CS273667B1

CS273667B1 - Connection for transistor difference stage's temperature dependence compensation

Info

Publication number: CS273667B1
Application number: CS555987A
Authority: CS
Inventors: Vojtech Ing Prehnal
Original assignee: Vojtech Ing Prehnal
Priority date: 1987-07-23
Filing date: 1987-07-23
Publication date: 1991-03-12
Also published as: CS555987A1

Abstract

The connection arrangement is intended for transistor difference grade consisting of two active elements /1, 2/, common source of stable current /10/ and of two working resistors /5, 6/ connected in collector or emitter circuits of active elements /1, 2/. In the first variant the parallel combination of thermally dependent resistor /7/ is connected in series between power supply /14 or 15/ and one working resistor /5 or 6/ and in the series between the second working resistor /5 or 6/ and the power supply /15 or 14/ a trim resistor is connected that is of the same size as is the result value of the resistance of thermally dependent parallel combination at relative temperature. In the second variant a parallel combination of temperature dependent resistor /9/ and a linearisation resistor /7/ is parallel connected to one working resistor /5 or 6/ across serial resistor /17 or 18/ and a trim resistor /8/ is parallel connected to the second working resistor /6 or 5/ across another serial resistor /18 or 17/.<IMAGE>

Description

Vynález se týká zapojení pro kompenzaci teplotní závislosti tranzistorového rozdílového stupně,The invention relates to a circuit for compensating the temperature dependence of a transistor differential stage,

Tranzistorový rozdílový stupeň je takové zapojení jednoduchých nebo sdružených aktivních tranzistorových prvků, které umožňuje získat na výstupu vstupní signál úměrný přímému nebo zesílenému rozdílu dvou vstupních signálů. Nejjednodušší rozdílový stupeň lze sestavit pauzo z jednoho tranzistoru s pracovním rezistorem v kolektorovém obvodu. Přivede-li sc u takto provedeného rozdílového stupně jedno vstupní napětí do báze tranzistoru a druhé do jeho emitoru, bude výstupní napětí na pracovním rozistoru v kolektorovém obvodu úmčrno rozdílu obou vstupních napětí. Nevýhodou tohoto jednoduchého stupně je malé zesílení rozdílového signálu a velká teplotní závislost výstupního napětí.The transistor differential stage is the connection of single or coupled active transistor elements, which makes it possible to output an input signal proportional to the direct or amplified difference of the two input signals. The simplest differential stage can be paused from one transistor with a working resistor in the collector circuit. If, in the differential stage thus performed, sc supplies one input voltage to the base of the transistor and the other to its emitter, the output voltage at the working divider in the collector circuit is proportional to the difference of the two input voltages. The disadvantage of this simple stage is the low gain of the differential signal and the high temperature dependence of the output voltage.

Lepších výsledků se dosáhne symetrickým rozdílovým stupněm, sestaveným ze dvou tranzistorů se společným emitorovým rezistorem, respektive společným zdrojem stálého proudu pří současném umístění obou tranzistorů ve společném chladiči, popřípadě provedením rozdílového stupně jako integrovaný obvod ns společné polovodičové destičce nepatrných rozměrů, kde je zaručena stejná teplota všech prvků. I přes takto technicky dokonalá provedení vykazují symetrické rozdílové stupně nicméně malou zbytkovou teplotní nevyváženost výstupního napčtí, které se znatelně uplatní při milivoltových vstupních signálech. Uvedený teplotní drift jo způsoben napěíovou a proudovou nesymetrií vstupů, □osud známá zapojení pro kompenzaci teplotní závislosti tranzistorových rozdílových stupňů využívají kombinace aktivních a pasivních prvků, připojených na vstupní obvody a zdroje napájecího napětí. Nevýhodou takto uspořádaných kompenzačních zapojení je však snížení vstupního odporu rozdílového stupně, zvýšení citlivosti na změny napájecího napětí, malý teplotní rozsah jejich činnosti a snížení činitele potlačení součtového signálu.Better results are obtained by a symmetric differential stage consisting of two transistors with a common emitter resistor, or a common constant current source, while placing both transistors in a common cooler, or by performing the differential stage as an integrated circuit n with a common small semiconductor plate of equal dimensions. all elements. Despite such technically sophisticated embodiments, however, the symmetric differential stages exhibit a small residual temperature imbalance of the output voltage, which is noticeably applied to the millivolt input signals. The temperature drift is caused by the voltage and current imbalance of the inputs, □ the fate known circuits for compensating the temperature dependence of the transistor differential stages use a combination of active and passive elements connected to the input circuits and power supply sources. However, the disadvantages of such a compensation circuit arrangement are the reduction of the input resistance of the differential stage, the increase in sensitivity to changes in the supply voltage, the low temperature range of their operation and the reduction of the sum signal suppression factor.

Dosud nejlepší teplotní stability rozdílových stupňů bylo dosaženo modulátorovými o obvody, popřípadě zapojením s automatickým nulováním. Nevýhodou těchto zapojení je jejich složitost, poměrně vysoká cena, velké prostorové nároky a omezený kmitočtový rozsah přenosu .So far, the best temperature stability of the differential stages has been achieved by modulator circuits or by automatic reset. The disadvantage of these circuits is their complexity, relatively high cost, large space requirements and limited frequency range of transmission.

Odstranění uvedených nevýhod dosud známých zapojení tranzistorových rozdílových stup nů řeší zapojení pro kompenzaci teplotní závislosti tranzistorového rozdílového stupně podle vynálezu, které sestává ze dvou aktivních prvků napojených na jedné straně přes společný zdroj stálého proudu na záporný, popřípadě kladný pól napájecího zdroje a na druhé straně přes alespoň jodnu dvojici pracovních rezistorů na kladný, popřípadě záporný pól napájecího zdroje, kde mezi aktivními prvky a příslušnými pracovními rezistory jsou vyvedeny výstupní svorky, ůoho podstata spočívá v tom, že mezi kladným pólem napájecího zdroje, popřípadě záporným pólem napájecího zdroje a prvním pracovním rezistorem prvního aktivního prvku je zařazena paralelní kombinace teplotně závislého rezistoru s linearlzafiním rezistorem, zatímco mezi kladným pólem napájecího zdroje, popřípadě záporným pólem napájecího zdroje a druhým pracovním rezistorem druhého aktivního prvku je zařazen vyvažovači rezistor.The elimination of the above mentioned disadvantages of the known transistor differential stage connections solves the circuit for compensating the temperature dependence of the transistor differential stage according to the invention, which consists of two active elements connected on one side via a common constant current source to the negative or positive pole of the power supply. at least one pair of working resistors to the positive or negative pole of the power supply, where the output terminals are led between the active elements and the respective working resistors, which is characterized in that between the positive pole of the power supply or negative pole of the power supply active element is connected parallel combination of temperature-dependent resistor with linear resistor, while between the positive pole of the power supply or the negative pole of the power supply and a balancing resistor is provided by the second working resistor of the second active element.

Při alternativním provodění zapojeni podle vynálezu je možno k prvnímu a druhému pracovnímu rezistoru sériově připojit první a druhý přídavný pracovní rezistor, přičemž' jak paralelní kombinace teplotně závislého rezistoru s linearizačním rezistorem, tak i vyvažovači rezistor jsou k prvnímu a druhému pracovnímu rezistoru, popřípadě jen k prvnímu a druhému přídavnému pracovnímu rezistoru, napojeny vždy paralelně přes vlastní první a druhý sériový rezistor.In an alternative embodiment of the invention, the first and second operating resistors may be connected in series to the first and second additional working resistors, wherein both the parallel combination of the temperature-dependent resistor and the linearization resistor and the balancing resistor are connected to the first and second working resistors. The first and second additional working resistors are connected in parallel via their own first and second series resistors.

Předností zapojení podlo vynálezu ve srovnání s dosud známými způsoby kompenzace teplotní závislosti tranzistorového rozdílového stupně je, že nesnižuje vstupní odpor rozdílového stupně a je schopno provozu při libovolném napájecím napětí a jeho změnách boz vlivu na posuv nuly výstupního napětí a činitele potlačení součtového signálu v širokém rozsahu provozních teplot. 3e možno s ním dosáhnout téměř nulového ..posuvu nulyThe advantage of the wiring according to the invention in comparison with the known methods of compensating the temperature dependence of the transistor differential stage is that it does not reduce the input resistance of the differential stage and is able to operate at any supply voltage and its changes. operating temperatures. 3e, it is possible to achieve a near zero displacement with it

CS 273 667 01 výstupního napětí jako u stupňů s modulačními moduly s automatickým nulováním, a to při zachování jednoduchosti původního zapojeni, nízkých pořizovacích nákladech a nesníženém kmitočtovém rozsahu přenosu. Zapojení klade taká minimální nároky na stavební prostor, což platí zejména při použití u integrovaných rozdílových stupňů s vyvedenými body pro kompenzaci napěťové nesymetrie vstupů. „CS 273 667 01 output voltage as in the case of stages with modulation modules with automatic resetting, while maintaining the simplicity of the original wiring, low acquisition costs and unabated transmission frequency range. The wiring places such minimal space requirements, especially when used in integrated differential stages with pointed out points to compensate for voltage unbalance of inputs. "

Příkladné zapojení pro kompenzaci teplotní závislosti tranzistorového rozdílového stupně podle vynálezu je znázorněno na připojených výkresech, kde na obr. 1 je schéma zapojeni rozdílového stupně se sériovým zapojením teplotně závislé paralelní kombinace s pracovním rezistorem v kolektorovém obvodu jednoduchého aktivního prvku, na obr. 2 je schéma zapojení rozdílového stupně so sériovým zapojením teplotně závislé paralelní kombinace s pracovním rezistorem v emitorovém obvodu sdruženého aktivního prvku, na obr. 3 jo jiný příklad kompenzačního zapojení s paralelním připojením teplotně závislé paralelní kombinace a sériového odporu k pracovnímu rezistorů nebo jen joho části v koloktorovém obvodu jodnoduchého aktivního prvku a na obr. 4 je další varianta kompenzačního zapojení s paralelním připojením teplotně závislé paralelní kombinace a sériového rezistorů k pracovnímu rezistorů nebo jen jeho části v emitorovém obvodu sdruženého aktivního prvku.An exemplary circuit for compensating the temperature dependence of the transistor differential stage of the present invention is shown in the accompanying drawings, wherein Figure 1 is a circuit diagram of the differential stage with series connection of a temperature-dependent parallel combination with a working resistor in the collector circuit of a simple active element. differential connection with series connection of the temperature-dependent parallel combination with the working resistor in the emitter circuit of the coupled active element, in Fig. 3 y another example of compensation circuit with parallel connection of the temperature-dependent parallel combination and series resistor to the working resistors Fig. 4 shows another variant of compensation circuit with parallel connection of temperature-dependent parallel combination and series resistors to working resistors or only part the associated active element emitter circuit.

V příkladném zapojení podle obr. 1· jo znázorněn teplotně komponzovaný tranzistorový rozdílový otupoň oootovený zo dvou jednoduchých Aktivních prvků 1, 2, připojených omitorovými obvody přes společný zdroj stálého proudu ID na záporný pól napájecího zdroje 14.. Uvě vstupní napětí, jejichž rozdíl so má určit, Jsou přivedeny na první vstupní svorku £ u druhou vstupní svorku £ s jojíoh rozdíl jo vyveden mozl první výotupní svorkou U, a druhou výotupní svorkou 12. Podle znaménka zbytkového teplotního driftu výstupního napětí popsaného stupně a potilo znaménka teplotního tiouftlniteln odporu teplotně závislého rozlstoru £ Jo do sdrio mozl kludným polom napájecího zdroje 13 a prvním pracovním rezietorom £ v kolektorovém obvodu prvního aktivního prvku £, popřípadě druhým pracovním rozisto rem 6. v obvodu druhého aktivního prvku 2. zapojena paralelní kombinace teplotně závislého rezistorů £ a linearizačního rezistorů 7. Podobně je v kolektorovém obvodu druhého aktivního prvku 2, popřípadě prvního aktivního prvku £ zapojen do série mezi kladným pólem napájecího zdrojo 13 o druhým pracovním rezistorem 6, popřípadě prvním pracovním roziotorem £ vyvažovači rezistor 8. stejné velikosti, jakou má výsledná hodnota odporu teplotně závislé paralelní kombinace při vztažně teplotě.In the exemplary circuit shown in FIG. 1, a temperature-composite transistor differential node is actuated from two simple Active Elements 1, 2 connected by omitter circuits via a common constant current source ID to the negative pole of the power supply 14. They are applied to the first input terminal 8 u, the second input terminal 8 with the difference between the first output terminal U, and the second output terminal 12. According to the sign of the residual temperature drift of the output voltage described above, In parallel, a combination of temperature-dependent resistors 6 and a linearization circuit could be connected in the collector circuit of the first active element 6 or the second working distance 6 in the circuit of the second active element 2. Similarly, in the collector circuit of the second active element 2 or the first active element 6, a balancing resistor 8 of the same magnitude as the resulting value is connected in series between the positive pole of the power supply 13 of the second working resistor 6 or the first working roziotor 8. resistance of the temperature-dependent parallel combination at the reference temperature.

Zapojení pro kompenzaci teplotní závislosti tranzistorového rozdílového stupně v uspořádání podle obr. 1 pracuje takto: Jestliže má kupříkladu první aktivní prvek £ větší teplotní závislost kolektorového proudu než druhý aktivní prvek 2, zapojí se do série mezi první pracovní rezistor £ a kladný pól napájecího zdroje 13 paralelní kombinace teplotně závislého rezistorů £ se záporným součinitelem odporu a linearizačního rezistorů £ s takovou teplotní závislostí výsledného odporu, aby byl vykompenzován zbytkový teplotní drift výstupního napětí rozdílového stupně. Do série s druhým pracovním rezistorem £ se potom zapojí vyvažovači rezistor 0. pro vynulování výstupu. Jestliže je tomu naopak a první aktivní prvek £ vykazuje menší teplotní závislost než druhý aktivní prvek 2., zapojí se uvedená teplotně závislá kombinace paralelní do série s druhým pracovním rezistorom £, Z uvedeného je zřejmo, že vhodnou velikostí hodnot teplotně závislé paralelní kombinace lze dosáhnout dokonalého vykompenzování teplotní závislosti výstupního napětí rozdílového stupně. Zapojení je vhodné pro rozdílové stupně sestavené z diskrétních prvků. ‘The circuitry for compensating the temperature dependence of the transistor differential stage in the arrangement of FIG. 1 operates as follows: If, for example, the first active element 6 has a higher collector current temperature dependence than the second active element 2, it is connected in series between a parallel combination of temperature-dependent resistors se with a negative resistance coefficient and linearization resistors s with a temperature dependence of the resulting resistance so as to compensate for the residual temperature drift of the output voltage of the differential stage. A balancing resistor 0 is then connected in series with the second working resistor 6 to reset the output. Conversely, if the first active element 6 exhibits a lower temperature dependence than the second active element 2, said temperature-dependent combination in parallel is connected in series with the second working resistor 6. perfect compensation of temperature dependence of output voltage of differential stage. The wiring is suitable for differential stages made up of discrete elements. ‘

Na obr. 2 je znázorněno zapojení teplotně kompenzovaného tranzistorového rozdílového stupně se dvěma sdruženými aktivními prvky. Jde v podstatě o obdobu zapojení podle obr. 1, teplotně závislá paralelní kombinace, sestavená z rezistorů £ a £, je zde však zapojena do série mezi záporný pól napájecího zdrojo 14 a pracovní rozistor £ prvního aktivního prvku £. Alternativně je opět možno zapojit teplotně závislou paralelní kombiCS 273 667 Bl nnci mozi záporný pól napájecího zdrojo 14 a pracovní rezistor 6 druhóho.aktivního prvku 2. V obou případech jo potom v omitorovóm obvodu protilehlého aktivního prvku zapojen vyvažovači rezistor 0.FIG. 2 shows a circuit of a temperature compensated transistor differential stage with two associated active elements. This is essentially the equivalent of FIG. 1, a temperature-dependent parallel combination made up of resistors 4 and 6 but is connected in series between the negative pole of the power supply 14 and the working resistor 6 of the first active element 6. Alternatively, the temperature-dependent parallel combination may be connected again to the negative pole of the power supply 14 and the working resistor 6 of the second active element 2. In both cases, a balancing resistor 0 is connected in the omitter circuit of the opposite active element.

V zápůjční tranzistorového rozdílového stupně s teplotní kompenzací podle obr. 3 jo teplotně závislá paralelní kombinace připojena paralelně přes první sériový rezistor Γ7k prvnímu pracovnímu rezistoru 5, popřípadě jen k prvnímu přídavnému pracovnímu rezistoru v kolektorovém obvodu prvního jednoduchého aktivního prvku Současně je paralelně k druhému pracovnímu rezistoru 6., popřípadě jen k druhému přídavnému pracovnímu rezistoru připojen vyvažovači rezistor 0. přes druhý sériový rezistor 18.In the lending transistor differential stage with temperature compensation according to FIG. 3, the temperature-dependent parallel combination is connected in parallel via the first series resistor k7 to the first working resistor 5, or only to the first additional working resistor in the collector circuit of the first single active element. 6. If necessary, a balancing resistor 0 is connected to the second additional working resistor via a second series resistor 18.

Jiný příklad zapojeni teplotní kompenzace tranzistorového rozdílového stupně je zřejmý z obr. 4: Teplotně závislá paralelní kombinace je v tomto uspořádání připojena přes první sériový rezistor 17 paralelně k prvnímu pracovnímu rezistoru 5, popřípadě jen k prvnímu přídavnému pracovnímu rezistoru 15 vemitorovém obvodu sdruženého prvního aktivního prvku Pro zajištění elektrické rovnováhy rozdílového stupně je paralelně k druhému pracovnímu rezistoru 6_, připojen vyvažovači rezistor _8 přes druhý sériový rezistor 10. Činnost paralelního kompenzačního obvodu a jeho nastavení jsou stejné jako v případě sériově zapojené teplotně závislé paralelní kombinace. Zapojeni je vhodné pro rozdílové stupně provedené technikou integrovaných obvodů, které mají vyvedeny body pro kompenzaci napětové nesymetrie vstupů.Another example of the thermal compensation of the transistor differential stage is apparent from FIG. 4: In this arrangement, the temperature-dependent parallel combination is connected via a first series resistor 17 parallel to the first working resistor 5 or only to the first additional working resistor 15 in the emitter circuit of the associated first active element. To ensure the electrical equilibrium of the differential stage, a balancing resistor 8 is connected in parallel to the second working resistor 6 via a second series resistor 10. The operation of the parallel compensation circuit and its settings are the same as in the case of a series-connected temperature-dependent parallel combination. The wiring is suitable for differential stages made by integrated circuit technology that have points for compensating the input voltage unbalance.

Zapojení pro kompenzaci teplotní závislosti tranzistorových rozdílových stupňů podle vynálezu je možno využít i pro obvody s elektronkami, fototranzistory, fotodiodami, můstkově zapojenými snímači s tenzometry nebo odporovými snímači. Teplotně závislá paralelní kombinace, sestavená z nelineárního teplotně závislého rezistoru a linearizačního rezistoru, může být přitom nahrazena jediným teplotně závislým rezistorem s požadovaným průběhem teplotní závislosti změny jeho odporu na teplotě.The circuit for compensating the temperature dependence of the transistor differential stages according to the invention can also be used for circuits with tubes, phototransistors, photodiodes, bridge connected strain gauges or resistance sensors. The temperature-dependent parallel combination, composed of a non-linear temperature-dependent resistor and a linearization resistor, can be replaced by a single temperature-dependent resistor with the desired temperature-dependent temperature-dependent variation.

PŘEDMĚT VYNÁLEZUSUBJECT OF THE INVENTION

Claims

A circuit for compensating the temperature dependence of a transistor differential 3-stage consisting of two active elements connected on one side via a common constant current source to the negative or positive pole of the power supply and on the other side via at least one pair of working resistors to the positive or negative pole Output terminals are provided between the active elements and the respective working resistors, characterized in that between the positive pole of the power supply (13) or the negative pole of the power supply (14) and the first working resistor (5) of the first active element (1). a parallel combination of a temperature-dependent resistor (9) with a linearization resistor (7) is included, while the positive pole of the power supply (13) or the negative pole of the power supply (14) and the second working resistor (6) of the second active element balancing or resistor / 0 /.

Wiring according to claim 1, characterized in that the first and second additional working resistors (15, 16) are connected in series to the first and second working resistors (5, 6), wherein both parallel combination of a temperature-dependent resistor (9) with linearization the resistor (7) and the balancing resistor (8) are connected to the first and second working resistors (5, 6) or only to the first and second additional working resistors (15, 16) in parallel via their own first and second series resistors. 17, 10 /.

1 drawing

* 0