DE69511043T2

DE69511043T2 - Referenzspannungsquelle zur polarisierung von mehreren stromquelletransistoren mit temperaturkompensierter stromversorgung

Info

Publication number: DE69511043T2
Application number: DE69511043T
Authority: DE
Inventors: Abraham Melse
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1994-04-08
Filing date: 1995-03-23
Publication date: 2000-02-17
Anticipated expiration: 2015-03-24
Also published as: EP0711432B1; WO1995027938A1; JPH08512161A; JP3422998B2; EP0711432A1; DE69511043D1; US5528128A

Description

Die Erfindung betrifft eine Bezugsspannungsquelle zum Ansteuern einer Stromquelle, welche Bezugsspannungsquelle umfasst:
- eine erste gemeinsame Klemme, eine zweite gemeinsame Klemme, eine erste Verbindungsklemme und eine zweite Verbindungsklemme;
- eine Impedanz, die zwischen die erste gemeinsame Klemme und die erste Verbindungsklemme geschaltet ist;
- einen ersten Halbleiterübergang und einen ersten Widerstand, die zwischen der ersten Verbindungsklemme und der zweiten gemeinsamen Klemme in Reihe geschaltet sind;
- einen zweiten Widerstand, der zwischen die erste gemeinsame Klemme und die zweite Verbindungsklemme geschaltet ist;
- einen zweiten Halbleiterübergang, der zwischen die zweite Verbindungsklemme und die zweite gemeinsame Klemme geschaltet ist;
- einen Differenzverstärker mit einem Ausgang und einem invertierenden Eingang und einem nichtinvertierenden Eingang, wobei von dem invertierenden und dem nichtinvertierenden Eingang ein Eingang mit der ersten Verbindungsklemme und der andere Eingang mit der zweiten Verbindungsklemme gekoppelt ist und
- eine der ersten und der zweiten gemeinsamen Klemme mit dem Ausgang des Differenzverstärkers und die andere mit einer ersten Speiseklemme gekoppelt ist.
Eine Bezugsspannungsquelle dieser Art wird im US-Patent US 4.100.436 beschrieben und ist als Bandabstand-Bezugsspannungsquelle bekannt. Die darin verwendete Impedanz hat die Form eines Widerstandes. Der Ausgang des Differenzverstärkers ist mit der ersten gemeinsamen Klemme verbunden und die zweite gemeinsame Klemme ist mit Erde verbunden. Der Differenzverstärker erlegt den durch den ersten und den zweiten Halbleiterübergang fließenden Strömen ein konstantes Verhältnis auf. Das Stromverhältnis wird durch das Verhältnis zwischen den Widerstandswerten des Widerstandes der Impedanz und des zweiten Widerstandes bestimmt. Die Differenz zwischen den Übergangsspan nungen des ersten und des zweiten Halbleiterüberganges, die einen positiven Temperaturkoeffizienten (TK) hat, erscheint am ersten Widerstand. Daher hat der Strom durch den ersten Widerstand auch einen positiven TK. Dieser Strom fließt durch den Widerstand der Impedanz und erzeugt an diesem Widerstand eine Spannung, die auch einen positiven TK hat. Der Differenzverstärker sorgt dafür, dass die Spannungsdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Verbindungsklemme vernachlässigbar ist, so dass die Spannung am Widerstand der Impedanz zwischen der ersten Verbindungsklemme und der ersten gemeinsamen Klemme gleich der Spannung am zweiten Widerstand zwischen der zweiten Verbindungsklemme und der ersten gemeinsamen Klemme ist. Die Ausgangsspannung am Ausgang des Differenzverstärkers ist die Summe aus der Übergangsspannung des zweiten Halbleiterüberganges und der Spannung am zweiten Widerstand. Wie bekannt ist, hat die Spannung an einem Halbleiterübergang einen negativen TK. Bei geeignet gewählten Parametern hat die Summe der Spannungen am zweiten Widerstand und dem zweiten Halbleiterübergang über einen weiten Temperaturbereich einen TK von nahezu null. Diese Summenspannung steht für weitere Zwecke am Ausgang des Differenzverstärkers zur Verfügung.
Das genannte US-Patent 4.100.436 beschreibt eine Variante, in der sowohl der erste als auch der zweite Halbleiterübergang als Diode geschaltete Transistoren umfassen. Das US-Patent 4.059.793, Fig. 2 und Fig. 3, zeigt eine zweite Variante, in der der erste Halbleiterübergang der Basis-Emitterübergang eines Transistors ist, dessen Kollektor mit der ersten Verbindungsklemme und dessen Emitter über den ersten Widerstand mit der ersten Speiseklemme verbunden ist, und in der der zweite Halbleiterübergang der Basis- Emitterübergang eines Transistors ist, dessen Basis mit der Basis des erstgenannten Transistors gekoppelt ist und dessen Kollektor mit der zweiten Verbindungsklemme verbunden ist. Im Prinzip ist diese zweite Variante eine Form der Widlar-Bandabstand-Referenz, veröffentlicht in IEEE Journal von Solid-State Circuits, Bd. SC-6, Nr. 1, S. 2-7, Februar 1971, "New Developments in IC Voltage Regulators", Fig. 2.
Integrierte Schaltungen erfordern häufig nicht nur eine thermisch sehr stabile Bezugsspannung, sondern auch einen oder mehrere temperaturstabile Bezugsströme. Solche Bezugsströme werden von als Stromquelle angeordneten Transistoren geliefert, mit oder ohne Emitterserienwiderstand. Die Basen der Stromquellentransistoren empfangen eine Bezugsspannung, die in einen Strom umgewandelt wird. Die Stärke des Stroms wird jedoch auch von der Basis-Emitterübergangsspannung der Stromquellentransistoren be stimmt, welche Spannung bekanntermaßen einen negativen TK hat und daher einer Korrektur bedarf, um einen temperaturstabilen Strom zu erhalten.
Das US-Patent Nr. 4.816.742 liefert eine Lösung, bei der der negative TK des Emitterstroms des Stromquellentransistors kompensiert wird, indem eine Kompensationsstromquelle mit einem positiven TK parallel zum Emitterserienwiderstand angeordnet wird, was für den Netto-Kollektorstrom des Stromquellentransistors zu einem TK von null führt. Diese Lösung ist jedoch wegen der zusätzlichen Komponenten und der resultierenden zusätzlichen Chipfläche weniger interessant. Jeder Stromquellentransistor erfordert nämlich einen Kompensationstransistor und zusätzlich wird ein Leiter benötigt, um alle diese Kompensationstransistoren anzusteuern.
Die europäische Patentschrift 0.252.320 B1 bietet eine andere Lösung, bei der ein Widerstand parallel zu dem zweiten Halbleiterübergang geschaltet ist. Ein Strom mit einem negativen TK fließt dann durch diesen Widerstand und kompensiert den negativen TK der Basis-Emitterübergänge der angeschlossenen Stromquellentransistoren. Diese Lösung wird in einer Bezugsspannungsquelle einer anderen Art als der zuvor beschriebenen verwendet, nämlich vom Typ der Brokaw-Bandabstand-Referenz. Bei diesem Typ sind die ersten und zweiten Halbleiterübergänge Basis-Emitterübergänge von Transistoren, deren Kollektoren mit der ersten und der zweiten Verbindungsklemme verbunden sind und deren Basen mit dem Ausgang des Differenzverstärkers verbunden sind, wobei die Summe der Emitterströme der Transistoren in einem gemeinsamen Widerstand gebildet wird.
Der Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, eine Bezugsspannungsquelle zum Ansteuern von Stromquellentransistoren zu verschaffen, die hinsichtlich des thermischen Verhaltens der Basis-Emitterübergänge der Stromquellentransistoren korrigiert ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß eine Bezugsspannungsquelle der eingangs erwähnten Art dadurch gekennzeichnet, dass die Impedanz einen dritten Halbleiterübergang umfasst.
Da der Differenzverstärker die Spannungsdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Verbindungsklemme nahezu zu null macht, kann die zweite Verbindungsklemme als Eingangsklemme eines ersten Stromspiegels betrachtet werden, der von dem ersten Halbleiterübergang, dem ersten Widerstand und dem zweiten Halbleiterübergang gebildet wird, wobei die Ausgangsklemme dieses Stromspiegels von der ersten Verbindungsklemme gebildet wird. Der erste Stromspiegel hat eine Stromübertragung mit einem positiven TK, verursacht von der Übergangsspannungsdifferenz am ersten Widerstand. Der Aufbau mit dem Differenzverstärker, dem zweiten Widerstand und dem dritten Halbleiterübergang erlegt den durch den ersten und den zweiten Halbleiterübergang fließenden Strömen ein bestimmtes Verhältnis auf. Faktisch wirkt dieser Aufbau als zweiter Stromspiegel, dessen Stromübertragung einen negativen TK hat. Die Kombination der beiden Stromspiegel ergibt eine Multiplikation zweier entgegengesetzter Temperaturkoeffizienten, wobei die Summe der Ströme in der ersten oder der zweiten gemeinsamen Klemme einen TK hat, dessen Vorzeichen und Wert durch geeignete Wahl des ersten und des zweiten Widerstandes und des Stromdichteverhältnisses in dem ersten und dem zweiten Halbleiterübergang eingestellt werden können. Diese Wahl kann vereinfacht werden, wenn ein dritter Widerstand in Reihe mit dem dritten Halbleiterübergang angeordnet ist.
Durch geeignete Wahl der Komponenten ist es möglich, einen Summen- Strom mit einem TK von nahezu null zu erhalten. Dieser Summenstrom kann abgezweigt werden und kopiert. Hierzu ist eine erste Variante dadurch gekennzeichnet, dass die genannte andere der ersten und der zweiten gemeinsamen Klemme über einen Eingangszweig eines Stromspiegels mit der ersten Speiseklemme gekoppelt ist. Im vorliegenden Fall werden die Ströme auf das Potential der ersten Speiseklemme bezogen.
Eine zweite Variante ist dadurch gekennzeichnet, dass der Differenzverstärker einen Ausgangstransistor umfasst mit einer Steuerelektrode, einer ersten Hauptelektrode, die den Ausgang des Differenzverstärkers bildet und einer zweiten Hauptelektrode, die mit einem Eingangszweig eines Stromspiegels gekoppelt ist. Der Ausgangstransistor kann ein bipolarer oder unipolarer (MOS-)Transistor sein. Die erste Hauptelektrode ist der Emitter/die Source, die als Ausgang des Differenzverstärkers wirkt. Der in dem Kollektor/Drain fließende Strom ist jedoch nahezu gleich dem Strom in dem Emitter/der Source. Durch Verbinden des Kollektors/Drain mit einem Stromspiegel ist es jetzt möglich, konstante und temperaturstabile Ströme zu erhalten, die sich auf ein anderes Speisepotential beziehen. Eine alternative Lösung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Differenzverstärker einen Ausgangstransistor umfasst mit einer ersten Hauptelektrode, die mit einer zweiten Speiseklemme gekoppelt ist, mit einer zweiten Hauptelektrode, die den Ausgang des Differenzverstärkers bildet, und einer Steuerelektrode, die ausgebildet ist, um mit Steuerelektroden von Kopien des Ausgangstransistors gekoppelt zu werden, wobei die ersten Hauptelektroden dieser Kopien in ähnlicher Weise mit der zweiten Speiseklemme gekoppelt sind wie die erste Hauptelektrode des Ausgangstransistors. In dieser Ausführungsform bildet der Kollektor/Drain des Ausgangstransistors den Ausgang des Differenzverstärkers. Der Emit ter/Source ist mit der zweiten Speiseklemme gekoppelt, auf Wunsch über einen Serienwiderstand. Das Vorsehen skalierter oder nichtskalierter Kopien des Ausgangstransistors führt wieder zu einer Anzahl konstanter und temperaturstabiler Ströme, die auf das Potential der zweiten Speiseklemme bezogen werden.
Durch eine geeignete Wahl der Komponenten ist es jedoch auch möglich, einen Summenstrom mit negativem TK zu erhalten. Dieser Summenstrom kann durch einen Widerstand geleitet und mit einem als Emitterfolger geschalteten Puffertransistor zwischengespeichert werden, der seinerseits die Basen einer Anzahl Stromquellentransistoren ansteuert. Eine hierfür geeignete Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang des Differenzverstärkers über einen vierten Widerstand mit der genannten einen der ersten und der zweiten gemeinsamen Klemme gekoppelt ist und die Bezugsspannungsquelle weiterhin einen Puffertransistor umfasst mit einer Basis, die mit dem Ausgang des Differenzverstärkers gekoppelt ist, mit einem Emitter, der über eine Ruhestromquelle mit der ersten Speiseklemme sowie mit einer Ausgangsklemme zum Anschluss zumindest eines Stromquellentransistors gekoppelt ist, der eine Basis hat, die mit der Ausgangsklemme gekoppelt ist, einen Emitter, der mit der ersten Speiseklemme gekoppelt ist, und einen Kollektor zum Zuführen eines konstanten Stroms. Der negative TK des Summenstroms durch den vierten Widerstand kompensiert den positiven TK der Spannung am dritten Widerstand. Die Spannung an der Basis des Puffertransistors, von der Spannung an der ersten Speiseklemme aus gerechnet, ist die Summe zweier Übergangsspannungen, nämlich der des zweiten und des dritten Halbleiterüberganges, und der Spannungen am dritten und vierten Widerstand. Die letztgenannten Spannungen können jedoch klein sein, d. h. zusammen ungefähr 250 mV. Das bedeutet, dass die Spannung an den Emittern der anzusteuernden Stromquellentransistoren auch ungefähr 250 mV von der Spannung an der ersten Speiseklemme entfernt ist. Der Kollektorhub der Stromquellentransistoren ist daher für niedrige Speisespannungen verhältnismäßig groß.
Eine Ausführungsform, die noch bei einer 3-V-Versorgung arbeitet und wenig Komponenten erfordert, ist dadurch gekennzeichnet, dass der erste Halbleiterübergang ein Basis-Emitterübergang eines ersten Transistors ist, der eine Basis, einen mit der ersten Verbindungsklemme gekoppelten Kollektor und einen mit dem ersten Widerstand verbundenen Emitter hat, und der zweite Halbleiterübergang ein Basis-Emitterübergang eines als Diode geschalteten zweiten Transistors ist, der eine mit der Basis des ersten Transistors gekoppelte Basis und einen mit der zweiten Verbindungsklemme gekoppelten Kollektor hat, und dass der Differenzverstärker umfasst:
einen fünften Widerstand und einen dritten Transistor mit einer Basis und einem Emitter, die mit der ersten Verbindungsklemme bzw. der ersten Speiseklemme gekoppelt sind und mit einem Kollektor, der über den fünften Widerstand mit einer zweiten Speiseklemme gekoppelt ist, wobei der Ausgang des Differenzverstärkers von dem Kollektor des dritten Transistors gebildet wird.
Diese Ausführungsform kann sogar noch weiter verbessert werden und ist hierzu dadurch gekennzeichnet, dass der vierte Widerstand mit einem Abgriff des fünften Widerstandes verbunden ist. Dies bietet eine zusätzliche Kompensation für Speisespannungsschwankungen. Eine Erhöhung der Spannungen am zweiten und eventuell am vierten Widerstand wird durch eine entgegengesetzte Zunahme der Spannung am Widerstand zwischen dem Abgriff und dem Kollektor des dritten Transistors kompensiert.
Die Ruhestromquelle des Puffertransistors kann weiterhin dadurch gekennzeichnet sein, dass die Ruhestromquelle einen vierten Transistor umfasst mit einer Basis, einem Emitter und einem Kollektor, die mit der Basis des zweiten Transistors, der ersten Speiseklemme bzw. dem Emitter des Puffertransistors gekoppelt sind. Der Ruhestrom durch den Puffertransistor hängt somit mit dem Strom durch den zweiten Transistor zusammen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein allgemeines Schaltbild einer erfindungsgemäßen Bezugsspannungsquelle,
Fig. 2 ein allgemeines Schaltbild einer erfindungsgemäßen Bezugsspannungsquelle,
Fig. 3 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bezugsspannungsquelle,
Fig. 4 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bezugsspannungsquelle,
Fig. 5 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bezugsspannungsquelle,
Fig. 6 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bezugsspannungsquelle,
Fig. 7 ein Detail einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bezugsspannungsquelle,
Fig. 8 ein Detail einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bezugsspannungsquelle,
Fig. 9 ein Detail einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bezugsspannungsquelle,
Fig. 10 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bezugsspannungsquelle,
Fig. 11 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bezugsspannungsquelle,
Fig. 12 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bezugsspannungsquelle.
In diesen Figuren haben gleiche Elemente gleiche Bezugszeichen.
Fig. 1 zeigt das allgemeine Schaltbild einer erfindungsgemäßen Bezugsspannungsquelle. Vorgesehen sind eine erste gemeinsame Klemme 2, eine zweite gemeinsame Klemme 4, eine erste Verbindungsklemme 6 und eine zweite Verbindungsklemme 8. Ein erster Halbleiterübergang 10 und ein erster Widerstand 12 sind zwischen der ersten Verbindungsklemme 6 und der zweiten gemeinsamen Klemme 4 in Reihe geschaltet. Ein zweiter Halbleiterübergang 14 ist zwischen die zweite Verbindungsklemme 8 und die zweite gemeinsame Klemme 4 geschaltet. Ein zweiter Widerstand 16 ist zwischen die zweite Verbindungsklemme 8 und die erste gemeinsame Klemme 2 geschaltet. Ein dritter Halbleiterübergang 18 ist zwischen die erste Verbindungsklemme 6 und die erste gemeinsame Klemme 2 geschaltet. Außerdem gibt es einen Differenzverstärker 20 mit einem nichtinvertierenden Eingang 22 und einem invertierenden Eingang 24, wobei einer dieser Eingänge mit der ersten Verbindungsklemme 6 und der andere Eingang mit der zweiten Verbindungsklemme 8 gekoppelt ist, und mit einem nichtinvertierenden Ausgang 26 und einem invertierenden Ausgang 28, wobei einer dieser Ausgänge mit der ersten gemeinsamen Klemme 2 und der andere Ausgang mit der zweiten gemeinsamen Klemme 4 gekoppelt ist. Ein erster Strom 11 fließt von der ersten gemeinsame Klemme 2 über die zweite Verbindungsklemme 8 zur zweiten gemeinsamen Klemme 4. Ein zweiter Strom 12 fließt von der ersten gemeinsamen Klemme 2 über die erste Verbindungsklemme 6 zu der zweiten gemeinsamen Klemme 4. Der Summenstrom I&sub1; + I&sub2; wird der ersten gemeinsamen Klemme 2 vom nichtinvertierenden Ausgang 26 des Differenzverstärkers 20 zugeführt und wird aus der zweiten gemeinsamen Klemme 22 vom invertierenden Ausgang 28 abgeführt. Der Eingangsstrom zum nichtinvertierenden Eingang 22 und dem invertierenden Eingang 24 kann vernachlässigt werden. Der Differenzverstärker 20 macht die Spannungsdifferenz zwischen der ersten Verbindungsklemme 6 und der zweiten Verbindungsklemme 8 sehr klein. Die Spannung am zweiten Widerstand 16 ist dann gleich der Übergangsspannung Vbe&sub3; am dritten Halbleiterübergang 18. Der Strom 11 durch den zweiten Widerstand 16 genügt daher der Gleichung:
I&sub1; = Vbe&sub3; / R&sub2; (1)
Hierbei ist R&sub2; der Widerstandswert des zweiten Widerstandes 16. Der Strom I&sub2; genügt der folgenden Gleichung:
Hierbei ist VT das thermische Potential (kT/q), R&sub1; der Widerstandswert des ersten Widerstandes 12, A&sub1; die Fläche des ersten Halbleiterüberganges 10 und A&sub2; die Fläche des zweiten Halbleiterüberganges 14. Gleichung (2) ist an sich bekannt. Für weitere Einzelheiten sei beispielsweise auf IEEE Journal of Solid States Circuits, Bd. SC-8, Nr. 3, Juni 1973, S. 222-226, "A Precision Reference Voltage Source" verwiesen.
Gleichung (1) kann so aufgefasst werden, dass sie die Wirkung eines ersten Stromspiegels mit einer Stromübertragung mit negativem Temperaturkoeffizienten (TK) ausdrückt, da die Übergangsspannung Vbe&sub3; bekanntlich einen negativen TK hat. Weil VT = kT/q proportional zur absoluten Temperatur ist, hat das Verhältnis I&sub2;/I&sub1; einen positiven TK. Wenn die Temperatur T jetzt ansteigt, nimmt die Übergangsspannung Vbe&sub3; und damit der erste Strom I&sub1; ab. Die Abnahme des ersten Stroms I&sub1; wird jedoch durch eine Zunahme im zweiten Strom I&sub2; wegen des positiven TK in dem Verhältnis I&sub2;/I&sub1; kompensiert. Somit kann der Summenstrom 11+12 einen TK haben, der nahezu null ist. Es zeigt sich dann, dass die Fläche A&sub1; ungefähr achtmal so groß sein sollt wie die Fläche A&sub2; damit die Abnahme des ersten Stroms 11 durch die Zunahme des zweiten Stroms 12 kompensiert wird. Indem, wie in Fig. 2, ein dritter Widerstand 30 zu dem dritten Halbleiterübergang 18 in Reihe geschaltet wird, ist es möglich, den verhältnismäßig großen negativen TK des ersten Strom spiegels zu verringern. Der zweite Strom 12 mit einem positiven TK fließt durch den dritten Widerstand 30 und erzeugt an diesem dritten Widerstand 30 einen Spannungsabfall, der auch einen positiven TK hat. Der positive TK dieses Spannungsabfalls verringert den negativen TK der Übergangsspannung Vbe&sub3;.
Die prinzipielle Funktionsweise der Anordnung von Fig. 2 ändert sich nicht, wenn eine der gemeinsamen Klemmen 2 und 4 mit einer festen Spannung verbunden wird und zudem der betreffende Ausgang des Differenzverstärkers 20 weggelassen wird. Fig. 3 bis 6 zeigen eine Anzahl Varianten. In Fig. 3 ist die zweite gemeinsame Klemme 4 mit einer ersten Speiseklemme 32 verbunden, von der angenommen wird, dass sie geerdet ist; der nichtinvertierende Ausgang 26 ist mit der ersten gemeinsamen Klemme 2 verbunden und der invertierende Ausgang 28 ist weggelassen. In Fig. 5 ist es nicht die zweite, sondern die erste gemeinsame Klemme 2, die mit der ersten Speiseklemme 32 verbunden ist. Der nichtinvertierende Ausgang 26 ist jetzt mit der zweiten gemeinsamen Klemme 4 verbunden und der nichtinvertierende Eingang 22 und der invertierende Eingang 24 sind umgekehrt angeschlossen.
Der erste Halbleiterübergang 10, der zweite Halbleiterübergang 14 und der dritte Halbleiterübergang 18 sind als Dioden dargestellt, aber sie können auch von Transistoren gebildet werden, deren Kollektor jeweils mit der Basis durchverbunden ist. Die Wirkung des ersten Halbleiterüberganges 10, des ersten Widerstandes 12 und des zweiten Halbleiterüberganges 14 kann auch in anderer Weise erhalten werden. Fig. 4 zeigt eine solche Alternative für die Anordnung von Fig. 3. In Fig. 4 ist der erste Halbleiterübergang 10 der Basis-Emitterübergang eines ersten Transistors 34, dessen Kollektor mit der ersten Verbindungsklemme 6 gekoppelt ist und dessen Emitter mit dem ersten Widerstand 12 verbunden ist; der zweite Halbleiterübergang 14 ist der Basis-Emitterübergang eines als Diode geschalteten zweiten Transistors 36, dessen Basis mit der Basis des ersten Transistors 34 verbunden ist und dessen Kollektor mit der zweiten Verbindungsklemme 8 gekoppelt ist. Fig. 6 zeigt eine gleichartige Alternative für die Anordnung in Fig. 5.
Der Summenstrom I&sub1;+I&sub2; mit einem TK, der nahezu null ist, fließt durch die erste gemeinsame Klemme 2 und die zweite gemeinsame Klemme 4. Fig. 7 zeigt ein erstes Beispiel dafür, wie der Summenstrom genutzt werden kann. Die erste gemeinsame Klemme 4 der Anordnung in Fig. 3 oder 4 ist über einen Eingangszweig 38 eines Stromspiegels 40 mit der ersten Speiseklemme 32 verbunden. Der Stromspiegel 40 umfasst eine Anzahl Stromquellentransistoren 42, deren Basis-Emitterübergänge parallel zum Basis- Emitterübergang eines als Diode geschalteten Transistors im Eingangszweig 38 angeordnet sind. Die Stromquellentransistoren 42 liefern Ströme mit dem gleichen TK wie der Summenstrom I&sub1;+I&sub2;. Natürlich kann ein gleichartiges Stromspiegel-Auskopplungsverfahren auch in den Schaltungsanordnungen von Fig. 5 und 6 verwendet werden.
Fig. 8 zeigt ein anderes Auskopplungsverfahren. Der Differenzverstärker 20 hat einen Ausgangstransistor 44, dessen Emitter mit dem nichtinvertierenden Ausgang 26 verbunden ist. Der Kollektor des Ausgangstransistors 44 ist mit dem Eingangszweig 46 eines Stromspiegels 48 verbunden, der im übrigen gleich dem Stromspiegel 40 von Fig. 7 sein kann. Der Summenstrom I&sub1;+I&sub2; in dem Emitter des Ausgangstransistors 44 fließt nahezu vollständig durch den Kollektor, so dass die Stromquellentransistoren 50 des Stromspiegels 48 Ströme mit dem gleichen TK liefern wie der Summenstrom. Der Ausgangstransistor 44 kann auch ein MOS-Transistor sein. Das Gleiche gilt für die Transistoren in dem Stromspiegel 40 in Fig. 7 und dem Stromspiegel 48 in Fig. 8.
Fig. 9 zeigt ein drittes Auskopplungsverfahren. Der Differenzverstärker 20 hat jetzt wieder einen Ausgangstransistor 52, aber jetzt ist der Kollektor mit dem nichtinvertierenden Ausgang 26 verbunden. Der Emitter ist mit einer zweiten Speiseklemme 54 verbunden. Die Basis-Emitterübergänge von Kopie-Transistoren 56 sind parallel zum Basis-Emitterübergang des Ausgangstransistors 52 angeordnet. Die Kopie-Transistoren 56 liefern Kollektorströme mit einem TK gleich dem TK des Summenstroms I&sub1;+I&sub2;. Im vorliegenden Fall können der Ausgangstransistor 52 und die Kopie-Transistoren 56 auch MOS- Transistoren sein.
Bisher wurde angestrebt, einen Summenstrom I&sub1;+I&sub2; zu erhalten mit einem TK, der nahezu null ist. Die Abnahme des ersten Stroms I&sub1; wird wegen des positiven TK im Verhältnis I&sub2;/I&sub1; dann durch eine Zunahme des zweiten Stroms I&sub2; kompensiert. Somit kann der Summenstrom I&sub1;+I&sub2; einen TK erhalten, der nahezu null ist. Es ist jedoch auch möglich, absichtlich weniger als vollständige Kompensation anzustreben, wobei der Summenstrom einen TK erhält, der leicht negativ ist. Fig. 10 zeigt eine Schaltungsanordnung, bei der dies der Fall ist. Die Schaltungsanordnung beruht auf einer Variante von Fig. 3, aber die in Fig. 4, 5 und 6 gezeigten Varianten sind gleichermaßen geeignet. Der nichtinvertierende Ausgang 26 des Differenzverstärkers 20 ist jetzt über einen vierten Widerstand 58 mit der ersten gemeinsamen Klemme 2 verbunden. Auch ist ein Puffertransistor 60 vorgesehen, dessen Basis mit dem nichtinvertierenden Ausgang 26 und dessen Emitter über eine Ruhestromquelle 62 mit der ersten Speiseklemme 32 sowie mit einer Verbindungsklemme 64 zum Anschluss der Basen einer Vielzahl von Stromquellentransistoren 66 verbunden ist, deren Emitter mittels eines Serienwiderstandes 68 mit der ersten Speiseklemme 32 verbunden sind. Es zeigt sich, dass ausgehend von der ersten Speiseklemme 32 die Spannung an der Basis des Puffertransistors 60 jetzt gleich der Summe aus der Übergangsspannung Vbe&sub1;&sub4; des zweiten Halbleiterüberganges 14, dem Spannungsabfall Ur&sub3;&sub0; am dritten Widerstand 30, der Übergangsspannung Vbe&sub1;&sub8; des dritten Halbleiterüberganges 18 und dem Spannungsabfall Ur&sub5;&sub8; am vierten Widerstand 58 ist. Die Spannung an der Basis des Puffertransistors 60 ist jedoch auch gleich der Summe aus der Spannung Ur&sub6;&sub8; am Serienwiderstand 68, der Übergangsspannung Vbe&sub6;&sub6; des Stromquellentransistors 66 und der Übergangsspannung Vbe&sub6;&sub0; des Puffertransistors 60. In erster Näherung ist die Spannung Ur&sub6;&sub8; am Serienwiderstand 68 gleich der Summe aus der Spannung Ur&sub3;&sub0; am dritten Widerstand 30 und der Spannung Ur&sub5;&sub8; am vierten Widerstand 58. Der Strom 12, der wie bereits erwähnt einen positiven TK hat, fließt durch den dritten Widerstand 30. Der Summenstrom I&sub1;+I&sub2;, der einen negativen TK hat, fließt durch den vierten Widerstand 58. Die Summenspannung am dritten Widerstand 30 und vierten Widerstand 58 kann somit einen TK haben, der nahezu null ist. Diese Spannung erscheint am Serienwiderstand 68 der Stromquellentransistoren 66, die daher einen temperaturstabilen Kollektorstrom liefern.
Der Differenzverstärker 20 in Fig. 10 kann erheblich vereinfacht werden, wenn er auf der in Fig. 4 gezeigten Variante beruht. Das Ergebnis wird in Fig. 11 gezeigt. Der Differenzverstärker 20 umfasst jetzt einen dritten Transistor 70, dessen Emitter, Basis und Kollektor mit der ersten Speiseklemme 32, der ersten Verbindungsklemme 6 bzw. dem nichtinvertierenden Ausgang 26 verbunden sind. Der nichtinvertierende Ausgang 26 ist über einen fünften Widerstand 72 mit der zweiten Speiseklemme 54 verbunden. Die Basis des dritten Transistors 70 wirkt als invertierender Eingang. Der Emitter des dritten Transistors 70 wirkt als nichtinvertierender Eingang, der mit der zweiten Verbindungsklemme 8 über den Basis-Emitterübergang des zweiten Transistors 36 gekoppelt ist, um die Basis-Emitter-Offsetspannung des dritten Transistors 70 zu kompensieren. Diese Schaltungsanordnung arbeitet noch bei niedrigen Speisespannungen bis ungefähr 3 V. Die erforderliche Gesamtspannung beträgt zwei Übergangsspannungen, d. h. die des Puffertransistors 60 und des Stromquellentransistors 66, plus der Spannung am Serienwiderstand 68, die frei wählbar ist und beispielsweise 250 mV beträgt, und der Spannung am fünften Widerstand 72.
In Fig. 12 umfasst der fünfte Widerstand 72 zwei Teile mit einem Abgriff 74, mit dem der vierte Widerstand 58 verbunden ist. Der Teil zwischen der zweiten Speiseklemme und dem Abgriff wird mit 72A und der andere Teil mit 72B bezeichnet. Dies liefert eine zusätzliche Kompensation für Speisespannungsschwankungen. Eine Zunahme der Spannungen am zweiten Widerstand 16 und eventuell dem vierten Widerstand 58 infolge einer zunehmenden Speisespannung wird durch einen entgegengesetzt gerichteten Anstieg der Spannung am Widerstand zwischen dem Abgriff 74 und dem nichtinvertierenden Ausgang 26 kompensiert. Die Ruhestromquelle 62 von Fig. 11 umfasst einen vierten Transistor 76, dessen Basis, Emitter und Kollektor mit der Basis des zweiten Transistors 36, der ersten Speiseklemme 32 bzw. dem Emitter des Puffertransistors 60 verbunden sind. Der erste Strom I&sub1; wird gespiegelt und als Ruhestrom für den Puffertransistor 60 verwendet.
Fig. 12 gibt als Beispiel die Nennströme, Spannungen und Widerstandswerte für eine Speisespannung von 4 V bei 27 Grad Celsius. Die folgenden Werte werden gegeben:
Spannung an der zweiten Speiseklemme 54 : 4 V relativ zu Erde;
Widerstand 72A: 4000 Ω;
Spannung am Widerstand 72A: 2,01 V;
Strom durch Widerstand 72A: 498 uA;
Widerstand 72B: 145 Ω;
Spannung am Widerstand 72B: 30 mV;
Strom durch Widerstand 72B: 207 uA;
Widerstand 58: 680 Ω ;
Spannung am Widerstand 58: 197 mV;
Strom durch Widerstand 58: 291 uA;
Widerstand 16: 6200 Ω;
Spannung am Widerstand 16: 953 mV;
Strom durch Widerstand 16: 155 uA;
Widerstand 30: 1500 Ω;
Spannung am Widerstand 30: 204 mV;
Strom durch Widerstand 30: 136 uA;
Widerstand 12: 330 Ω;
Spannung am Widerstand 12: 45 mV;
Widerstand 68: 625 Ω;
Spannung am Widerstand 68: 260 mV;
Strom durch Widerstand 68: 417 uA;
Basisspannung des Transistors 60: 1,96 V relativ zu Erde;
Emitterstrom von Transistor 60: 419 uA;
Emitterspannung von Transistor 60: 1,08 V relativ zu Erde;
Basisspannung der Transistoren 34, 36 und 76: 841 mV relativ zu Erde;
Kollektorstrom von Transistor 76: 310 uA;
Kollektorstrom von Transistor 34: 134 uA;
Basisspannung von Transistor 70: 801 mV relativ zu Erde;
Kollektorstrom von Transistor 70: 203 uA;
Verhältnis zwischen der Emitterfläche von Transistor 34 und der Emitterfläche von Transistor 36: 4.
In allen hier gezeigten Schaltungsanordnungen können Transistoren eines entgegengesetzten Leitungstyps verwendet werden. Im Prinzip können die Stromspiegel 40 und 48 von einem bekannten Typ sein.

Claims

1. Bezugsspannungsquelle zum Ansteuern einer Stromquelle, welche Bezugsspannungsquelle umfasst:

- eine erste gemeinsame Klemme (2), eine zweite gemeinsame Klemme (4), eine erste Verbindungsklemme (6) und eine zweite Verbindungsklemme (8);

- eine Impedanz (18), die zwischen die erste gemeinsame Klemme (2) und die erste Verbindungsklemme (6) geschaltet ist;

- einen ersten Halbleiterübergang (10) und einen ersten Widerstand (12), die zwischen der ersten Verbindungsklemme (6) und der zweiten gemeinsamen Klemme (4) in Reihe geschaltet sind;

- einen zweiten Widerstand (16), der zwischen die erste gemeinsame Klemme (2) und die zweite Verbindungsklemme (8) geschaltet ist; einen zweiten Halbleiterübergang (14), der zwischen die zweite Verbindungsklemme (8) und die zweite gemeinsame Klemme (4) geschaltet ist;

- einen Differenzverstärker (20) mit einem Ausgang (26) und einem invertierenden Eingang (24) und einem nichtinvertierenden Eingang (22), wobei von dem invertierenden und dem nichtinvertierenden Eingang ein Eingang mit der ersten Verbindungsklemme (6) und der andere Eingang mit der zweiten Verbindungsklemme (8) gekoppelt ist und

- eine der ersten (2) und der zweiten (4) gemeinsamen Klemme mit dem Ausgang (26) des Differenzverstärkers (20) und die andere mit einer ersten Speiseklemme (32) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Impedanz (18) einen dritten Halbleiterübergang (18) umfasst.

2. Bezugsspannungsquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein dritter Widerstand (30) in Reihe mit dem dritten Halbleiterübergang (18) angeordnet ist.

3. Bezugsspannungsquelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte andere (4) der ersten (2) und der zweiten (4) gemeinsamen Klemme über einen Eingangszweig (38) eines Stromspiegels (40) mit der ersten Speiseklemme (32) gekoppelt ist.

4. Bezugsspannungsquelle nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Differenzverstärker (20) einen Ausgangstransistor (44) umfasst mit einer Steuerelektrode, einer ersten Hauptelektrode, die den Ausgang (26) des Differenzverstärkers (20) bildet und einer zweiten Hauptelektrode, die mit einem Eingangszweig (46) eines Stromspiegels (48) gekoppelt ist.

5. Bezugsspannungsquelle nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Differenzverstärker (20) einen Ausgangstransistor (52) umfasst mit einer ersten Hauptelektrode, die mit einer zweiten Speiseklemme (54) gekoppelt ist, mit einer zweiten Hauptelektrode, die den Ausgang (26) des Differenzverstärkers (20) bildet, und einer Steuerelektrode, die ausgebildet ist, um mit Steuerelektroden von Kopien (56) des Ausgangstransistors (52) gekoppelt zu werden, wobei die ersten Hauptelektroden dieser Kopien (56) in ähnlicher Weise mit der zweiten Speiseklemme (54) gekoppelt sind wie die erste Hauptelektrode des Ausgangstransistors (52).

6. Bezugsspannungsquelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang (26) des Differenzverstärkers (20) über einen vierten Widerstand (58) mit der genannten einen (2) der ersten und der zweiten (4) gemeinsamen Klemme gekoppelt ist und die Bezugsspannungsquelle weiterhin einen Puffertransistor (60) umfasst mit einer Basis, die mit dem Ausgang (26) des Differenzverstärkers (20) gekoppelt ist, mit einem Emitter, der über eine Ruhestromquelle (62) mit der ersten Speiseklemme (32) sowie mit einer Ausgangsklemme (64) zum Anschluss zumindest eines Stromquellentransistors (66) gekoppelt ist, der eine Basis hat, die mit der Ausgangsklemme (64) gekoppelt ist, einen Emitter, der mit der ersten Speiseklemme (32) gekoppelt ist, und einen Kollektor zum Zuführen eines konstanten Stroms.

7. Bezugsspannungsquelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Halbleiterübergang (10) ein Basis-Emitterübergang eines ersten Transistors (34) ist, der eine Basis, einen mit der ersten Verbindungsklemme (6) gekoppelten Kollektor und einen mit dem ersten Widerstand (12) verbundenen Emitter hat, und der zweite Halbleiterübergang (14) ein Basis-Emitterübergang eines als Diode geschalteten zweiten Transistors (36) ist, der eine mit der Basis des ersten Transistors (34) gekoppelte Basis und einen mit der zweiten Verbindungsklemme (8) gekoppelten Kollektor hat.

8. Bezugsspannungsquelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Differenzverstärker (20) umfasst: einen fünften Widerstand (72) und einen dritten Transistor (70) mit einer Basis und einem Emitter, die mit der ersten Verbindungsklemme (6) bzw. der ersten Speiseklemme (32) gekoppelt sind und mit einem Kollektor, der über den fünften Widerstand (72) mit einer zweiten Speiseklemme (54) gekoppelt ist, wobei der Ausgang (26) des Differenzverstärkers (20) von dem Kollektor des dritten Transistors (70) gebildet wird.

9. Bezugsspannungsquelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der vierte Widerstand (58) mit einem Abgriff (74) des fünften Widerstandes (72) verbunden ist.

10. Bezugsspannungsquelle nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ruhestromquelle (62) einen vierten Transistor (76) umfasst mit einer Basis, einem Emitter und einem Kollektor, die mit der Basis des zweiten Transistors (36), der ersten Speiseklemme (32) bzw. dem Emitter des Puffertransistors (60) gekoppelt sind.