DE3853425T2

DE3853425T2 - Spannungsregelvorrichtung.

Info

Publication number: DE3853425T2
Application number: DE3853425T
Authority: DE
Inventors: William Johnson
Original assignee: Resistance Technology Inc
Current assignee: Resistance Technology Inc
Priority date: 1987-04-03
Filing date: 1988-03-30
Publication date: 1995-08-10
Anticipated expiration: 2008-03-31
Also published as: EP0355119A4; EP0355119B1; US4743833A; ATE120290T1; CA1288134C; WO1988007715A1; EP0355119A1; DE3853425D1

Description

Hintergrund der Erfindung

1. Anwendungsbereich der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft elektronische Spannungsregler und insbesondere elektronische Spannungsregler, bei denen die Spannungsquelle einen niedrigen Spannungswert aufweist.
Weil bestimmte tragbare Vorrichtungen immer kleiner werden, müssen die darin enthaltenen Komponenten entsprechend miniaturisiert werden. Dies schließt oft die Batterie ein, die dazu dient, der tragbaren Vorrichtung elektrische Energie zuzuführen. Solche kleinen Batterien mit einer ausreichend langen Lebensdauer haben oft relativ niedrige Spannungen im Bereich von beispielsweise ein bis zwei Volt.
Trotzdem müssen die miniaturisierten elektronischen Schaltungen, die durch eine solche Batterie betrieben werden, oft sehr schwierige Normen erfüllen. Beispielsweise ist es möglich, daß eine Batterie Verstärkern mit einem relativ großen Verstärkungsgrad Spannung zuführen muß, wobei die Verstärker oft auf jegliches durch die Spannungszufuhr Zugeführtes Rauschen empfindlich sind. Die Batterie kann außerdem dazu vorgesehen sein, schweren Lasten oder Verbrauchern, wie beispielsweise stark induktiven Lasten Strom zuzuführen. Dies wird durch Batterien erreicht, die oft Innenimpedanzen von mehreren Ohm bis beispielsweise fünfundzwanzig Ohm oder mehr aufweisen. Dadurch können Spannungsstörungen von einigen zehn Millivolt oder mehr in den Batteriezufuhrleitungen auftreten. In einigen Fällen können die Verhältnisse durch das Auftreten von Rückkopplungen über die Schaltungen des Systems verschlechtert werden.
Bei solchen Verhältnissen ist normalerweise zumindest in vielen Systemen oder Teilen von Systemen die Verwendung einer Spannungsregelvorrichtung zwischen einer solchen Batteriespannungszufuhr und den elektronischen Schaltungen erforderlich. Eine solche Spannungsregelvorrichtung muß typischerweise dazu geeignet sein, eine sehr stabile Ausgangsspannung bereitzustellen. Außerdem muß die Regelvorrichtung auch dann eine stabile Ausgangsspannung erzeugen, wenn die Batterie mit dem Ablauf ihrer Betriebsdauer eine Ausgangsspannung aufweist, die sich immer mehr dem gewünschten Ausgangsspannungswert der Regelvorrichtung nähert. Eine solche Regelvorrichtungsfunktion ist wünschenswert, weil die ausnutzbare Betriebsdauer der Batterie verlängert wird, wenn diese auch dann verwendet werden kann, wenn ihre Spannung sich der erforderlichen Ausgangsspannung der Regelvorrichtung angenähert hat. Der durch die Regelvorrichtung verursachte Stromverbrauch sollte natürlich minimal sein, um dadurch die Betriebsdauer der Batterie ebenfalls zu verlängern.
Durch die Verwendung elektronischer Hauptstromregler mit einem Längstransistor als primäres Element zum Steuern des Stromflusses zum Ausgang der Regelvorrichtung ergeben sich Schwierigkeiten aufgrund von Schwellenwerten der Vorrichtung und, weil der Verstärkungsfaktor der Vorrichtung sich mit der in der Vorrichtung abfallenden Spannung verändert. Der Verstärkungsfaktor der Vorrichtung sinkt ab, wenn die in der Vorrichtung anliegende Spannung absinkt, wodurch es schwierig ist, starke Spannungsstörungen am Ausgang der Regelvorrichtung im letzten Stadium der Betriebsdauer der Batterie zu regeln. Solche Störungen können durch die Verwendung eines zwischen den Ausgängen der Regelvorrichtung geschalteten Kondensators mit einer ausreichenden Größe verringert werden; ein solcher Kondensator kann jedoch in einer integrierten Schaltung nicht ausgebildet werden. Ein solcher Kondensator ist jedoch eine unerwünschte Lösung hinsichtlich des für den Kondensator benötigten Raums und seiner Kosten. Ferner kann ein Nebenschlußregler mit einem Paralleldurchlaßtransistor verwendet werden, wobei, abgesehen vom Stromverbrauch, eine solche Regelvorrichtung mindestens einige Zufuhrspannungen erzeugt. Daher ist eine Regelvorrichtung erwünscht, die bei diesen Verhältnissen zufriedenstellend arbeitet.
In der US-A-3295052 wird eine Stromregelungsschaltung zum Regeln des Stroms durch einen Verbraucher beschrieben. Die Regelvorrichtung weist sowohl einen Hauptstromregler mit einem Längstransistor als auch einen Nebenschlußregler mit einem Paralleldurchlaßtransistor auf, wobei jede Basis der Transistoren mit einem der Ausgänge entgegengesetzter Polarität eines Differentialverstärkers verbunden ist. Der Strom durch den Verbraucher wird erfaßt, und eine den erfaßten Strom darstellende Spannung wird einem Eingang des Differentialverstärkers und eine den gewünschten Laststrom darstellende Spannung dem anderen Eingang des Differentialverstärkers zugeführt. Daher reagiert der Differentialverstärker auf Änderungen des Laststroms und steuert sowohl den Hauptstrom- als auch den Nebenstromregler, um den Laststrom zu regeln. Diese Regelvorrichtung ist jedoch eine Stromregelvorrichtung und keine Spannungsregelvorrichtung, wobei, wie vorstehend im Zusammenhang mit Spannungsregelvorrichtungen beschrieben, der Stromverbrauch des Nebenstromreglers sehr hoch sein kann.
Erfindungsgemäß wird eine elektrische Regelvorrichtung mit einer Nebenschlußreglereinrichtung und einer Hauptstromreglereinrichtung mit einer Hauptstromdurchlaßeinrichtung und einer Steuereinrichtung für die Hauptstromdurchlaßeinrichtung bereitgestellt, wobei die Regelvorrichtung eine Spannungsregelvorrichtung ist, die Nebenschlußreglereinrichtung dazu vorgesehen ist, den Nebenschlußstrom in Antwort auf die Ausgangsspannung der Regelvorrichtung zu steuern und die Steuereinrichtung der Hauptstromreglereinrichtung die Hauptstromdurchlaßeinrichtung in Antwort auf eine Anzeige des durch die Nebenschlußreglereinrichtung in Nebenschluß gelegten Stroms steuert.
Ein Vorteil dieser Anordnung liegt darin, daß, weil die Hauptstromreglereinrichtung in Antwort auf den Nebenschlußstrom geregelt wird, der Nebenschlußstrom durch die Wirkung der Hauptstromreglereinrichtung in einer relativ kurzen Zeit auf einen minimalen Wert verringert werden kann.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Figur 1 zeigt ein schematisches Schaltungsdiagramm der vorliegenden Erfindung.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Figur 1 zeigt ein schematisches Schaltungsdiagramm der erfindungsgemäßen Schaltung, die in einem monolithischen integrierten Schaltungschip ausgebildet ist. Die Komponenten eines Hauptstromreglerabschnitts sind rechts von der gestrichelten Linie in Figur 1 dargestellt. Diese Komponenten umfassen eine parallele Anordnung bipolarer pnp-Transistoren 10, 11, 12 und 13, die jeweils einen auf eine herkömmliche Weise in einer monolithischen integrierten Schaltung ausgebildeten Doppelkollektor aufweisen. D.h., es sind zwei Kollektorbereiche innerhalb einer einzelnen Basis von einem einzelnen Emitter ausgehend in Querrichtung in einer lateralen bipolaren pnp-Transistoranordnung vorgesehen. Jeder der Emitter der Transistoren 10 bis 13 ist mit dem positiven Spannungszufuhranschluß 14 verbunden, der von einer Batterie versorgt sein kann. Jeder der Kollektoren der Transistoren 10, 11 und 12 ist, wie einer der Kollektoren des Transistors 13, mit dem Ausgangsanschluß 15 der Spannungsregelvorrichtung verbunden. Der verbleibende Kollektor des Transistors 13 ist, wie außerdem die Basen jedes der Transsitoren 10, 11 und 12, mit der Basis des Transistors 13 elektrisch verbunden.
Diese gemeinsame Verbindung der Basen der Transistoren 10 bis 13 ist außerdem mit dem Kollektor eines bipolaren npn-Transistors 16 verbunden, der als Steuereinrichtung für die Transistoren 10, 11, 12 und 13 dient. Der Emitter des Transistors 16 ist mit einem Widerstand 17 verbunden, dessen andere Seite mit einem Massereferenzanschluß 18 elektrisch verbunden ist. Der Anschluß 18 kann von der negativen Seite einer Batterie versorgt sein.
Die Transistoren 10, 11, 12 und 13 sind parallel geschaltet, um eine wirksame Längstransistoranordnung zum Steuern des Stromflusses von einer positiven Spannungsquelle, wie beispielsweise einer mit dem Anschluß 14 verbundenen Batterie, durch diese Transistoren zum Anschluß 15 zu bilden. Diese Transistoren sind in einer "Strom-Spiegel"- Anordnung verbunden, die darauf basiert, daß die Transistoren bezüglich ihres Aufbaus des monolithischen integrierten Schaltungschips gleich oder nahezu gleich sind. Durch den Kollektor des Transistors 16 wird aus der Basis des Transistors 13 und einem seiner Kollektoren sowie der Basis jedes der gleichen oder nahezu gleichen Transistoren 10, 11 und 12 Strom entzogen. Weil die Basis-Emitter-Übergangsbereiche der Transistoren 10 bis 13 gleich oder nahezu gleich sind und weil über die Transistoren gleiche Spannungen abfallen, haben diese Transistoren ähnliche Basisströme, wodurch die in jeden der Kollektoren fließenden Kollektorströme gleich oder nahezu gleich sind. Dadurch wird erreicht, daß die Stromverstärkung des am Kollektor des Transistors 16 entzogenen Stroms zum Gesamtstrom zum Anschluß 15 nie größer wird als sieben, was das Verhältnis der sieben Kollektoren, die dem Anschluß 15 den Strom zuführen, zu dem einen Kollektor darstellt, der dem Kollektor des Transistors 16 den Strom zuführt.
Diese Begrenzung der Stromverstärkung ist aufgrund des stark veränderlichen Verstärkungsfaktors der Transistoren 10 bis 13 mit der Temperatur und der zwischen den Emittern und den Kollektoren der Transistoren auftretenden Spannung, die sich mit der dem Anschluß 14 zugeführten Spannung der Batterie ändert, eine wichtige Eigenschaft. Bei diesen lateralen bipolaren pnp-Transistoren zeigen sich bei verschiedenen Chips ziemlich große Unterschiede des Verstärkungsfaktors. Die Stromverstärkungsfaktoren dieser pnp-Transistoren können den Wert einhundert überschreiten und im Sättigungszustand sogar etwa eins betragen. Wie erwähnt, kann der Verstärkungsfaktor bei der vorliegenden Anordnung den Wert sieben nicht überschreiten, während andererseits der Verstärkungsfaktor in der Praxis nicht niedriger wird als der durch den Transistor 16 entzogene Steuerstrom, der durch das Verhältnis zwischen dem Widerstandswert des Widerstandes 17 und demjenigen eines weiteren Widerstandes 19 eingestellt werden kann, der als Widerstand zum Erfassen des Nebenschlußregler- Durchlaßstroms dient. Der Widerstand 19 ist zwischen dem Ausgangsanschluß 15 und einer Verbindungsstelle geschaltet, die durch die Basis des Transistors 16 und den Kollektor des Nebenschlußreglerausgangstransistors gebildet wird.
Die Verwendung eines Durchlaßtransistors oder, wie hierin, von Durchlaßtransistoren, im Hauptstromregler, wobei die effektive Leitfähigkeit zwischen seinem Emitter und seinem Kollektor durch Erhöhen der Spannung zwischen der Basis und dem positiven Spannungsanschluß 14 erhöht werden kann, wie beispielsweise eines bipolaren pnp-Transistors, ist erforderlich, um eine ausreichende Regelfunktion bei abnehmenden positiven Spannungsversorgungen, wie beispielsweise bei alternden Batterien, zu erhalten. Durch diese Anordnung wird gewährleistet, daß die Regelvorrichtung die gewünschte Spannung am Ausgangsanschluß 15 der Regelvorrichtung bereitstellen kann, obwohl die Batteriespannung am Anschluß 14 bis nahezu auf die gewünschte Ausgangsspannung abgesunken ist. Wenn bipolare npn-Transistoren verwendet würden, müßte der Basis-Emitter-Übergangsbereich des Durchlaßtransistors auf einen Spannungswert eingestellt sein, der mindestens einen Basis-Emitter-Spannungsabfall bzw. -verlust über der Regelspannung liegt. Wenn ein geeigneter Betrieb der Regelvorrichtung aufrechterhalten werden soll, wäre der minimale Unterschied zwischen der Batteriespannung und der Ausgangsspannung der Regelvorrichtung etwa 6/10 Volt. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung kann andererseits die Spannungdifferenz am Anschluß 14 so niedrig sein wie die Sättigungsspannung zwischen dem Emitter und den Kollektoren der Transistoren 10 bis 13, die in der Größenordnung von 1/10 Volt liegen kann.
Damit die Spannung am Ausgangsanschluß 15 der Regelvorrichtung konstant ist, müssen die Basen der Transistoren 10 bis 13 schnell genug gesteuert werden, um den am positiven Spannungsanschluß 14 auftretenden Spannungsänderungen oder - störungen zu folgen, während der Strombedarf am Ausgang 15 gedeckt wird. Bei diesem Verfahren muß die Regelspannung am Ausgang 15 durch einen Fehlerverstärker erfaßt werden, der die Basen der Transistoren 10 bis 13 steuert. Die Funktion dieses Fehlerverstärkers muß sehr schnell sein, wenn verhindert werden soll, daß Spannungsspitzen am Zufuhranschluß 14 den Regelspannungsausgang 15 erreichen. Eine Regelungsstabilität des Fehlerverstärkers ist sehr schwer zu erreichen, wenn der Verstärkungsfaktor der Durchlaßtransistoren 10 bis 13 sich über zwei Größenordnungen verändern kann. Außerdem führt das Erfordernis, einen ausreichenden Strom bereitzustellen, um den Miller-Effekt in den Transistoren 10 bis 13 zu überwinden, um die erforderliche Geschwindigkeit zu erhalten, dazu, daß an den Basen der Transistoren hohe Ströme verfügbar sein müssen. Daher ist ein Nebenschlußregler mit einem Fehlererfassungsverstärker, die zusammen zwischen den gestrichelten Linien in Figur 1 dargestellt sind, vorgesehen, um die Spannung am Ausgangsanschluß 15 der Regelvorrichtung in den relativ kurzen Zeitdauern, in denen die Transistoren 10 bis 13 den am Anschluß 14 auftretenden Spannungsänderungen nicht schnell genug folgen können, relativ stabil bzw. konstant zu halten.
Der Nebenschlußregler weist als Fehlererfassungsverstärker einen Differentialverstärker auf, der aus einem Paar mit den Transistoren 20 und 21 verbundenen Emittern gebildet wird. Die Emitter dieser Transistoren sind über einen Widerstand 22, in dem die Ströme durch die Emitter jedes der Transistoren 20 und 21 zusammenfließen, mit einem Massereferenzanschluß 18 verbunden, so daß sich die gewünschte Differentialverstärkerwirkung ergibt. Um einen sensitiven Differentialverstärker zu bilden, werden gleiche oder nahezu gleiche Transistoren 20 und 21 sowie gleiche oder nahezu gleiche Kollektorlaststromquellen dafür in einer "Strom- Spiegel"-Anordnung verwendet. Jede Laststromquelle wird durch einen Transistor eines Paars von Transistoren 23 und 24 gebildet, so daß gleiche oder nahezu gleiche Ruheströme vom Kollektor des Transistors 23 zum Kollektor des Transistors 20 und vom Kollektor des Transistors 24 zum Kollektor des Transistors 21 fließen, d.h. an jeder Seite des Differentialverstärkers. Die Emitter der Transistoren 23 und 24 sind mit dem Ausgangsanschluß 15 der Regelvorrichtung verbunden, und die Basis des Transistors 23 ist über einen Widerstand 25 mit dem Kollektor des Transistors 20 verbunden. Die Basis des Transistors 24 ist mit dem Kollektor des Transistors 20 direkt verbunden. Die gewünschte Gleichheit der Kollektorströme der Transistoren 23 und 24 ist schwierig zu erreichen, weil die Basisströme dieser Transistoren ein Teil des Steuerstroms des durch diese Transistoren gebildeten Stromspiegels sind. Diese Basisströme treten im Ausgangsstrom des Stromspiegels nicht auf und stellen daher einen Fehler dar. Dieser Fehler nimmt zu, wenn die Transistorverstärkungsfaktoren abnehmen, weil die Basisströme bei diesen Verhältnissen zunehmen müssen. Dieser Fehler führt zu einem Abweich- oder Offsetterm für den Differentialverstärker. Weil der Fehlerterm als Funktion der Stromverstärkungsfaktoren der pnp-Transistoren 23 und 24 vorausbestimmt werden kann, wird der Widerstand 25 zum Erfassen der Höhe des Basisstroms des Transistors und entsprechend der Erhöhung der Basis-Emitter-Spannung des Transistors 24 verwendet. Dieser Aufbau arbeitet, obwohl er nicht perfekt ist, sehr gut, wenn die Ruheströme genau definiert werden können. Eine ähnliche Funktion wird durch einen weiteren Widerstand 26 erreicht, der mit der Basis des Transistors 21 in Serie geschaltet ist, wie nachstehend beschrieben wird.
Dieser Differentialverstärker erfaßt Differenzen zwischen der Spannung der Spannungsreferenzquelle und einer am Ausgangsanschluß 15 der Regelvorrichtung auftretenden Spannung. Die Spannungsreferenz wird aus gut miteinander übereinstimmenden bipolaren npn-Transistoren 27 und 28 und einem Widerstand 29 gebildet. Den Transistoren 27 und 28 werden über ein weiteres Paar Widerstände 30 bzw. 31, die jeweils mit der gleichen Seite eines weiteren Widerstandes 32 verbunden sind, Kollektorströme zugeführt. Die andere Seite des Widerstandes 32 ist mit dem Ausgangsanschluß 15 des Regelvorrichtungssystems verbunden.
Der Differentialverstärker steuert die Basis eines weiteren bipolaren pnp-Transistors 33, dessen Emitter mit dem Anschluß 15 verbunden ist und der eine durch einen anderen bipolaren npn-Transistor gebildete Stromquelle als seine Kollektorlast aufweist. Die Basis des Transistors 34 ist mit dem Kollektor des Transistors 27 und der Emitter des Transistors 34 mit dem Massereferenzanschluß 18 verbunden. Der Transistor 33 steuert die Basis des Nebenschlußreglerausgangstransistors 35, dessen Kollektor mit dem Widerstand 19 und dessen Emitter mit dem Massereferenzanschluß 18 verbunden ist, der den Strom vom Ausgang 15 der Regelvorrichtung über den Stromerfassungswiderstand 19 in Nebenschluß legt.
Der Differentialverstärker dient dazu, über jeden der Widerstände 30 und 31 den gleichen Spannungsabfall zu erhalten, weil diese mit einem gemeinsamen Punkt verbunden sind und jeder der Widerstände auf dem Pfad zur Masse angeordnet ist, mit der ein Eingang des Differentialverstärkers verbunden ist. Der Widerstand 31 wird so gewählt, daß er den doppelten Widerstandswert aufweist wie der Widerstand 30, was dazu führt, daß der Transistor 27 den doppelten Kollektorstrom aufnehmen muß wie der Transistor 28. Daher ergibt sich aufgrund der Spannungsdifferenz zwischen der Basis und den Emittern der Transistoren 27 und 28, eine Differenz, die bekanntermaßen durch den Logarithmus des Verhältnisses der jeweiligen Kollektorströme für gleiche Transistoren bestimmt werden kann, ein Spannungsabfall von 18 Millivolt über den Widerstand 29. Daher ergibt sich ein exakt bekannter Spannungsabfall von 18 Millivolt über den Widerstand 29, der, addiert zur Basis-Emitter-Spannung des Transistors 28, die Referenzspannung an der Basis des Transistors 20 festlegt.
Der durch die Transistoren 27 und 28 gebildete Stromspiegel unterliegt einem Fehler bezüglich des Kollektorstroms des Transistors 28, weil, genau wie für den durch die Transistoren 23 und 24 gebildeten Stromspiegel, die Basisströme jedes der Transistoren 27 und 28 über den gleichen Strompfad geleitet werden, über den der Kollektorstrom des Transistors 27 geleitet wird. Dies führt im Kollektor des Transistors 28 zu einem niedrigeren Strom und damit zu einer höheren Spannung an diesem Kollektor als erwünscht. Der Widerstand 26 verringert die Spannung an der Basis des Transistors 21 und dient daher zum Kompensieren der erhöhten Spannung. Der Grad der Kompensation wird durch die Stromverstärkung des Transistors 21 bestimmt, wobei diese Verstärkung derjenigen der Transistoren 27 und 28 in der monolithischen integrierten Schaltung folgt.
Der Differentialverstärker steuert den Transistor 33 und damit den Transistor 35 so, daß die Ausgangsspannung der Regelvorrichtung am Ausgangsanschluß 15 ausreichend hoch ist, um gerade den Strom bereitzustellen, der erforderlich ist, damit über den Widerstand 29 ein Spannungsabfall von 18 Millivolt erhalten wird. Diese Ströme, die auch durch die Widerstände 30 und 32 fließen (sowie der durch den Widerstand 31 fließende Strom), bestimmen dann die am Ausgangsanschluß 15 auftretende Spannung. Der Widerstandswert des Widerstands 32 ist einstellbar, so daß exakt dieser Spannungswert eingestellt werden kann.
Wenn die Ausgangsspannung ausgewählt wurde, wird durch die Wahl des Widerstandswertes für den Widerstand 19 die Höhe des durch den Transistor 35 fließenden Nebenschluß-Ruhestroms festgelegt. Dieser Strom sollte ausreichend hoch sein, daß, wenn der Stromfluß durch den Transistor 35 unterbrochen wird, die Anschlußleistung am Ausgang 15 der Regelvorrichtung für eine Zeitdauer aufrechterhalten wird, die erforderlich ist, um den Stromfluß durch die Transistoren 10 bis 13 ausreichend zu verändern, um jegliche Spannungsstörungen am Zufuhranschluß 14 zu kompensieren.
Alle Änderungen des durch den Transistor 35 fließenden Stroms, die erforderlich sind, um solche Störungen zu kompensieren, werden durch den Widerstand l9 als über den Widerstand auftretende Spannungsänderung festgestellt, durch die der Transistor 16 beeinflußt wird, um dadurch ein Signal zum Steuern der Transistoren 10 bis 13 zu erzeugen und solche Störungen, obwohl langsam, zu kompensieren. Wenn durch die Transistoren 10 bis 13 eine solche Kompensation erreicht wird, kehrt der Nebenschlußregler in seinen Wartezustand zurück. Das Verhältnis des Widerstandswertes des Widerstands 19 zu demjenigen des Widerstands 17 ist ein Faktor der Gesamtstörungsänderungsverstärkung. Das Widerstandsverhältnis multipliziert mit dem durch die Transistoren 10 bis 13 erhaltenen Faktor sieben ergibt den wirksamen Störungsverstärkungsfaktor zum Erzeugen eines Hauptstromreglerstroms zum Abgleichen dieser Störung. Der Ruhestrom durch die Transistoren 10 bis 13 wird, wenn keine Last vorhanden ist, durch die ausgewählte Ausgangsspannung und die Widerstandswerte der Widerstände 19 und 17 eingestellt.
Links von der gestrichelten Linie in Figur 1 sind zwei weitere bipolare npn-Transistoren 36 und 37 dargestellt. Der Transistor 36 ist über einen Widerstand 38 mit dem positiven Spannungszufuhranschluß 14 und über einen weiteren Widerstand 39 mit dem Massereferenzanschluß 18 verbunden. Der Transistor 37 ist über einen weiteren Widerstand 40 mit dem Massereferenzanschluß 18 verbunden. Durch den Emitter des Transistors 36 wird ein Referenzspannungswert bezüglich der Masse bereitgestellt, während durch den Kollektor des Transistors 36 ein weiterer Referenzspannungswert jedoch bezüglich des positiven Spannungszufuhranschlusses 14 bereitgestellt wird. Durch den Emitter des Transistors 37 wird ähnlicherweise eine über den Widerstand 40 abfallende Referenzspannung bezüglich des Massereferenzanschlusses 18 bereitgestellt. Dadurch wird am Kollektor des Transistors 37 ein bekannter Strom aufgenommen. Basis-Emitter-Spannungen dieser beiden Transistoren werden bezüglich der anderen Basis-Emitter-Spannungen in der Spannungsreferenzanordnung abgeglichen, um eine relativ konstante Spannung bzw. einen relativ konstanten Strom als Funktion der Temperatur zu erhalten.
Die in Figur 1 dargestellte Gesamtschaltung kann in einer monolithischen integrierten Schaltung unter Verwendung eines herkömmlichen Herstellungsverfahrens für bipolare Transistoren gebildet werden. Alle bipolaren npn-Transistoren sowie alle bipolaren pnp-Transistoren sind ähnlich aufgebaut. Die Widerstände werden durch Ionenimplantationsverfahren hergestellt. Der Widerstand 32 kann als Widerstandsreihe mit einer oder mehreren Schmelzstreifenanordnungen gebildet werden, um dessen Widerstandswert einzustellen, indem ausgewählte solcher Streifen unterbrochen werden, um die am Ausgang 15 der Regelvorrichtung auftretende gewünschte Ausgangsspannung auszuwählen. Bei einem typischen Herstellungsverfahren für bipolare integrierte Schaltungen und einer gewählten Regelspannung von 0.925 Volt bei einer Zufuhrspannung im Bereich von 1.05 bis 1.55 Volt können die Widerstände von Figur 1 so gewählt werden, daß sie die nachstehenden Widerstandswerte in Ohm aufweisen:
Widerstand Widerstandswert
17 4,000
19 8,000
22 2,000
25 6,000
26 12,000
29 2,000
30 8,000
31 16,000
32 16,000
38 8,000
39 8,000
40 8,000
Zwei Kondensatoren 41 und 42 sind in der integrierten Schaltung als Parallelplattenkondensatoren ausgebildet. Der Kondensator 41 verzögert die Wirkung des Nebenschlußreglers etwas, um eine Stabilität bei höheren Frequenzen zu erhalten. Durch den Kondensator 42 wird eine gesteuerte Kompensation erreicht, um die Reaktion des Nebenschlußausgangstransistors 35 zu beschleunigen. Jeder dieser Kondensatoren kann eine Kapazität von typischerweise 15 pF aufweisen.

Claims

1. Elektrische Regelvorrichtung mit einer Nebenschlußreglereinrichtung (35) und einer Hauptstromreglereinrichtung mit einer Hauptstromdurchlaßeinrichtung (10 - 13) und einer Steuereinrichtung (16, 17, 19) für die Hauptstromdurchlaßeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelvorrichtung eine Spannungsregelvorrichtung ist, die Nebenschlußreglereinrichtung (35) dazu vorgesehen ist, den Nebenschlußstrom in Antwort auf die Ausgangsspannung der Regelvorrichtung zu steuern und die Steuereinrichtung (16, 17, 19) der Hauptstromreglereinrichtung die Hauptstromdurchlaßeinrichtung (10 - 13) in Antwort auf eine Anzeige des durch die Nebenschlußreglereinrichtung in Nebenschluß gelegten Stroms steuert.

2. Elektrische Regelvorrichtung nach Anspruch 1 zum Erzeugen einer geregelten Spannung mit einem ausgewählten Wert zwischen einem Ausgangsanschluß (15) und einem Referenzanschluß (18) von einer Spannungsquelle, die zwischen einem ersten (14) und einem zweiten Eingangsanschluß elektrisch angeschlossen ist, wobei,

die Nebenschlußreglereinrichtung (35) zwischen dem Ausgangsanschluß (15) und dem Referenzanschluß (18) elektrisch angeschlossen ist und die Nebenschlußreglereinrichtung (35) dazu geeignet ist, ausgewählte Nebenschlußströme zwischen dem Ausgangsanschluß (15) und dem Referenzanschluß (18) in Antwort auf zwischen diesen Anschlüssen auftretende Spannungen durchzulassen;

die Hauptstromdurchlaßeinrichtung (10 - 13) zwischen dem ersten Eingangsanschluß (14) und dem Ausgangsanschluß (15) elektrisch angeschlossen ist und die Hauptstromdurchlaßeinrichtung (10 - 13) einen Steueranschluß aufweist, wobei der Stromfluß durch die Stromdurchlaßeinrichtung (10 - 13) mit einem zunehmenden, zwischen dem Steueranschluß und dem ersten Eingangsanschluß (14) fließenden Steuerstrom zunimmt, und

die Steuereinrichtung (16, 17, 19) auf Signale an einem Eingangsanschluß davon anspricht, um an einem Ausgangsanschluß davon, der mit dem Steueranschluß der Stromdurchlaßeinrichtung (10 - 13) verbunden ist, Steuersignale bereitzustellen, und eine Stromerfassungseinrichtung (19) zum Bestimmen der Nebenschlußströme aufweist, die mit dem Eingangsanschluß der Steuereinrichtung (16, 17, 19) elektrisch verbunden ist, um der Steuereinrichtung die Nebenschlußstromstärken darstellende Signale zuzuführen.

3. Elektrische Regelvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Nebenschlußströme vom Ausgangsanschluß (15) über eine Nebenschlußdurchlaßeinrichtung (35) mit einem darin vorgesehenen Steueranschluß dem Referenzanschluß (18) zugeführt werden, um einen Leitungsweg mit einer ausgewählten elektrischen Leitfähigkeit zu bilden.

4. Elektrische Regelvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Stromdurchlaßeinrichtung (10 - 13) eine Transistoreinrichtung ist.

5. Elektrische Regelvorrichtung nach Anspruch 2, ferner mit mehreren Stromdurchlaßeinrichtungen (10 - 13), die jeweils zwischen dem ersten Eingangsanschluß (14) und dem Ausgangsanschluß (15) elektrisch angeschlossen sind und jeweils einen Steueranschluß aufweisen, wobei der Stromfluß durch jede der Stromdurchlaßeinrichtungen (10 - 13) mit einem zunehmenden, zwischen jedem Steueranschluß und dem ersten Eingangsanschluß (14) fließenden Steuerstrom erhöht wird, wobei jeder der Steueranschlüsse mit dem Ausgangsanschluß der Steuereinrichtung (16, 17, 19) elektrisch verbunden ist.

6. Elektrische Regelvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Stromerfassungseinrichtung (19) eine mit der Nebenschlußdurchlaßeinrichtung (35) seriell geschaltete Widerstandeinrichtung ist, so daß die Nebenschlußströme diese durchlaufen.

7. Elektrische Regelvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Stromdurchlaßeinrichtung (10 - 13) ein bipolarer pnp-Transistor ist.

8. Elektrische Regelvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Stromerfassungs-Widerstandseinrichtung (19) zwischen dem Ausgangsanschluß (15) und dem Eingangsanschluß der Steuereinrichtung elektrisch angeschlossen ist.

9. Elektrische Regelvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die mehreren Stromdurchlaßeinrichtungen (10 - 13) jeweils gleich aufgebaut sind, so daß sie im wesentlichen einander identisch sind.

10. Elektrische Regelvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Steuereinrichtung (16, 17, 19) eine aktive Steuereinrichtung (16) aufweist, die zwischen dem Ausgangsanschluß der Steuereinrichtung (16, 17, 19) und dem Referenzanschluß (18) elektrisch angeschlossen ist und einen Steueranschluß aufweist, um den durch die aktive Steuereinrichtung fließenden Strom zu steuern, sowie mit dem Eingangsanschluß der Steuereinrichtung (16, 17, 19) elektrisch verbunden ist.

11. Elektrische Regelvorrichtung nach Anspruch 8, wobei der Steueranschluß der Nebenschlußdurchlaßeinrichtung (35) mit einem Ausgangsanschluß einer Spannungsdifferenzerfassungseinrichtung (20 - 25, 33, 34) mit einem Paar Eingangsanschlüssen elektrisch verbunden ist, von denen einer mit einer Referenzspannungseinrichtung (27 - 30, 32, 36, 37, 39, 40) elektrisch verbunden ist, durch die eine im wesentlichen konstante Referenzspannung bereitgestellt wird, und der andere mit einer Spannungsdarstellungseinrichtung (31, 32) elektrisch verbunden ist, durch die eine Spannung bereitgestellt wird, die ein ausgewählter Bruchteil der zwischen dem Ausgangsanschluß (15) und dem Referenzanschluß (18) auftretenden Spannung ist, wobei die Spannungsdifferenzerfassungseinrichtung (20 - 35, 33, 34) dazu geeignet ist, an einem Ausgangsanschluß davon ein Signal bereitzustellen, das zwischen ihren Eingangsanschlüssen auftretende Spannungsdifferenzen darstellt.

12. Elektrische Regelvorrichtung nach Anspruch 9, wobei jede der mehreren Stromdurchlaßeinrichtungen (10 - 13) jeweils ein bipolarer pnp-Transistor ist, dessen Emitter mit dem ersten Eingangsanschluß (14) und dessen Kollektor mit dem Ausgangsanschluß (15) verbunden ist, und wobei der Steueranschluß jeder Stromdurchlaßeinrichtung eine Basis ist, wobei die Stromdurchlaßeinrichtungstransistoren (10 - 13) paarweise ausgebildet sind und gemeinsame Emitter und gemeinsame Basen aufweisen.

13. Elektrische Regelvorrichtung nach Anspruch 10, wobei die aktive Steuereinrichtung (16) über eine Widerstand-Steuereinrichtung (17) mit dem Referenzanschluß (18) elektrisch verbunden ist.

14. Elektrische Regelvorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Referenzspannungseinrichtung (27 - 30, 32, 36, 37, 39, 40) eine erste (32, 30) und eine zweite (29) Referenzspannungs-Widerstandeinrichtung und einen ersten und einen zweiten bipolaren npn-Referenztransistor (27, 28) mit jeweils einem Emitter, einer Basis und einem Kollektor aufweist, wobei die Emitter des ersten und des zweiten Transistors (27, 28) mit dem Referenzanschluß (18) elektrisch verbunden sind, die zweite Referenzspannungs-Widerstandeinrichtung (29) zwischen dem Kollektor und der Basis des ersten Referenztransistors (27) angeschlossen ist, die erste Referenzspannungs-Widerstandeinrichtung (32, 30) zwischen der Basis des ersten Referenztransistors (27) und dem Ausgangsanschluß (15) angeschlossen ist und die Basis des zweiten Referenztransistors (28) mit dem Kollektor des ersten Referenztransistors (27) verbunden ist.

15. Elektrische Regelvorrichtung nach Anspruch 13, wobei die aktive Steuereinrichtung (16) und die Nebenschlußdurchlaßeinrichtung (35) jeweils bipolare npn-Transistoren sind, deren Emitter mit dem Referenzanschluß (18) elektrisch verbunden sind, und wobei der Steueranschluß der aktiven Steuereinrichtung (16) und der Nebenschlußdurchlaßeinrichtung (35) jeweils eine Basis ist.

16. Elektrische Regelvorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, wobei der Referenzanschluß (18) und der zweite Eingangsanschluß gleich sind.

17. Elektrische Regelvorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Referenzspannungseinrichtung eine dritte Referenzwiderstandeinrichtung (39, 40) und einen dritten bipolaren npn-Referenztransistor (36, 37) mit einem Emitter, einer Basis und einem Kollektor aufweist, wobei die erste Referenzspannungs-Widerstandeinrichtung (32, 30) eine erste (32) und eine zweite (30) Widerstandeinrichtung aufweist, die seriell geschaltet sind, und wobei die Basis des dritten Referenztransistors (36, 37) dazwischen angeschlossen ist und die dritte Referenzwiderstandeinrichtung (39, 40) zwischen dem Emitter des dritten Referenztransistors (36, 37) und dem Referenzanschluß (18) angeschlossen ist.