An die Schaltungstechniker: Bandgap-Referenz

Andi K. schrieb:
> Welchen genauen Zweck hat der Operationsverstärker in der Schaltung?
> Bisher kenne ich nur die Funktion des
> Verstärkers/Summierers/Integrierers/Komparators etc.

In dieser Schaltung dürfte er seine eigentliche Grundfunktion als 
Differenzverstärker ausüben.

> Welchen genauen Zweck hat der Operationsverstärker in der Schaltung?

Der Operationsverstärker arbeitet als Regler. Er regelt die 
Basisspannung so hoch, dass durch beide Transistoren der gleiche 
Kollektorstrom fließt.
Ich habe dabei angenommen, dass beide Kollektorwiderstände den gleichen 
Wert haben. Siehe das Beispiel in dem Wikipedia-Link.

Erstmal vielen Dank für eure Antworten! :)

Ich bin inzwischen einen Schritt weiter, d.h. bei einer anderen, etwas 
komplexeren Bandgap-Schaltung und versuche deren Funktion 
nachzuvollziehen. Damit ich mit meinen Erklärungsansätzen nicht völlig 
falsch liege, möcht ich euch mal drüberschauen lassen (bin in Sachen 
Schaltungstechnik leider nicht so bewandert) ;)

Im Anhang befindet sich die Schaltung, neben den einzelnen Transistoren 
steht jeweils die Transistorgröße in roter Schrift (ich habe die 
Schaltung aus dem IEEE-Paper: "Design of a Bandgap Reference with a Wide 
Supply Voltage Range"). An den Stellen wo keine Transistorgröße steht, 
ist keine explizite Angabe vorhanden.

Über den Widerstand R1 wird der Strom in diesem Zweig eingestellt. Die 
PMOS-Transistoren M1, M2, M3 bilden einen Stromspiegel, der die Ströme 
in den jeweiligen Zweigen aufgrund der unterschiedlichen 
Transistorgrößen wie folgt einstellt:

I_M2 = I_M3 = A*I_M1, d.h. der zuvor über R1 festgelegte Strom wird mit 
dem Faktor A verstärkt.

Die Masche aus den NPN-Transistoren QA1, QA2 sowie den Widerständen R2 
und R3 liefert folgende Gleichung:

R3*I_M4 + A*I_M1*(R3-R2) = V_T*ln(m) (dabei ist V_T die 
Temperaturspannung und m das Größenverhältnis der Bipolartransistoren)

Mit R2 = R3 folgt:

I_M4 = (V_T*ln(m))/R3

Dieser Strom wird über den Stromspiegel aus M4 und M5 (verstärkt) 
gespiegelt und man bekommt für die Referenzspannung V_REF:

V_REF = V_BE_QA4 + B*(R5*V_T*ln(m))/R3

Soweit, so gut. Ich habe allerdings Probleme beim Verständnis der 
Funktion der Transistoren M7 und QA3. Im Paper wird beschrieben, dass 
sie eine "feedback loop" bilden, um die Transistoren QA1 und QA2 im 
"forward active" Bereich zu halten.

Es wird dann der Fall einer steigenden Versorgungsspannung V_IN 
durchgegangen. Ich beschreibe jetzt die einzelnen Schritte; in den 
Klammern steht jeweils mein Erklärungsversuch dazu:

1. Die Spannung über den Widerständen R2 und R3 steigt (da der Strom 
durch beide Widerstände steigt, oder?)

2. Die Gate-Spannung von M7 steigt (warum kann man davon ausgehen?)

3. Der Strom durch M7 und QA3 steigt (da Gate-Spannung von M7 gestiegen 
ist, d.h. der NMOS mehr "aufmacht")

4. Dieser steigende Strom erhöht die Basis-Spannung von QA3, QA2, QA1 
(da die drei Transistoren einen Stromspiegel bilden und es gilt V_BE ~ 
exp(I_C))

Sind meine Erklärungen soweit korrekt? Und wenn ja, welchen Sinn hat es, 
bei steigender Versorgungsspannung, die Basis-Spannungen von QA1 und QA2 
zu erhöhen?

Vielen Dank schonmal! :)

Kann mir niemand weiterhelfen?

Du hast einen Haufen Stromspiegel. Maßgeblich für die Gesamtschaltung 
ist der Strom durch M1 und R1. Da hauptsächlich R1 den Strom durch alle 
Schaltungsteile beeinflußt, steigen alle anderen Ströme proportional.

Der von dir angesprochene Schaltungsteil sorgt dafür, daß die mittleren 
Transistoren weder nach oben noch nach unten übersteuert werden. Sie 
bleiben im Regelbereich.