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DE2147179B2 - MONOLITHICALLY INTEGRATED POWER SOURCE - Google Patents
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DE2147179B2 - MONOLITHICALLY INTEGRATED POWER SOURCE - Google Patents

MONOLITHICALLY INTEGRATED POWER SOURCE

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DE2147179B2 DE19712147179 DE2147179A DE2147179B2 DE 2147179 B2 DE2147179 B2 DE 2147179B2 DE 19712147179 DE19712147179 DE 19712147179 DE 2147179 A DE2147179 A DE 2147179A DE 2147179 B2 DE2147179 B2 DE 2147179B2
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Description

den Ausgang eines Operationsverstärkers angeschlossen ist, dessen invertierender Eingang mit dem Emitter des NPN-Transistors und dessen nicht invertierender Eingang mit dem Pluspol der Spannungsquelle verbunden ist, und daß eine Substratdiode mit ihrer Kathode an den nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers angeschlossen istthe output of an operational amplifier is connected, the inverting input of which is connected to the emitter of the NPN transistor and its non-inverting input is connected to the positive pole of the voltage source, and that a substrate diode is connected to its cathode connected to the non-inverting input of the operational amplifier

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert Es zeigtThe invention is explained in more detail with the aid of the drawing

F i g. 1 eine Stromquelle mit einer Kompensationsschaltung, die einen einzigen PNP-Transistor enthält,F i g. 1 a current source with a compensation circuit containing a single PNP transistor,

Fig.2 eine Stromquelle mit einer Kompensationsschaltung aus zwei PNP-Transistoren.2 shows a current source with a compensation circuit made up of two PNP transistors.

Fig.3 eine Stromquelle mit einer Kompensationsschaltung aus drei PNP-Transistoren und3 shows a current source with a compensation circuit made up of three PNP transistors and

Fig.4 eine Stromquelle mit einer Kompensationsschaltung, die als Kompensationselement eine Diode enthält.4 shows a current source with a compensation circuit which, as a compensation element, uses a diode contains.

Bei den Ausfflhrungsbeispielen nach den F i g. 1 bis 3 ist ein Stromquellen-NPN-Transistor 70 mit seinem Emitter an den Minuspol 2 einer Spannungsquelle angeschlossen. Hierbei wird davon ausgegangen, daß der Wannen-Reststrom 73, der in die Substratdiode 72 des Stromquellen-N PN-Transistors 70 fließt und einen unerwünschten Beitrag zum Ausgangsstrom 71 liefert, direkt am Kollektor des Transistors 70 kompensiert werden muß. Dies erreicht man bei diesen Ausführungsbeispielen durch eine Kompensationsschaltung, die einen aus Restströmen der Kompensationselemente gewonnenen Kompensationsstrom 74 liefert, der annähernd gleich dem störenden Wannen-Reststrom 73 ist.In the exemplary embodiments according to FIGS. 1 to 3, a current source NPN transistor 70 is connected with its emitter to the negative pole 2 of a voltage source. It is assumed here that the residual well current 73, which flows into the substrate diode 72 of the current source N PN transistor 70 and makes an undesirable contribution to the output current 71, must be compensated directly at the collector of the transistor 70. In these exemplary embodiments, this is achieved by means of a compensation circuit which supplies a compensation current 74 obtained from residual currents of the compensation elements, which is approximately equal to the disturbing tub residual current 73.

Die Kompensationsschaltung enthält gemäß F i g. 1 einen einzigen lateralen PNP-Transistor 76, dessen Emitter galvanisch mit dem Pluspol 4 der Spannungsquelle verbunden ist. Der Lateraltransistor 76 besitzt zwei Kollektoren, von denen der erste an den Kollektor des NPN-Transistors 70 angeschlossen ist. Der zweite Kollektor und die Basis des lateralen PNP-Transistors 76 sind aneinander angeschlossen. Dadurch wird erreicht, daß der Einfluß der Stromverstärkung, die starken Fertigungsschwankungen unterliegt, stark reduziert wird. Wenn beide Kollektoren des Lateraltransistors 76 gleich groß sind, liegt die Stromverstärkung der gegengekoppelten Anordnung etwas unter I und ist relativ konstant, so daß in vielen Fällen eine ausreichende Kompensation des Wannenstromes 73 durch den Wannenstrom 77 erreicht wird, wenn beide Wannen gleich groß gemacht werden.The compensation circuit contains according to FIG. 1 a single lateral PNP transistor 76, the The emitter is galvanically connected to the positive pole 4 of the voltage source. The lateral transistor 76 has two collectors, the first of which is connected to the collector of the NPN transistor 70. The second The collector and the base of the lateral PNP transistor 76 are connected to each other. This will achieves that the influence of the current amplification, which is subject to strong manufacturing fluctuations, is greatly reduced. If both collectors of the lateral transistor 76 are the same size, the current gain is the negative feedback arrangement slightly below I and is relatively constant, so that in many cases a Sufficient compensation of the tub flow 73 by the tub flow 77 is achieved if both Tubs can be made the same size.

Nahezu vollständig läßt sich der Einfluß der Stromverstärkung des Lateraltransistors 76 elemitiieren, wenn man gemäß Fig. 2 einen gut verstärkenden PNP-Transistor 78, vorzugsweise einen vertikalen Substrattransistor, in die Gegenkopplungsschleife einfügt. Wenn in dieser Anordnung der Wannenstrom 77 des Lateraltransistors 76 fehlen würde, wäre der Kompensationsstrom 74 recht genau gleich dem Wannenstrom 79, der in die Substratdiode 80 desThe influence of the current amplification of the lateral transistor 76 can be eliminated almost completely if, as shown in FIG PNP transistor 78, preferably a vertical substrate transistor, inserts into the negative feedback loop. If in this arrangement the tub flow 77 of the lateral transistor 76 would be absent, the compensation current 74 would be quite exactly the same Well current 79 flowing into the substrate diode 80 of the PNP-Transistors 78 fließt. Zur genauen Kompensation des Wannenstromes 73 des Stromquellentransistors 70 müßte man nur noch die Wanne des PNP-Transistors 78 so g.-oß machen wie diejenige des Transistors 70. s Der Wannenstrom 77, der durch die Substratdiode 75 des Lateraltransistors 76 fließt, stört indessen noch die genaue Bilanz der Restströme; außerdem kann er so groß werden, daß vom Basisstrom des Lateraltransistors 76 nichts mehr für den Emitterstrom desPNP transistor 78 flows. For exact compensation of the well current 73 of the current source transistor 70 one would only need the well of the PNP transistor 78 make as g.-oß as that of transistor 70. The well current 77 which flows through the substrate diode 75 of the lateral transistor 76, however, still disturbs the exact balance of the residual flows; In addition, it can be so large that nothing of the base current of the lateral transistor 76 is used for the emitter current of the

ίο PNP-Transistors 78 übrigbleibt, so daß der Transistor 78 sperren kann.ίο PNP transistor 78 remains, so that transistor 78 can lock.

Diese Schwierigkeit behebt man nach F i g. 3 durch einen weiteren lateralen PNP-Transistor 81, der zu Kompensation des noch störenden Wannenstromes 77This difficulty is eliminated according to FIG. 3 by a further lateral PNP transistor 81, the to Compensation of the still disruptive tub flow 77

rs den verstärkten Wannenstrom 82, der in seine Substratdiode 83 fließt, liefert und damit auch den Emitterstrom für den PNP-Transistor 78 sicherstellt. Der Lateraltransistor 81 liefert außerdem einen Kollektor-Emitter-Reststrom, der in guter Näherungrs the reinforced tub stream 82 that flows into his Substrate diode 83 flows, supplies and thus also ensures the emitter current for PNP transistor 78. The lateral transistor 81 also supplies a collector-emitter residual current, which is a good approximation

zo den Kollektor-Emitter-Reststrom des Lateraltransistors 76 kompensiert. Der Kompensationsstrom 74 ist also beim Ausführungsbeispiel nach Fig.3 recht genau gleich dem Wannenstrom 79 des PNP-Transistors 78. Macht man dessen Wanne gleich groß wie die Wanne zo compensates the collector-emitter residual current of the lateral transistor 76. The compensation current 74 in the exemplary embodiment according to FIG. 3 is therefore exactly the same as the tub current 79 of the PNP transistor 78. If the tub is made the same size as the tub des Stromquellen-Transistors 70, so ist damit der Wannenstrom 73 dieses Transistors recht genau kompensiert.of the current source transistor 70, the well current 73 of this transistor is therefore quite accurate compensated.

Als weiteres Ausführungsbeispiel ist in F i g. 4 eine steuerbare Stromquelle dargestellt, deren AusgangsAs a further exemplary embodiment, FIG. 4 shows a controllable current source, the output of which strom 60 sehr genau und relativ klein sein soll. Wenn der in Fig.4 dargestellte Operationsverstärker 64 ideale Eigenschaften besitzt, liegt die steuernde Spannung 62 auch am Emitterwiderstand 63 der Stromquelle. Wenn außerdem der NPN-Transistor 61, der auch durch einecurrent 60 should be very precise and relatively small. If the Operational amplifier 64 illustrated in FIG. 4 is ideal Has properties, the controlling voltage 62 is also applied to the emitter resistor 63 of the current source. if also the NPN transistor 61, which is also through a Darlington-Schaltung ersetzt werden kann, eine sehr hohe Stromverstärkung besitzt, ist der Ausgangsstrom 60 gleich der Spannung 62 geteilt durch den Widerstand 63. Bei höheren Temperaturen liefert jedoch der Wannenstrom 65, der in die Substratdiode 66 desDarlington pair can be replaced, a very has high current gain, the output current 60 is equal to the voltage 62 divided by the resistance 63. At higher temperatures, however, the well current 65, which is fed into the substrate diode 66 of the Transistors 61 fließt, einen unerwünschten Beitrag zum Ausgangsstrom 60. Dieser wird nun erfindungsgemäß durch den Wannenstrom 67 einer zusätzlichen, kathodenseitig mit dem nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 64 verbundenen SubstratdiodeTransistor 61 flows, an undesirable contribution to output current 60. This is now according to the invention through the well current 67 an additional, cathode side with the non-inverting input of the Operational amplifier 64 connected substrate diode 68 kompensiert, deren Wanne dieselbe Größe hat wie die Wanne des Transistors 61. Die Wannenströme 65 und 67 sind dann über einen großen Temperaturbereich hinweg einander annähernd gleich. Fügt man nun zwischen den nicht invertierenden Eingang des68 compensated whose tub is the same size as the well of transistor 61. Well currents 65 and 67 are then over a wide temperature range almost equal to each other. If you now add between the non-inverting input of the Operationsverstärkers 64 und die Spannungsquelle 62 einen Widerstand 69, der gleich dem Emitterwiderstand 63 ist, ein, so wird die Spannung am Widerstand 63 durch den Spannungsabfali, den der Wannenstrom 67 am Widerstand 69 hervorruft, gerade um denjenigenOperational amplifier 64 and the voltage source 62 have a resistor 69, which is equal to the emitter resistance 63 is on, the voltage across resistor 63 is determined by the voltage drop caused by well current 67 at the resistor 69 evokes, just about that one Betrag abgesenkt, der den Ausgangsstrom 60 auf den Wert bringt, als ob der Wannenstrom 65 nicht fließen würde.Reduced amount that the output current 60 to the Brings value as if the well current 65 were not flowing.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (2)

Patentansprüche:Patent claims: 4. Monolithisch integrierte Stromquelle, die einen "NPN-Transistor enthilt, dessen Emitter mit dem Minuspol einer Spannungsquelle verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit zwei Kollektoren versehener PNP-Transistor (76) vorgesehen ist, dessen Emitter galvanisch mit dem Pluspol (4) der Spannungsquelle verbunden ist und dessen erster Kollßktor an den Kollektor des NPN-Transistors (70) angeschlossen ist, während der zweite Kollektor und die Basis des PNP-Transistors (76) miteinander verbunden sind.4. Monolithically integrated power source that has a "Contains NPN transistor, the emitter of which is connected to the Negative pole of a voltage source is connected, characterized in that one with two Collectors provided PNP transistor (76) is provided, the emitter of which is galvanically connected to the positive pole (4) is connected to the voltage source and whose first collector is connected to the collector of the NPN transistor (70), while the second The collector and the base of the PNP transistor (76) are connected together. 2. Stromquelle nach Anspruch '., dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kollektor und die Basis des PNP-Transistors (76) galvanisch miteinander verbunden sind.2. Power source according to claim '., Characterized in that the second collector and the base of the PNP transistor (76) are galvanically connected to one another. 3. Stromquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den zweiten Kollektor und die Basis des PNP-Transistors (76) ein zweiter PNP-Transistor (78) derart eingeschaltet ist, daß die Basis des ersten PNP-Transistors (76) an den Emitter des zweiten PNP-Transistors (78), die Basis des zweiten PNP-Transistors (78) an den zweiten Kollektor des ersten PNP-Transistors (76) und der Kollektor des zweiten PNP-Transistors (78) an das Substrat (13) der monolithisch integrierten Schaltungsanordnung angeschlossen ist.3. Power source according to claim 1, characterized in that that between the second collector and the base of the PNP transistor (76) a second PNP transistor (78) is turned on so that the Base of the first PNP transistor (76) to the emitter of the second PNP transistor (78), the base of the second PNP transistor (78) to the second collector of the first PNP transistor (76) and the Collector of the second PNP transistor (78) on the substrate (13) of the monolithically integrated circuit arrangement connected. 4. Stromquelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter PNP-Transistor (81) vorgesehen ist dessen Basis nicht angeschlossen ist, dessen Kollektor mit der Basis des ersten PNP-Transistors (76) und dessen Emitter galvanisch mit dem Pluspol (4) der Spannungsquelle verbunden ist.4. Current source according to claim 3, characterized in that a third PNP transistor (81) the base of which is not connected, the collector of which is connected to the base of the first PNP transistor (76) and its emitter is galvanically connected to the positive pole (4) of the voltage source. 5. Monolithisch integrierte Stromquelle, die einen NPN-Transistor enthält dessen Emitter mit dem Minuspol einer Spannungsquelle verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Emitterzuleitunii des NPN-Transistors (61) ein Emitterwiderstand (63) vorgesehen ist, daß die Basis des N PN -Transistors (61) an den Ausgang eines Ope rationsverstärkers (64) angeschlossen ist dessen invertierender Eingang mit dem Emitter des NPN-Transistors (61) und dessen nicht invertierender Eingang mit dem Pluspol der Spannungsquelle (62) verbunden ist, und daß eine Substratdiode (68) mit ihrer Kathode an den nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers (64) angeschlossen ist.5. Monolithic integrated current source, which contains an NPN transistor with the emitter of which Negative pole of a voltage source is connected, characterized in that in the Emitterzuleitunii of the NPN transistor (61) an emitter resistor (63) is provided that the base of the N PN transistor (61) is connected to the output of an operation amplifier (64) inverting input to the emitter of the NPN transistor (61) and its non-inverting Input is connected to the positive pole of the voltage source (62), and that a substrate diode (68) connected with its cathode to the non-inverting input of the operational amplifier (64) is. 6. Stromquelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers (64) und den Pluspol der Spannungsquelle (62) ein Widerstand (69) eingeschaltet ist.6. Power source according to claim 5, characterized in that between the non-inverting Input of the operational amplifier (64) and the positive pole of the voltage source (62) a resistor (69) is switched on. 7. Stromquelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wanne der Substratdiode (68) dieselbe Größe wie die Wanne des NPN-Transistors (61)hat.7. Power source according to claim 5, characterized in that that the well of the substrate diode (68) is the same size as the well of the NPN transistor (61) has. 8„ Stromquelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen den nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers (64) und den Pluspol der Spannungsquelle (62) eingeschaltete Widerstand (69) dieselbe Größe wie der Emitterwiderstand (63) des N PN-Transistors (61) hat. f>58 "Power source according to claim 6, characterized in that that between the non-inverting input of the operational amplifier (64) and the Positive pole of the voltage source (62) switched on resistor (69) the same size as the emitter resistance (63) of the N PN transistor (61). f> 5 Aus dem Aufsatz »TTL-Schaltungen mit Klemmdiode« aus der Firmenschrift »SASCO information Nr. 2« der Transitron GmbH, 1969, und aus dem Aufsatz von L Hunter Im »Handbook of Semiconductor Electronics«, 3rd Edition, Mc Graw-Hill Book Compa· ny. 1970, Seiten 11 bis 39 und Seiten 11 bis 40, ist es bekannt, parallel zur Emitter· Basis-Strecke eines Schaluransistors eine in Fluß- oder in Sperrichtung betriebene Diode zu legen, um Restströme abzuleiten, die sonst bei höheren Betriebstemperaturen das sichere An- und Abschalten des Schalttransistors in Frage stellen würden.From the essay »TTL circuits with clamping diodes« from the company publication "SASCO information No. 2" by Transitron GmbH, 1969, and from the article by L Hunter In the "Handbook of Semiconductor Electronics", 3rd Edition, Mc Graw-Hill Book Compa · ny. 1970, pages 11 to 39 and pages 11 to 40, it is known, parallel to the emitter · base path of a Schaluransistor to put a diode operated in forward or reverse direction in order to divert residual currents, which would otherwise question the safe switching on and off of the switching transistor at higher operating temperatures would ask. Aus der GB-PS 11 80 284 ist es ferner bekannt, parallel zur Emitter-Basis-Strecke eines Schalttransistors anstelle der erwähnten, in Flußrichtung betriebenen Diode als Ableitelement einen Transistor zu legen, der von demselben Typ ist wie der Schalttransistor und dessen Kollektor-Basis-Strecke kurzgeschlossen ist, so daß der Emitter-Basis-Übergang des Ableittransistors in diesem Falle die in Flußrichtung betriebene Diode bildet.From GB-PS 11 80 284 it is also known parallel to the emitter-base path of a switching transistor instead of the mentioned, operated in the flow direction Diode as a diverting element to put a transistor, which is of the same type as the switching transistor and whose collector-base path is short-circuited, so that the emitter-base junction of the diverting transistor in this case forms the diode operated in the forward direction. Darüber hinaus ist es aus den GB-PS 7 69 584 und 8 91229 bekannt, parallel zur Emitter-Basis-Strecke eines Schalttransistors als Ableitelement einen Transistor mit offener Basis zu legen.In addition, it is known from GB-PS 7 69 584 and 8 91229, parallel to the emitter-base path of a switching transistor to place an open base transistor as a diverting element. Alle diese Maßnahmen dienen dazu, ein einwandfreies Schaltverhalten des Schalttransistors auch bei höheren Betriebstemperaturen zu gewährleisten.All of these measures serve to ensure proper switching behavior of the switching transistor, too to ensure higher operating temperatures. Die Erfindung betrifft demgegenüber eine monolithisch integrierte Stromquelle, die einen NPN-Transistor enthält, dessen Emitter mit dem Minuspol einer Spannungsquelle verbunden ist.In contrast, the invention relates to a monolithically integrated current source which has an NPN transistor contains, the emitter of which is connected to the negative pole of a voltage source. Eine derartige Stromquelle ist aus dem Lehrbuch von U. Tietze und Ch. Schenk, »Halbleiter-Schaltungstechnik«. 2. Auflage (1971), Seite 112, Abb. 6.45, bekannt. Bei derartigen Stromquellen liefert der Wannen-Reststrom, der in die Substratdiode des NPN-Transistors fließt, einen unerwünschten, mit der Temperatur zunehmenden Beitrag zu dem konstant zu haltenden Ausgangsstrom.Such a power source is from the textbook by U. Tietze and Ch. Schenk, "Semiconductor Circuit Technology". 2nd edition (1971), page 112, Fig. 6.45, known. With such power sources, the delivers Well residual current that flows into the substrate diode of the NPN transistor, an undesirable, with the Temperature increasing contribution to the output current to be kept constant. Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, bei einer Stromquelle nach der Gattung des Hauptanspruchs den Wannen-Reststrom des N PN-Transistors so zu kompensieren, daß der Ausgangsstrom der Stromquelle möglichst weitgehend unabhängig von der Temperatur wirdThe invention is therefore based on the object of a power source according to the preamble of the main claim to compensate the well residual current of the N PN transistor so that the output current of the Power source is as largely independent of the temperature as possible Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein mit zwei Kollektoren versehener PNP-Transistor vorgesehen ist, dessen Emitter galvanisch mit dem Pluspol der Spannungsquelle verbunden ist und dessen erster Kollektor an den Kollektor des N PN-Transistors angeschlossen ist, während der zweite Kollektor und die Basis des PNP-Transistors miteinander verbunden sind. Der zweite Kollektor und die Basis des PNP-Transistors können dabei galvanisch miteinander verbunden sein. Statt dessen kann aber auch zwischen den zweiten Kollektor und die Basis des PNP-Transistors ein zweiter PNP-Transistor derart eingeschaltet sein, daß die Basis des ersten PNP-Transistors an den Emitter des zweiten PNP-Transistors, die Basis des zweiten PNP-Transistors an den zweiten Kollektor des ersten PNP-Transistors und der Kollektor des zweiten PNP-Transistors an das Substrat der monolithisch integrierten Schaltungsanordnung angeschlossen ist.According to the invention, this object is achieved in that a PNP transistor provided with two collectors is provided, the emitter of which is galvanically connected to the positive pole of the voltage source and its first collector is connected to the collector of the N PN transistor, while the second collector and the Base of the PNP transistor are connected together. The second collector and the base of the PNP transistor can be galvanically connected to one another. Instead, however, a second one can also be used between the second collector and the base of the PNP transistor PNP transistor be turned on so that the base of the first PNP transistor to the emitter of the second PNP transistor, the base of the second PNP transistor to the second collector of the first PNP transistor and the collector of the second PNP transistor to the substrate of the monolithically integrated circuit arrangement connected. Eine zweite Lösung der obengenannten Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß in der Emitterzuleitung des NPN-Transistors ein Emitterwiderstand vorgesehen ist, daß die Basis des NPN-Transistors anAccording to the invention, a second solution to the above-mentioned object is that in the emitter lead of the NPN transistor an emitter resistor is provided that the base of the NPN transistor to
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