Thermostat Bekanntlich sind die Eigenschaften von Tran sistoren - auch von Si-Transistoren - temperatur abhängig. Diese Temperaturabhängigkeit ist in vielen Anwendungen störend, so z. B. bei Gleichstrom verstärkern, Untersetzerschaltungen, Transistorvolt metern, Oszillatorschaltungen usw.
An und für sich lässt sich diese Temperatur abhängigkeit durch passende Wahl und Dimensionie- rung der Schaltung weitgehend kompensieren. Eine gute Kompensation ist jedoch im allgemeinen nur über einen sehr beschränkten Temperaturbereich möglich.
Der Gedanke liegt nahe, derartige Schaltungen in einen Thermostaten einzubauen.
Es sind eine Reihe von Thermostaten bekannt, die zu diesem Zwecke verwendet werden können. a) Wheatstonesche Brücke mit temperaturabhän gigen Halbleiterwiderständen in zwei Brückenzwei gen. Die Brücke wird normalerweise mit einer 50-Hz- Spannung gespeist. Mit der resultierenden Wechsel spannung am Brückenausgang wird ein Thyratron und damit die Heizleistung im Thermostaten ge steuert. Die Nachteile bestehen in der Einführung grosser Wechselspannungen in der Nähe kritischer Schaltelemente und in der verhältnismässig beschränk ten Lebensdauer des Thyratrons.
b) Bimetallstreifen mit Kontakten. Die Nach teile bestehen in der Möglichkeit von Kontaktstörun gen, in der Diskontinuität der Regelung und im Vor handensein mechanisch bewegter Teile.
c) Mit einer passenden Flüssigkeit gefüllte Dosen. Bei Erwärmung steigt der Druck, betätigt eine Membran, die ihrerseits auf einen Schalter wirkt. Nachteilig sind wiederum mechanisch bewegte Teile und beschränkte Lebensdauer des Schalters.
d) Kapillarrohrthermostaten, die nach dem Prin zip von c) arbeiten. Der Erfindung liegt die überlegung zugrunde, dass es möglich sein muss, den Thermostaten in Transistorschaltungen mit Transistoren selbst auf zubauen, das heisst, die Temperaturabhängigkeit der Transistoreigenschaften gerade zur Konstanthaltung der Temperatur zu verwenden.
Gegenstand der Erfindung ist ein elektrischer Thermostat, bei dem zwei Transistoren derart ge schaltet sind, dass der eine infolge seiner Temperatur abhängigkeit als Temperaturfühler arbeitet, und dass der andere Transistor als Heizelement dient und durch den ersten gesteuert wird. Eine derartige Schaltung lässt sich auch ganz allgemein zur Tempe raturregelung heranziehen.
Die in der Zeichnung angegebenen Schaltungen stellen Ausführungsbeispiele der Erfindung dar. Der Transistor 1 in Fig. 1 wirkt als Temperatur fühler und Verstärker. Die in Funktion der fest gestellten Temperatur an seinem Kollektor auftre tende elektrische Spannung steuert den Transistor 2, welcher als Leistungsstufe arbeitet, wobei er selbst sowie mittels des Widerstandes 3 Wärme produziert. Die Widerstände 4, 4' und 5 bestimmen die Basis- und Kollektorspannungen der Transistoren.
Der Basis des ersten Transistors kann entweder eine kon stante Spannung oder ein konstanter Strom aufge prägt werden. Unter Umständen ist es zweckmässig, weder den einen noch den andern Grenzfall exakt zu realisieren, was durch geeignete Dimensionierung des Spannungsteilers erreicht werden kann. Die ganze Schaltung kann in einem Thermostatgehäuse unter gebracht werden.
Die beschriebene Schaltung weist den Nachteil auf, dass die regulierte Temperatur von der Speise spannung abhängig ist. Eine geeignete Massnahme zur Kompensation von Schwankungen der Speise spannung ist aus der Schaltung Fig. 2 zu ersehen. Hier sind als zusätzliche Schaltelemente eine Zener- diode 6 und ein vom Strom der letzteren durchflos senes Potentiometer 7 vorhanden. Die in Sperrich tung geschaltete Zenerdiode 6 wirkt als spannungs stabilisierendes Element.
Der Abgriff 8 des Potentio- meters 7 gestattet, eine Regulierungstemperatur ein zustellen, die in einem genügenden Bereich unabhän gig von der Speisespannung ist. Unter Umständen kann es sich als notwendig erweisen, die Anschlüsse <I>A</I> und<I>B</I> zu vertauschen.
Eine Erhöhung der Heizleistung lässt sich da durch erzielen, dass der Leistungstransistor 2 durch einen weiteren, als Emitterfolgestufe wirkenden Tran sistor 9 ausgesteuert wird. Die Schaltung ist in Fig. 3 dargestellt. Die gesamte Heizleistung wird somit durch die Transistoren 2 und 9 gemeinschaftlich auf gebracht. Die Widerstände 4 und 5' bestimmen zu sammen mit dem Widerstand 4' den Arbeitspunkt der Transistoren 1 bzw. 9. Durch Veränderung dieser Widerstände kann die zu regulierende Temperatur eingestellt werden.
Es sei noch erwähnt, dass die Möglichkeit be steht, durch einen zusätzlichen Widerstand zwischen dem Kollektor des Transistors 2 und der Basis des Transistors 1 eine positive Rückkopplung einzuführen. Dies gestattet, den Verstärkungsgrad, also die Stabili sierungsgüte der Anordnung, zu erhöhen. Bei passend gewählter Rückkopplung und passender Dimensio- nierung der übrigen Schaltelemente kann ferner der Thermostat so betrieben werden, dass bei Unter temperatur der Transistor 2 voll leitet, während er bei Übertemperatur praktisch gesperrt ist, wobei der Übergang zwischen diesen beiden Zuständen ausser ordentlich rasch erfolgen kann.
Thermostat As is well known, the properties of transistors - including Si transistors - are temperature dependent. This temperature dependency is disruptive in many applications, e.g. B. amplifiers with direct current, stepper circuits, transistor volt meters, oscillator circuits, etc.
In and of itself, this temperature dependency can largely be compensated for by suitable selection and dimensioning of the circuit. However, good compensation is generally only possible over a very limited temperature range.
The idea is to build such circuits into a thermostat.
A number of thermostats are known which can be used for this purpose. a) Wheatstone bridge with temperature-dependent semiconductor resistances in two bridge branches. The bridge is normally fed with a 50 Hz voltage. The resulting alternating voltage at the bridge output controls a thyratron and thus the heating output in the thermostat. The disadvantages are the introduction of large alternating voltages in the vicinity of critical switching elements and the relatively limited life of the thyratron.
b) Bimetal strips with contacts. The disadvantages are the possibility of Kontaktstörun conditions, the discontinuity of the regulation and the presence of mechanically moving parts.
c) Cans filled with a suitable liquid. When heated, the pressure rises, activates a membrane, which in turn acts on a switch. Mechanically moving parts and the limited service life of the switch are disadvantageous.
d) capillary tube thermostats that work according to the principle of c). The invention is based on the consideration that it must be possible to build the thermostat in transistor circuits with transistors yourself, that is to say to use the temperature dependency of the transistor properties precisely to keep the temperature constant.
The invention relates to an electrical thermostat in which two transistors are switched such that one works as a temperature sensor due to its temperature dependency, and that the other transistor serves as a heating element and is controlled by the first. Such a circuit can also be used quite generally for temperature control.
The circuits shown in the drawing represent embodiments of the invention. The transistor 1 in Fig. 1 acts as a temperature sensor and amplifier. The electrical voltage occurring as a function of the established temperature on its collector controls the transistor 2, which works as a power stage, where it itself and by means of the resistor 3 produces heat. The resistors 4, 4 'and 5 determine the base and collector voltages of the transistors.
The base of the first transistor can either be impressed with a constant voltage or a constant current. Under certain circumstances it is advisable not to exactly realize either the one or the other limit case, which can be achieved by suitable dimensioning of the voltage divider. The whole circuit can be placed in a thermostat housing.
The circuit described has the disadvantage that the regulated temperature is dependent on the supply voltage. A suitable measure for compensating for fluctuations in the supply voltage can be seen from the circuit in FIG. A Zener diode 6 and a potentiometer 7 through which the current flows from the latter are provided here as additional switching elements. The switched in blocking direction Zener diode 6 acts as a voltage stabilizing element.
The tap 8 of the potentiometer 7 allows a regulating temperature to be set which is independent of the supply voltage in a sufficient range. Under certain circumstances it may prove necessary to swap the connections <I> A </I> and <I> B </I>.
An increase in the heating power can be achieved in that the power transistor 2 is controlled by a further Tran sistor 9 acting as an emitter follower stage. The circuit is shown in FIG. The entire heating power is thus brought on jointly by the transistors 2 and 9. The resistors 4 and 5 'together with the resistor 4' determine the operating point of the transistors 1 and 9, respectively. By changing these resistors, the temperature to be regulated can be set.
It should also be mentioned that it is possible to introduce positive feedback through an additional resistor between the collector of transistor 2 and the base of transistor 1. This allows the degree of reinforcement, ie the quality of stabilization of the arrangement, to be increased. With appropriately selected feedback and appropriate dimensioning of the other switching elements, the thermostat can also be operated in such a way that transistor 2 conducts fully when the temperature is low, while it is practically blocked when the temperature is too high .