich mehrere Dezimale erhalten. Auch ist es möglich, diese Einstellung mittels eines digitalen Signals durchzuführen, wodurch also ein dezimal arbeitender Digital-Analog-Wandler erhalten wird.

In der Schaltung nach F i g. 4 ist jede Stromverteilerschaltung über einen Verstärker gegengekoppelt. Es ist aber auch möglich, vom Ausgang U\\ des Kopplungskreises 1 her direkt auf die gemeinsamen Basis-Elektro den der Transistoren der Zehnfach-Stromquelle M₃ gegenzukoppeln.

Wenn ein sehr großes Stromverhältnis verlangt wird, sind die Schaltungen nach den Fig. 1, 2 und 3 nicht geeignet, weil die Anzahl benötigter Transistoren dann sehr groß wird, Es ist aber möglich, durch Kombination von Stromverteilerschaltungen mit kleineren Verhältnissen dennoch ein großes Stromverhältnis zu erzielen. Fig.5 zeigt beispielsweise eine Kombination dreier Slromverteilerschaltungen zur Erzielung eines Verhältnisses von 1 :100.

Die Schaltung nach F i g. 5 enthält drei Kopplungskreise 6, 7 und 8, z.B. nach Fig. 1. Diese drei Kopplungskreise sind derart eingerichtet und programmiert, daß q= 11, p=2 und r=l ist, oder mit anderen Worten: Die Ausgangsströme an den beiden Ausgängen U\ und LZ₂ verhalten sich wie 1:10. Diesen Kopplungskreisen 6,7 und 8 sind Elffach-Stromquellen M₆, M₇ bzw. M_t hinzugefügt, die je elf möglichst gleiche Transistoren enthalten, von denen bei jeder Stromquelle Mb, bh und Ms die Basis-Elektroden sowie die Emitter-Elektroden miteinander verbunden sind, während die Kollektor-Elektroden je zu einem Eingang /, der zugehörigen Kopplungskreise 6, 7 bzw. 8 führen. Die gemeinsamen Basis-Elektroden der zu den Stromquellen Mt und Mi gehörigen Transistoren sind mit einer Bezugsspannung Vrcn bzw. Vren verbunden, wobei diese Spannungen vorzugsweise einandei gleich sind. Jeder der drei Kopplungskreise enthält zwei Ausgänge U\ und U₂, wobei sich die Ströme durch diese Ausgänge in diesem Beispiel wie 1:10 verhalten (selbstverständlich sind auch andere Verhältnisse möglich). Die Ausgänge U\ und LZ₂ des Kopplungskreises 3, an denen die Ströme /_rt und hi fließen, sind mit den gemeinsamen Emitter-EIek-

J5 troden der Transistoren der Elffach-Stromquellen M₆ bzw. Mj verbunden. Der Eingang LA des Kopplungskreises 6 ist mit dem Ausgang einer Stromquelle 9, die einen Strom Iref führt, und über einen nichtinvertierenden Stromverstärker A mit den gemeinsamen Basis-Elektroden der Transistoren der Elffach-Stromquelle M₈ verbunden, wobei die gemeinsamen Emitter-Elektrode dieser Transistoren mit einem an eine Bezugsspannung angeschlossenen Punkt, hier Erde, verbunden sind.

An den Ausgängen U\ und LZ₂ der Kopplungskreise 6 und 7 fließen die Ströme /„_n, I_u\₂, /«21 bzw. /„22, wobei gilt, daß /„π : /uii = /u22: /u2i = 10 :1. Infolge der Gegenkopplung über den Stromverstärker A gilt stets: /„π = /_re/und also /_ui2= 10 hei- Der Strom I& ist dann gleich 11 I_rcr. Da exakt gilt, daß /_C7= 10 /_rt, gilt auch daß /_e7= 110 I_rer ist.

Dieser Strom I& wird über die Ausgänge U\ und U₂ des Kopplungskreises 7 in einem exakten Verhältnis von 1:10 geteilt, so daß gilt: Ι_Λ\ = 10 /«/· und /„22= 100 /„,. Auf diese Weise verhalten sich die Ströme /„n, /„12, /„21 bzw. Ia₂₂ wie 1 :10 :10 : 100.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele. So können die als Schalter verwendeten bipolaren Transistoren durch andere dazu geeignete Elemente, z. B. durch Feldeffekttransistoren, ersetzt werden und können diese Schalter auf andere Weise als mittels eines Schieberegisters betätigt werden.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Stromverteilerschaltung zum Liefern einer Anzahl von Gleichströmen, die sehr genaue gegenseitige Größenverhältnisse aufweisen, die in ganzen Zahlen ausgedrückt werden können und die unabhängig voneinander wahlweise gleich 1 :1 oder verschieden von 1 :1 sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung enthält: einen ersten Kopplungskreis und eine erste Mehrfach-Stromquelle (M), die q annähernd identische Gleichströme (l\ bis Iq) an q Eingänge (i\ bis i_q) des ersten Kopplungskreises liefern kann, der ρ Ausgänge (Ui bis Up) aufweist, die zugleich die Ausgänge der Stromverteilerschaltung bilden, und der q p-fache steuerbare Schalter (Tu bis Tpq) mit jeweils einem ersten Pol und ρ weiteren Polen, wobei der erste Pol auf die weiteren Pole, und zwar jeweils auf nur einen der weiteren Pole schaltbar ist, enthält, wobei jeder p-fache Schalter zwischen jeweils einem anderen Eingang, an den der erste Pol des Schalters angeschlossen ist, und allen ρ Ausgängen angeordnet ist, sowie Steuermittel (Schieberegister Si), mit deren Hilfe auf den Befehl eines Taktsignals die Schalter so gesteuert werden, daß auf zyklisch permutierende Weise ein derartiges Verbindungsmuster zwischen den q Eingängen des Kopplungskreises und seinen ρ Ausgängen erhalten wird, daß während jedes Zeitintervalls eines Zyklus, wobei die Zeitintervalle durch das Taktsignal bestimmt und gleich sind und jeder Zyklus aus q Zeitintervallen besteht, jeder Ausgang stets mit derselben Anzahl stromführender Eingänge verbunden ist und daß während jedes Zeitintervalls stets mindestens ein Ausgang mit mehr als einem Eingang verbunden ist, wobei die Anzahl der Eingänge, mit denen während jedes Zeitintervalls mindestens ein Ausgang verbunden ist, entsprechend den gewünschten Größenverhältnissen der von der Stromverteilerschaltung zu liefernden Ströme gewählt ist.

2. Stromverteilerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrfach-Stromquelle (M) q einschaltbare Stromquellen (Transistoren Ta bis 7"»,) enthält, die auf den Befehl des Taktsignals auf zyklisch permutierende Weise eingeschaltet werden, derart, daß während jedes Zeitintervalls stets eine gleiche Anzahl von Stromquellen eingeschaltet ist, wobei alle diese eingeschalteten Stromquellen annähernd gleiche Ströme liefern (F ig. 2).

3. Stromverteilerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrfach-Stromquelle (M\, Mt) zwischen den q Eingängen (i_u bis im, it bis in) des ersten Kopplungskreises (1, 6) und einem gemeinsamen Anschlußpunkt die Hauptstrombahnen von q Transistoren zur Lieferung nahezu identischer Ströme an die q Eingänge enthält, und daß die Schaltung weiter enthält: einen iweiten (2, 8) dem ersten entsprechenden Kopplungskreis, wobei ein erster Ausgang (Lhu U\) des zweiten Kopplungskreises mit dem genannten gemeinsamen Anschlußpunkt des ersten Kopplungskreises verbunden ist, und eine zweite Mehrfach-Stromquelle (M₂, Af₈), die annähernd identische Ströme an die Eingänge (h\ bis /30, /Ί bis i_u) des zweiten Kopplungskreises liefern kann (Fig.4, F ig. 5).

4. Stromverteilerschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl von Schaltern und somit die Anzahl von Eingängen der beiden Kopplungskreise (1 und 2) gleich 10 ist, daß

s die Schalter des ersten Kopplungskreises (1) derart steuerbar sind, daß das Verhältnis der Ströme an zwei der Ausgänge (Uu, Un) des zuerst genannten Kopplungskreises gleich 1 : r ist, wobei r als ganze Zahl zwischen 0 und 9 variieren kann, und daß die Schalter des zweiten Kopplungskreises (2) derart steuerbar sind, daß das Verhältnis der Ströme an dem ersten Ausgang (Un) und an einem zweiten Ausgang (Un) des zweiten Kopplungskreises gleich 1 : s ist, wobei s als ganze Zahl zwischen 0 und 9 variieren kann (F i g. 4).

5. Stromverteilerschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung enthält: einen dritten (7) dem ersten (6) entsprechenden Kopplungskreis, sowie eine dritte (Mi) Mehrfach- Stromquelle, die zwischen jedem Eingang (i\ bis iu) des dritten Kopplungskreises (7) und einem zweiten gemeinsamen Punkt die Hauptstrombahn eines Transistors zur Lieferung einander nahezu gleicher Ströme an die Eingänge des genannten dritten Kopplungskreises enthält, wobei der zweite gemeinsame Punkt mit einem zweiten Ausgang (U2) des zweiten Kopplungskreises (8) verbunden ist (F i g. 5).

6. Stromverteilerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit einem der Ausgänge (Uu) des ersten Kopplungskreises (1) eine Gleichstromquelle (4) angeordnet ist, und daß eine Stromgegenkopplung (Stromverstärker A]) zwischen diesem einen Ausgang des ersten Kopplungskreises und der ersten Mehrfach-Stromquelle (M\) angeordnet ist (F ig. 4).

7. Stromverteilerschaltung nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit einem der Ausgänge (U\) des ersten Kopplungskreises (6) eine Gleichstromquelle (9) angeordnet ist, und daß eine Stromgegenkopplung (Stromverstärker A) zwischen diesem einen Ausgang (U\) des ersten Kopplungskreises (6) und der zweiten Mehrfach-Stromquelle (Ms) angeordnet ist (F i g. 5).

8. Stromverteilerschaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung wenigstens ein Schieberegister (Si), mit dessen Hilfe auf zyklisch permutierende Weise die genannten Schalter gesteuert werden, und einen Taktgenerator (C) enthält, mit dessen Hilfe ein Taktsignal Takteingängen (S₁₀) aller in der Schaltung vorhandenen Schieberegister zugeführt wird (Fig. 1).