DD216588A5 - CIRCUIT ARRANGEMENT OF A RESISTANT TWO-POLE CONSTRUCTED WITH ACTIVE COMPONENTS - Google Patents
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- DD216588A5 DD216588A5 DD24584682A DD24584682A DD216588A5 DD 216588 A5 DD216588 A5 DD 216588A5 DD 24584682 A DD24584682 A DD 24584682A DD 24584682 A DD24584682 A DD 24584682A DD 216588 A5 DD216588 A5 DD 216588A5
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- H03H11/24—Frequency-independent attenuators
Abstract
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung, aufgrund der ein mit aktiven Bauelementen ausgebildeter widerstandersetzender Zweipol verwirklicht werden kann. Die Schaltungsanordnung weist ein mit einem ersten Transistor /T1/ aufgebautes m. einem Steuereingang versehenes gesteuertes Element /1/ auf, wobei der erste Transistor /T1/ mit dem Steuereingang sowie m. den ersten und zweiten Anschlussklemmen des gesteuerten Elementes verbunden sind, dem Steuereingang ein Ausgang eines durch ein erstes und ein zweites phasenerhaltende Rueckkopplungsnetze mit den entsprechenden Anschlussklemmen gekoppelten Operationsverstaerkers /2/ zugefuehrt ist, wobei der erste Pol des Zweipols mit dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstaerkers /2/ und der zweite Pol mit einer Anschlussklemme verbunden sind. Der zweite Pol ist mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstaerkers /2/ mittelbar verbunden.The invention relates to a circuit arrangement on the basis of which a resistance-compensating two-pole formed with active components can be realized. The circuit arrangement has a m built up with a first transistor / T1 /. a control input provided controlled element / 1 /, wherein the first transistor / T1 / with the control input and m. the first and second terminals of the controlled element are connected to the control input, an output of one of a first and a second phase-retaining feedback networks coupled to the corresponding terminals Operationsverstaerkers / 2 / is supplied, wherein the first pole of the bipole with the non-inverting input of the operational amplifier / / and the second pole are connected to a terminal. The second pole is indirectly connected to the inverting input of the operational amplifier / 2 /.
Description
Berlin, den 20.3.-1983 61 728/13Berlin, 20.3.-1983 61 728/13
Schaltungsanordnung eines mit aktiven Bauelementen ausgebildeten widerstandersetzenden ZweipolsCircuit arrangement of a resistor-forming two-pole formed with active components
Anwendungsgebiet der Erfindung ' Field of application of the invention
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung eines mit aktiven Bauelementen ausgebildeten und einen bestimmten Widerstand ersetzenden Zweipols, welcher vorzugsweise als Bestandteil von Meßkästchen zur Verwirklichung eines Ohm-' sehen Belastungselementes anwendbar ist.The invention relates to a circuit arrangement of a trained with active components and a certain resistance replacing two-pole, which is preferably applicable as part of measuring box for the realization of an ohmic load element.
Bei der Montage, Verstellung, Reparatur usw. von mit elektrischen Schaltkreisen ausgebildeten elektrischen Einheiten als z. 3. Speisequellen werden Meßkästchen angewendet, in denen ein sehr wichtiger Bestandteil diejenigen Widerstände sind, die zur Imitierung der in betrieblichen Bedingungen möglichen Belastungen vorgesehen sind»-Zu diesen Zwecken werden im allgemeinen solche diskreten Widerstände von zweckmäßig ausgewählten Ohmschen Werten angewendet, die ohne Zerstörung auch größere Belastungen -aufnehmen und dissipieren können. Die Vierte der Widerstände sollen der Aufgabe nach ausgewählt werden. Zu den obigen Zwecken ist die Anwendung von traditionellen Schiebewiderständen auch bekannt. Als Nachteile der erwähnten diskreten Widerstände sind die Anwendung einer höheren Anzahl von diskreten Elementen, deren öfterer Austausch, die Notwendigkeit' der Verwirklichung von Verschlüssen mit niedrigem Kontaktwiderstand, die begrenzte Dissipationsfahigkext, die Notwendigkeit der Berücksichtigung der wegen der Erwärmung auf-In the assembly, adjustment, repair, etc. of electrical circuits formed with electrical circuits as z. 3. Sources are used in measuring boxes in which a very important component are those resistances intended to mimic the stresses possible in operating conditions. "For these purposes, in general, such discrete resistors of suitably selected Ohmic values are used, without destruction greater loads can be absorbed and dissipated. The fourth of the resistors should be selected according to the task. For the above purposes, the application of traditional slide resistors is also known. Disadvantages of the above-mentioned discrete resistors include the use of a higher number of discrete elements, their frequent replacement, the need for the realization of closures with low contact resistance, the limited dissipation ability, the need to take account of the heating due to heating.
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tretenden Ungenauigkeiten usw. zu nennen. Bei den Schiebewiders.tänden verursachen die großen Maßstäbe, die schwere, unbequeme Handlung, die Unterschiede zwischen den eingestellten und den notwendigen Widerstandswerten, die Ungenauigkeit der Einstellung, die niedrige Zuverlässigkeit usw. viele Probleme. Sin weiterer Nachteil der bekannten Lösungen besteht darin, daß derartige Widerstände im allgemeinen eine getrennte Einheit oder getrennte Einheiten der Meßkästchen bilden, und deswegen sind sie schwer in die Arbeitsprozesse .einfügbar.. , .to mention passing inaccuracies, etc. In the case of sliding resistors, the large scales, the heavy uncomfortable action, the differences between the set and necessary resistance values, the inaccuracy of the adjustment, the low reliability and so on cause many problems. Sin another disadvantage of the known solutions is that such resistors generally form a separate unit or separate units of the measuring boxes, and therefore they are difficult .einfügbar in the work processes ..,.
Ziel der Erfindung - , . - Object of the invention - ,. -
Ziel der Erfindung ist es, die vorgenannten Nachteile, zu vermeiden.The aim of the invention is to avoid the aforementioned disadvantages.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung eines mit aktiven Bauelementen ausgebildeten widerstandersetzenden Zweipols zu schaffen, der leichter bedienbar ist als die bekannten Widerstände, hohe Genauigkeit und Stabilität sowie .Zuverlässigkeit aufweist und mit hohen Leistungen belastbar ist.The invention has for its object to provide a circuit arrangement of a resistor-forming two-pole formed with active components, which is easier to use than the known resistors, high accuracy and stability and .Reliability has and can be loaded with high performance.
Es bestand eine weitere Aufgabe darin, daß ein Widerstand aufzubauen ist, dessen Wert in einem breiten Bereich nach einer linearen oder- einer anderen vorbestimmten Funktion veränderbar ist.It was a further object to provide a resistor whose value is variable in a wide range according to a linear or other predetermined function.
Eine v/eitere Aufgabe besteht darin, einen Widerstand zuA further task is to provide resistance
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schaffen, der den bekannten Meßgeräten oder für ähnliche * Zwecke ausgebildeten Vorrichtungen gut anpaßbar ist, zweckmäßig mit ihnen eine integrierte Einheit bilden kann und eine schnellere Bedienung ermöglicht.create, which is well adaptable to the known measuring devices or devices designed for similar purposes *, can appropriately form an integrated unit with them and allows faster operation.
Die Erfindung beruht auf zwei.Erkenntnissen. Erstens wurde erkannt, daß die Nachteile der bekannten Lösungen in erster Linie auf ihren passiven Charakter zurückzuführen sind, d. h» auf die Tatsache, daß die .bekannten "Widerstände passive Schaltkreiselemente bilden. Die Nachteile können dadurch vermieden werden, daß statt, passiver Elemente solche Zweipole angewendet werden, die aus aktiven Elementen ausgebildet ssind und einen Ohmschen Widerstand ersetzen können.The invention is based on two skills. First, it has been recognized that the disadvantages of the known solutions are primarily due to their passive character, i. h "to the fact that the .bekannten" resistors form passive circuit elements. The disadvantages can be avoided in that, instead, passive elements such two poles are employed, the active elements formed of s and may be substituted for an ohmic resistance.
Zweitens wurde erkannt, daß der Transistor in einem breiten Bereich der Arbeitspunkte auch als Widerstand von gut bestimmtem Wert anwendbar ist, falls ,sein Basisstrom in gleichzeitiger Abhängigkeit von der Kollektor-Emitter Spannung und von der Größe des Emitterstroms derart ge-, regelt wird, daß im gewünschten Bereich der Arbeitspunkte das Verhältnis der Kollektor-Emitter Spannung und des Xollektorstroms bei ständigem Wert verbleibteSecond, it has been recognized that the transistor is also applicable as a well-determined value resistor in a wide range of operating points if its base current is controlled in simultaneous dependence on the collector-emitter voltage and on the magnitude of the emitter current such that in the desired range of operating points, the ratio of the collector-emitter voltage and the Xollektorstroms remained at a constant value
Zur Lösung der gestellten Aufgabe wurde eine Schaltungsanordnung erarbeitet, die zum Aufbau eines mit aktiven Bauelementen ausgebildeten, widerstandersetzenden Zweipols derart aufgebaut ist, daß diese ein mit einem ersten Transistor aufgebautes, mit einem Steuereingang versehenes, gesteuertes Element aufweist, wobei der erste Transistor mittels seiner 3asis dem Steuereingang, seines Kollektors einer ersten Anschlußklemme und seines Emitters einerTo achieve the object, a circuit arrangement has been developed, which is constructed such that it has a constructed with a first transistor, provided with a control input, controlled element, the first transistor by means of its 3asis the control input, its collector of a first terminal and its emitter one
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zweiten Anschlußklemme- des gesteuerten Elementes zugeführt ist, daß der Steuereingang des gesteuerten Elementes mit einem Ausgang eines Operationsverstärkers verbunden ist, daß die erste Anschlußklemme des gesteuerten Elementes einerseits über ein erstes phasenhaltendes Rückkopplungsnetz dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers zugeführt ist und andererseits als eine erste Polklemme ausgebildet ist, daß die zweite Anschlußklemme des gesteuerten Elementes einerseits über ein zweites phasenhaltendes Rückkopplungsnetzt mit dem invertierenden. Eingang des Operationsverstärkers, andererseits über einen ersten Widerstand mit einer Klemme gemeinsamen Potentials oder mit einer eine Hilfsspeisespannung weiterleitenden Klemme verbunden ist, wobei die Klemme gemeinsameiPotentials eine zweite Polklemme bildet.second terminal of the controlled element is supplied, that the control input of the controlled element is connected to an output of an operational amplifier, that the first terminal of the controlled element on the one hand via a first phase-holding feedback network is supplied to the non-inverting input of the operational amplifier and on the other hand formed as a first pole terminal is that the second terminal of the controlled element on the one hand via a second phase-holding feedback network with the inverting. Input of the operational amplifier, on the other hand connected via a first resistor to a terminal of common potential or with an auxiliary supply voltage forwarding terminal, wherein the terminal common potential forms a second pole terminal.
Der mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung verwirklichte Zweipol, kann bestimmungsgemäß arbeiten, falls er mit Spannung von dem Leitungstyp des in dem gesteuerten Element angeordneten Transistors nach bestimmter Polarität gespeist wird. Bei der Anwendung des Zweipols bewirkt die dem Zweipol zugeführte Speisespannung einerseits über das erste phasenhaltende Rückkopplungsnetz die Steuerung des nichtinvertierenden Eingangs des Operationsverstärkers und. andererseits die Weiterleitung eines Belastungsstroms durch den ersten Transistor des gesteuerten Elementes. Der Emitterstrom des Transistors verursacht einen Spannungsabfall auf dem ersten Widerstand, der über das zweite phasenhaltende Rückkopplungsnetz dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers zugeführt wird. Zur Steuerung des Operationsverstärkers dient der Unterschied der zu seinenThe two-pole realized with the circuit arrangement according to the invention can operate as intended if it is supplied with voltage of the conductivity type of the transistor arranged in the controlled element according to a certain polarity. In the application of the two-pole supply voltage supplied to the two-pole on the one hand via the first phase-holding feedback network causes the control of the non-inverting input of the operational amplifier and. on the other hand, the transmission of a load current through the first transistor of the controlled element. The emitter current of the transistor causes a voltage drop on the first resistor, which is supplied via the second phase-holding feedback network to the inverting input of the operational amplifier. To control the operational amplifier is the difference to his
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eingängen zugeführten Spannung, und sein Ausgangsstroia, der den Basisstrom des in dem gesteuerten Element angeordneten ersten '!Transistors bildet, nimmt einen solchen viert an, wobei der Unterschied der den eingängen des Operationsverstärkers zugeführten Spannungen praktisch Null wird. Derinput voltage, and its output current, which forms the base current of the first transistor arranged in the controlled element, assumes such a fourth, the difference of the voltages applied to the inputs of the operational amplifier becoming practically zero. The
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von dem Zweipol dargestellte Widerstand kann auf Grund der Ersatzschaltung der erfindungsgemäßen Sehaltungsanordnung ausgerechnet werden, und dessen Größe wird in erster Linie durch die Werte der in den Rückkopplixngsnetzen angeordneten Elemente sowie durch den ersten Widerstand bestimmt·The resistance represented by the two-terminal resistor can be calculated on the basis of the equivalent circuit of the inventive circuit arrangement, and its size is determined primarily by the values of the elements arranged in the feedback network and by the first resistor.
Der Aufbau des gesteuerten Elementes bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung des wiäerstandersetzenden Zweipols hängt von dem ausgewählten Wertbereich der Spannungen und der Ströme bei der Anwendung ab·The design of the controlled element in the inventive two-pole self-aligning circuit depends on the selected value range of the voltages and the currents in the application.
Falls die Belastungen gering sind, kann der mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ausgebildete Zweipol zur Anwendung bei kleineren Leistungen und niedrigeren Spannungen vorbereitet werden, wobei das gesteuerte Element als der erste Transistor mit einem genügend hohen Stromverstärkungsfaktor aufgebaut ist. Unabhängig von dem Leitungstyp sind bei der erfindungsgemäSen Schaltungsanordnung die bipolaren Transistoren z· B. die JPET- oder MOSFET-Transistoren usw·, anwendbar.If the loads are low, the two-terminal formed with the circuit arrangement according to the invention can be prepared for use at lower powers and lower voltages, wherein the controlled element is constructed as the first transistor with a sufficiently high current amplification factor. Irrespective of the type of conduction, the bipolar transistors, for example the JPET or MOSFET transistors etc., can be used in the circuit according to the invention.
Bei einer vorteilhaften Ausführung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, welche insbesondere zur Ausbildung eines mit höherer Stromstärke belastbaren Zweipols geeignet ist, weist das gesteuerte Element einen zweiten Transistor auf, welcher mit dem ersten Transistor eine Darlington-SchaltungIn an advantageous embodiment of the circuit arrangement according to the invention, which is particularly suitable for forming a loadable with higher current Zweipols, the controlled element has a second transistor, which with the first transistor is a Darlington circuit
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bildet, wobei der Emitter des ersten Transistors mit der Basis des zweiten 'Transistors verbunden ist, die gemeinsamen Kollektoren mit der ersten Anschlußklemme des gesteuerten Elementes gekoppelt sind und der Emitter des zweiten Transistors der zweiten Anschlußklemme' des gesteuerten . Elementes zugeführt ist. . ·is formed, wherein the emitter of the first transistor is connected to the base of the second 'transistor, the common collectors are coupled to the first terminal of the controlled element and the emitter of the second transistor of the second terminal' of the controlled. Elementes is supplied. , ·
Bei einer anderen vorteilhaften Ausführung der erfindungs-·_ gemäßen Schaltungsanordnung, welche auch insbesondere zur Ausbildung eines mit höheren Stromstärken belastbaren Zweipols geeignet ist, ist der erste Transistor des gesteuerten Elementes mit einem Emitterwiderstand versehen, weist das gesteuerte Element einen dritten Transistor auf, wobei der dritte Transistor'von mit dem ersten gleichen Leitungstyps ist und der Kollektor des dritten Transistors, der mit dem Kollektor des ersten Transisitors gekoppelt ist, mit der' ersten Anschlußklemme des gesteuerten Elementes verbunden ist, und der dritte Transistor durch seine Basis mit dem Emitter des ersten Transistors und durch seinen Emitter unmittelbar oder über einen zweiten Widerstand, mit einer klemme des Emitterwiderstands gekoppelt, mit der zweiten Anschlußklemme des gesteuerten Elementes verbunden ist·In another advantageous embodiment of the inventive circuit arrangement, which is also suitable in particular for forming a loadable with higher currents two-pole, the first transistor of the controlled element is provided with an emitter resistor, the controlled element has a third transistor, wherein the third transistor of the first same conductivity type and the collector of the third transistor coupled to the collector of the first transistor is connected to the first terminal of the controlled element, and the third transistor is connected through its base to the emitter of the first one Transistors and by its emitter directly or via a second resistor, coupled to a terminal of the emitter resistor, connected to the second terminal of the controlled element ·
Palis die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Ausbildung eines bei höheren 3elastungsspannungen anzuwendenden Zweipols vorgesehen ist, ist es besonders vorteilhaft, wenn das gesteuerte Element einen vierten und einen fünften Transistor aufweist, die in einer.Darlington-Schaltung angeordnet sind, ,wobei der äquivalente Transistor der Darlington-Schaltung durch seinen Emitter dem Kollektor des ersten Transistors, durch seinen Kollektor der ersten AnschlußklemmeIf the circuit arrangement according to the invention is designed to form a two-pole system which is applicable at higher three-load voltages, it is particularly advantageous if the controlled element has a fourth and a fifth transistor which are arranged in a Darlington circuit, the equivalent transistor being the Darlington transistor. Circuit through its emitter to the collector of the first transistor, through its collector of the first terminal
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des gesteuerten Elementes und durch seine Basis einem Ausgang eines Basisverteilters zugeführt ist, und der Basisverteiler zwischen der zweiten Anschlußklemme des gesteuerten Elementes'und dein Kollektor des äquivalenten Transistors angeordnet ist. , . .of the controlled element and its base is applied to an output of a base distributor, and the base distributor is arranged between the second terminal of the controlled element and the collector of the equivalent transistor. ,. ,
Palis die Möglichkeit des Auftretens einer Spannung, mit gegenseitiger Polarität im Vergleich mit der zu bestimmungs-'gemäßer Anwendung notwendigen vorhanden ist, kann die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit einer Schutzdiode versehen werden, die im gesteuerten Element angeordnet ist, und mit der ersten Anschlußklemme des gesteuerten Elementes sowie mittelbar oder unmittelbar mit dem Kollektor des ersten Transistors verbunden ist·Palis the possibility of the occurrence of a voltage is present with mutual polarity compared with the intended use 'intended application, the circuit arrangement according to the invention can be provided with a protective diode, which is arranged in the controlled element, and with the first terminal of the controlled element and is connected directly or indirectly to the collector of the first transistor.
Eine zweckmäßige.Ausführung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist derart ausgebildet, daß das erste und/oder 'das zweite phasenhaltende Rückkopplungsnetz mit einem 0hmschen Teiler ausgebildet sind/ist» Is kann auch vorteil- '. haft sein, wenn in dem zweiten Rückkopplungsnetz ein Spannungsverstärker mit regulierbarem Verstärkungsfaktor oder ein Spannungsverstärker vorhanden ist, wobei ein Ohmscher Teiler gegebenenfalls am Ausgang des Spannungsverstärkers angeordnet werden kann·An expedient embodiment of the circuit arrangement according to the invention is designed in such a way that the first and / or the second phase-holding feedback network are formed with a resistive divider / is "can also be advantageous ". be liable if there is a controllable gain voltage amplifier or a voltage amplifier in the second feedback network, and an ohmic divider may optionally be arranged at the output of the voltage amplifier.
Zumindest in einem phasenhaltenden Rückkopplungsnetz ist es zv/eckmäßig, den Ohmschen Teiler mit regulierbarem Teilungsfaktor, z. B, in Fora eines Potentiometers, auszubilden ,.und/oder einen Spannungsverstärker mit regulierbarem Verstärkungsfaktor, anzuwenden, weil es auf diese Weise besonders leicht ist, auf Grund der erfindungsgemäßen Schaltungsan-At least in a phase-locked feedback network it is zv / eckmäßig, the ohmic divider with adjustable division factor, z. B, in Fora of a potentiometer., And / or a voltage amplifier with regulatable gain factor, apply, because it is particularly easy in this way, due to the circuit arrangement according to the invention
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Ordnung einen veränderlichen Widerstand leistenden Zweipol auszubilden. Abhängig von den ausgewählten Elementen mit veränderlichen Werten kann der Widerstand derart ausgebildet· werden, daß seine Veränderung nach einer gewünschten 'Punktion, z. B. linear, hyperbolisch usw., abläuft. Die Größe des durch den Zweipol dargestellten Widerstandes kann duiOh die Veränderung der Werte der ausgewählten Elemente reguliert werden. Order to form a variable resistance two-pole. Depending on the selected variable-value elements, the resistance may be designed such that its change after a desired puncture, e.g. B. linear, hyperbolic, etc., expires. The magnitude of the resistance represented by the dipole can be used to regulate the variation in the values of the selected elements.
Eine besonders vorteilhafte Ausführung der erfindungsge- . mäßen Schaltungsanordnung, welche -einem einen in breitem Bereich nach einer linearen Punktion veränderbaren Widerstand ersetzenden Zweipol zugrunde gelegt werden kann, ist derart ausgebildet, daß das e.rste phasenhaltende Rückkopplungsnetz mit einem Ohmschen Teiler versehen ist, und das zweite phasenhaltende Rückkopplungsnetz einen Spannungsverstärker und ein am Ausgang des Spannungsverstärkers angeschlossenes Potentiometer aufweist, wobei das Potentiometer mit regulierbarem Teilungsfaktor ausgebildet ist.A particularly advantageous embodiment of erfindungsge-. In accordance with the invention, a circuit which can be based on a two-pole resistor which can be varied in a wide range according to a linear puncture is designed such that the e.rste phase-holding feedback network is provided with an ohmic divider, and the second phase-holding feedback network a voltage amplifier and a Having at the output of the voltage amplifier connected potentiometer, wherein the potentiometer is formed with adjustable division factor.
Der Operationsverstärker und der in dem zweiten phasenhaltenden Rückkopplungsnetz angewendete, zweckmäßig auch mit einem Operationsverstärker verwirklichte Spannungsverstärker sind vorteilhaft mit kompensierendem Driftnetz und Torsatznetz, mit I'requenzkompensierungsnetz, mit gleiche Generatorwiderstände und optimale Rauschfaktoren gewährleistenden Mngangswiderständen, weiter mit einem strombegrenzenden Ausgangswiderstand zum Schutz des ersten Transistors des gesteuerten Elementes und mit einer pegelhaltenden, die Basisspannung in Sperrichtung begrenzenden Diode versehen.The operational amplifier and the voltage amplifier used in the second phase-holding feedback network, advantageously also implemented with an operational amplifier, are advantageous with compensating drift network and gate network, with frequency compensation network, with equal generator resistances and optimum noise factors, furthermore with a current-limiting output resistance for protecting the first transistor of the controlled element and provided with a level-holding, the base voltage in the reverse direction limiting diode.
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Der wichtigste Vorteil des mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung aufgebauten Zweipole besteht darin, daß auf Grund dessen ein Widerstand von hoher Genauigkeit, hoher Stabilität und hoher Belastbarkeit geschafft werden kann· Die zur Ersetzung von veränderlichen iViderständenvorgesehenen Ausfuhrungsformen haben einen Ohmschen Widerstand, welcher kontinuierlich, nach einer gewünschten Punktion veränderlich und in einem breiten Wertbereich regulierbar ist· Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß der Zweipol in den Meßkästchen oder Meßgeräten leicht eingebaut werden kann·The most important advantage of the bipolar circuits constructed with the circuit arrangement according to the invention is that a high-accuracy, high-stability and high-load resistance can be achieved. The embodiments provided for the replacement of variable resistors have an ohmic resistance which is continuous, after a desired one Puncture changeable and adjustable in a wide range of values · Another advantage is that the two-pole can be easily installed in the measuring boxes or measuring instruments ·
Ausführungsbeispiel ... Embodiment ...
Die Erfindung wird an vorteilhaften Ausführungen anhand der beigelegten Zeichnung näher erläutert· In der Zeichnung zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to advantageous embodiments with reference to the enclosed drawing.
Pig. 1: die erfindungsgemäße, zum Aufbau eines widerstandersetzenden Zweipols vorgesehene Schaltungsanordnung;Pig. 1: the circuit arrangement according to the invention, provided for constructing a resistor-replacing two-pole;
Pig· 2: eine einfache Ausführung der. erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, welche zur Ersetzung von · Widerständen veränderlicher Werte vorgesehen ist;Pig · 2: a simple execution of the. Circuit arrangement according to the invention, which is provided for the replacement of resistors of variable values;
Pig. 3: eine vorteilhafte Ausführung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, welche zur Ersetzung eines -Viderstandes von höherer Belastbarkeit und-von in breitem 3ereich linear veränderbarem 7/ert vorgesehen ist, undPig. 3 shows an advantageous embodiment of the circuit arrangement according to the invention, which is provided for the replacement of a resistor of higher load capacity and of a linearly variable 7 / ert in a wide range
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Fig. 4i eine andere -Ausführung der in Fig. 3 sichtbaren Schaltungsanordnung, wobei das gesteuerte Element auf andere Weise.ausgebildet ist.Fig. 4i another embodiment of the visible in Fig. 3 circuit arrangement, wherein the controlled element is formed in other ways.
Wie es in Fig. 1 ersichtlich ist, weist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung eines''Widerstandersetzenden Zwei-· polä ein'gesteuertes Element 1 auf, welches mit einem ersten Transistor 1H versehen ist, 'einen Operationsverstärker 2, zwei phasenhaltende Rückkopplungsnetze 3 und 4 und einen ersten Widerstand 5 aufweist. Der erste Transistor T1 ist· durch seine Basis mit einem Steuereingang des gesteuerten Elementes 1, durch seinen Kollektor, mit einer ersten Anschlußklemme des gesteuerten Elementes 1 und durch seinen Emitter mit einer zweiten Anschlußklemme des gesteuerten Elementes 1 gekoppelt. Der Steuereingang des gesteuerten Elementes 1 ist mit einem Ausgang eines Operationsverstärkers 2 verbunden, wobei die erste Anschlußklemme durch ein erstes phasenhaltendes Rückkopplungsnetz 3 dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 2 zugeführt ist, und eine erste Polklemme K bildet, Die zweite Anschlußklemme des gesteuerten Elementes 1 ist einerseits durch ein zweites phasenhaltendes,Rückkopplungsnetz an den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 2 angeschlossen und andererseits durch einen ersten Widerstand 5 mit einer Klemme gemeinsamen Potentials gekoppelt. Die Klemme gemeinsamen Potentials bildet gleichzeitig eine zweite Polklemme. ' .As can be seen in Fig. 1, the inventive circuit arrangement to eines''Widerstandersetzenden two- · polä ein'gesteuertes element 1 which is provided with a first transistor 1 H, 'an operational amplifier 2, two phase-held feedback networks 3 and 4 and has a first resistor 5. The first transistor T1 is · coupled by its base to a control input of the controlled element 1, through its collector, to a first terminal of the controlled element 1 and through its emitter to a second terminal of the controlled element 1. The control input of the controlled element 1 is connected to an output of an operational amplifier 2, wherein the first terminal is fed through a first phase-holding feedback network 3 to the non-inverting input of the operational amplifier 2, and forms a first pole terminal K. The second terminal of the controlled element 1 is on the one hand connected to the inverting input of the operational amplifier 2 by a second phase-holding, feedback network and, on the other hand, coupled by a first resistor 5 to a common-potential terminal. The clamp of common potential simultaneously forms a second pole terminal. '.
Die in Fig. 1 sichtbare Schaltungsanordnung ermöglicht den Aufbau eines Zweipols, welcher auf folgende Weise arbeitet, wenn im gesteuerten Element 1 ein erster Transistor vom npn-Leituiigstyp vorgesehen ist: Eine positive 3ela- . ·The visible in Fig. 1 circuit arrangement allows the construction of a two-pole, which operates in the following manner, when a first transistor npn Leituiigstyp is provided in the controlled element 1: A positive 3ela-. ·
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stungsspannung U soll zu der ersten Polklemme K zugeführt:werden, und unter ihrer Einwirkung entsteht der erwünschte . Widerstand, zwischen der ersten Polklemme K und der Klemme gemeinsamen Potentials. Die Bedingungen können wie bei einem idealen Operationsverstärker gerechnet werden. Daraus folgt das Ergebnis, daß die Belastungsspannung U durch das erste phasenhaltende Rückkopplungsnetz 3 die Steuerung des nichtinvertierenden Eingangs des Operationsverstärkers 2 mit einer Spannung , „stungsspannung U soll supplied to the first terminal post K: be, and under its action gives the desired. Resistance, between the first pole terminal K and the common potential terminal. The conditions can be calculated as with an ideal operational amplifier. It follows that the load voltage U through the first phase-locked loop feedback network 3 controls the noninverting input of the operational amplifier 2 with a voltage, "
bewirkt, wobei .causes, with.
U die Größe der zum nichtinvertierenden Eingang des Opera-\ • tionsverstärkers 2 zugeführten Spannung undU is the magnitude of the voltage supplied to the non-inverting input of the operational amplifier 2 and
A1 den Spannungsübertragungsfaktor des ersten phasenhaltenden 'Rückkopplungsnetzes 3A 1 is the voltage transfer factor of the first phase-locked feedback network 3
bedeutet. Andererseits bewirkt die Belastungsspannung U einen Strom I durch das gesteuerte Element 1 und den ersten Widerstand 5. Die auf den ersten Widerstand 5 entfallende Spannung bewirkt durch das zweite Rückkopplungsnetz 4, wenn der durch den Zweipol aufgenommene Strom I durch den ersten V/iderstand 5 fließt, die Steuerung des invertierenden Einganges des Operationsverstärkers 2 mit einer Spannungmeans. On the other hand, the load voltage U causes a current I through the controlled element 1 and the first resistor 5. The voltage applied to the first resistor 5 causes voltage through the second feedback network 4 when the current I picked up by the two-pole flows through the first resistor 5 , the control of the inverting input of the operational amplifier 2 with a voltage
U = I · R . A2 , \U = I · R. A 2 , \
-12- . 20.3.1983 . . 61 723/13-12-. 20.3.1983. , 61 723/13
U- die Größe der zum invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 2 zugeführte Spannung,U - the magnitude of the voltage applied to the inverting input of the operational amplifier 2 voltage,
I die Größe des durch den Zweipol aufgenommenen Stroms, R den Wert des Widerstandes 5 und *I the magnitude of the current absorbed by the dipole, R the value of the resistance 5 and *
A2 den Spannungsübertragungsfaktor des zweiten phasenhaltenden Rückkopplungsnetzes 4A 2 is the voltage transfer factor of the second phase-locked feedback network 4
bedeutet. . ' means. , '
In stationärem Zustand nimmt der Unterschied der Eingangsspännuhgen des- Operationsverstärkers 2 praktisch den Siull-· wert an. Aus den vorigen Gleichungen, aufgrund der Belastungsspannung U 'und des aufgenommenen Stroms· I, ergibtsich ,das Verhältnis .In the stationary state, the difference of the input signals of the operational amplifier 2 practically assumes the value of sine. From the previous equations, due to the load voltage U 'and the consumed current · I, the ratio is found.
U/I = R · A2 . Ä~1 U / I = R · A 2 . Ä ~ 1
aufgrund dessen der Widerstand, der durch den Zweipol dargestellt wird, bestimmbar ist. Bs ist ersichtlich, daß" dieser Widerstand lediglich von den Spannungsübertragungsfaktoren der phasenhaltenden Rückkopplungsnetze und vom Wert des ersten Widerstands!5 abhängig ist.due to which the resistance represented by the dipole is determinable. Bs can be seen that "this resistance depends on the voltage transmission factors of the phase holding feedback networks and from the value of the first resistor! 5 only.
In Pig. 2 wurde die Schaltungsanordnung eines relativ einfachen, einen beinahe linear veränderbaren Widerstand darstellenden Zweipols niedriger Belastbarkeit dargestellt, wobei das gesteuerte Element 1 als erster Transistor ΊΊ ausgebildet ist. Das erste phasenhaltende Rückkopplungsnetz 3 besteht vin diesem Falle aus einem Seiler, dessen Teilungsfaktor stabil und Vom Wert eines dritten Widerstands 31 sowie eines vierten Widerstands 32 abhängig ist. Der gemeinsame Punkt der Widerstände 31 und 32 ist mit dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 2 gekoppelt. Bei dieser Schaltungsanordnung besteht das zweite phasenhaltende Rückkopplungs-In Pig. 2, the circuit arrangement of a relatively simple two-pole low-resistance, representing an almost linearly variable resistor, has been represented, wherein the controlled element 1 is designed as a first transistor ΊΊ. The first phase-holding feedback network 3 consists in this case of a Seiler whose division factor is stable and dependent on the value of a third resistor 31 and a fourth resistor 32. The common point of the resistors 31 and 32 is coupled to the non-inverting input of the operational amplifier 2. In this circuit arrangement, the second phase-locked feedback
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netz 4 aus einem Potentiometer 41» welcher zwischen dem Emitter des ersten Transistors T1 und der Klemme gemeinsamen Potentials eingeschaltet ist. Die Ausführung· des Potentiometers 41 ist mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 2,verbunden. Der mit solcher einfachen Schaltungsanordnung realisierte Zweipol arbeitet auf ähnliche Weise, wie es in Zusammenhang mit der Fig. 1 geschrieben wurde, und der Wert des von ihm dargestellten Widerstands ist durch die Einstellung des Potentiometers 41 und durch die Änderung. des Spannungsübertragungsfaktors regulierbar. Der Bereichder Regulierung umfaßt einen Bereich νομ einem minimalen v/ert, welcher beinahe der Summe der 'Werte des ersten Widerstandes 5 und des Kollektor-Emitter-Widerstandes des ersten '.Transistors 21 in ihrem Sättigungsbetrieb ist, bis zu einem maximalen 'Wert, welcher aufgrund des R · AT ausgerechnet werden kann (die Bezugszeichen haben die oben genannten Bedeutungen). Die obere Grenze des mit dem Zweipol erfaßbaren Spannungsbereiches hängt in erster Linie von dem Reziprokwert des Übertragungsfaktors des aus dem dritten Widerstand 31 und dem vierten Widerstand 32 ausgebildeten. : Teilers ab. Die obere Grenze kann durch Verminderung des Übertragungsfaktors erhöht werden, doch ist die Erhöhung nur bi3 zu einem Wert möglich, wo die Größe der verteilten Spannung mit der Driftspannung und der Versatzspannung (Offset-Spannung) des Operationsverstärkers 2 vergleichbar ist. ' '. ' network 4 from a potentiometer 41 »which is connected between the emitter of the first transistor T1 and the terminal common potential. The embodiment of the potentiometer 41 is connected to the inverting input of the operational amplifier 2. The two-pole realized with such a simple circuit works in a similar way as it was written in connection with FIG. 1, and the value of the resistance which it represents is due to the adjustment of the potentiometer 41 and the change. the voltage transfer factor adjustable. The range of regulation includes a range νομ of a minimum value which is nearly the sum of the values of the first resistor 5 and the collector-emitter resistor of the first transistor 21 in its saturation mode, up to a maximum value can be calculated based on the R · AT (the reference numerals have the meanings mentioned above). The upper limit of the voltage detectable with the two-terminal voltage depends primarily on the reciprocal of the transmission factor of the formed of the third resistor 31 and the fourth resistor 32. : Divider off. The upper limit can be increased by decreasing the transmission factor, but the increase is possible only bi3 to a value where the magnitude of the distributed voltage is comparable to the drift voltage and the offset voltage of the operational amplifier 2. ''. '
Die obige Begrenzung kann vermieden werden, wenn für den widerstandersetzenden Zweipol eine Schaltungsanordnung nach JB1Ig · 3 ausgewählt wird. Dieser Zweipol sichert die Regulier-The above limitation can be avoided by selecting a JB 1 Ig * 3 circuit arrangement for the two-resistor resistance-type pole. This two-pole assures the regulation
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barkeit des Widerstandswertes in einem relativ breiten Bereich auf lineare V/eise und ermöglicht eine höhere Belastbarkeit, Bei ihm ist das erste phasenhaltende Rückkopplungsnetz 3 als ein Teiler ausgebildet, welcher aus dem dritten Widerstand 31 und dem vierten Widerstand 32 besteht und mit ständigem Teilungsfaktor zu kennzeichnen ist· Das zweite phasenhaltende .Rückkopplungsnetz 4 enthält außerhalb des Potentiometers 41 einen mit der zweiten An-' schlußklemme des gesteuerten lilementes 1 verbundenen Spannungsverstärker 42, wobei das Potentiometer 41 zwischen dem Ausgang des Spannungsverstärkers 42 und der Klemme geraeinsamen Potentials eingeschaltet ist. Die Ausführung des Potentiometers 41 ist dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 2 zugeführt..Der Spannungsverstärker 42 ist vorteilhaft auf der Basis eines Operationsverstärkers aufgebaut und stellt eine Verstärkung dar, vvelche von den Größen eines Singangswiderstandes 43 sowie eines Rückkopplungswiderstandes 44 abhängig ist.With him the first phase-holding feedback network 3 is formed as a divider, which consists of the third resistor 31 and the fourth resistor 32 and to mark with a constant division factor The second phase-locked feedback network 4 includes, outside of the potentiometer 41, a voltage amplifier 42 connected to the second terminal of the controlled device 1, the potentiometer 41 being connected between the output of the voltage amplifier 42 and the common potential terminal. The embodiment of the potentiometer 41 is fed to the inverting input of the operational amplifier 2. The voltage amplifier 42 is advantageously constructed on the basis of an operational amplifier and represents a gain, which is dependent on the variables of a signal resistance 43 and a feedback resistor 44.
Der Zweipol nach Pig. 3 weist in seinem gesteuerten element-1 zwei in Reihe angeordnete Darlington-Verstärkerstufen auf. Die erste Verstärkerstufe besteht aus dem ersten 'transistor T1 und einem zweiten Transistor T2, wobei der zweite Transistor T2 über.seine Basis mit dem Emitter des ersten Transistors T1 verbunden ist. Zwischen dem Emitter des zweiten Transistors T2 und dessen Basis ist ein fünfter Widerstand 11 eingeschaltet. Die zweite Verstärkungsstufe besteht aus einem fünften Transistor T'5 und einem vierten Transistor T4, wobei der vierte Transistor T4 durch seine Basis mit dem Emitter des fünften Transistors T5 verbunden ist» Zwischen dem Smitter und der Basis des viertenThe two-pole after Pig. 3 has in its controlled element-1 two series arranged Darlington amplifier stages. The first amplifier stage consists of the first transistor T1 and a second transistor T2, wherein the second transistor T2 is connected via its base to the emitter of the first transistor T1. Between the emitter of the second transistor T2 and the base of a fifth resistor 11 is turned on. The second amplification stage consists of a fifth transistor T'5 and a fourth transistor T4, the fourth transistor T4 being connected by its base to the emitter of the fifth transistor T5. Between the smitter and the base of the fourth
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Transistors T4 ist ein sechster Widerstand 12 eingeschaltet. Die Kollektoren des viertenTransistors T4 und des fünften Transistors T5 sind gemeinsam durch eine Schutzdiode D mit der ersten Anschlußklemme des gesteuerten Elementes 1 ver- , bunden. ' :... .Transistor T4 is a sixth resistor 12 is turned on. The collectors of the fourth transistor T4 and the fifth transistor T5 are connected in common by a protection diode D to the first terminal of the controlled element 1 connected. ': ....
Der Emitter des vierten Transistors 14 ist mit den zueinander geschalteten Kollektoren des ersten Transitors Ϊ1 und des zweiten Transistors T2 verbunden, wobei der Emitter des zweiten Transistors T2 mit der zweiten Anschlußklemme· des gesteuerten Elementes 1 gekoppelt ist. Die Basis des fünften Transistors T5 ist zu dem Ausgang eines zwischen dem Kollektor des fünften Transistors T5.und der zweiten Anschlußklemme des gesteuerten Elementes 1 eingeschalteten Basisverteilers geführt.The emitter of the fourth transistor 14 is connected to the collectively connected collectors of the first transistor Ϊ1 and the second transistor T2, wherein the emitter of the second transistor T2 is coupled to the second terminal · of the controlled element 1. The base of the fifth transistor T5 is led to the output of a base distributor connected between the collector of the fifth transistor T5 and the second terminal of the controlled element 1.
Der Operationsverstärker 2 sowie der den Spannungsverstärker 42 verwirklichende Operationsverstärker können mit den gewöhnlichen Driftnetzen, Verstanznetzen (Cffset-iietzen) und Frequenzkompensierungsnetzen, mit gleichen Generatorwiderständen und optimalen Rauschfaktoren gewährleistenden Eingangswiderständen, weiter mit einem strombegrenzenden Ausgangswiderstand zum Schutz des ersten Transistors T1 des gesteuerten Elementes 1 und mit einer pegelhaltenden, die Basis des ersten Transistors T1 gegen die in operrichtung vorhandene Spannung schützenden. Diode versehen werden.The operational amplifier 2 as well as the operational amplifier implementing the voltage amplifier 42 can be provided with the usual drift networks, crosstalk networks and frequency compensation networks, input resistors with equal generator resistors and optimum noise factors, further with a current limiting output resistor for protecting the first transistor T1 of the controlled element 1 and with a level-retaining, the base of the first transistor T1 against the present in the operating direction voltage protective. Diode be provided.
Der aufgrund der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung aufgebaute Zweipol arbeitet, wie es bei Pig. 1 beschrieben ! wurde. Der in dem zweiten phasenhaltenden RückkopplungsnetzThe constructed on the basis of the circuit arrangement according to the invention Zweipol operates, as in Pig. 1 described ! has been. The in the second phase-locked feedback network
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vorgesehene Spannungsverstärker 42 kann den zu dem durch das gesteuerte Element 1 durchfließenden Strom proportionalen Spannungspegel' in einem solchen Maße vergrößern, daß diese Spannung, auch nach einer Verteilung mit dem Potentiometer 41» geeignet ist, das gesteuerte Element 1 durch den · Operationsverstärker 1 au steuern. Dank Einschaltung des ersten Transistors T1 in einer Darlington-Verstärkerstufe kann der Zweipol mit. wesentlich höherem Strom belastet werden als die' vorher beschriebene Ausführung, ohne den Ausgangsstrom des Operationsverstärkers 2 in größerem Maße vergrößern zu müssen. Die mit der ersten, den ersten Transistor Ϊ1 enthaltenden, in Reihe geschaltete, zweite Darlington-Verstärkerstufe bewirkt die Ausbreitung des Arbeitsbereiches des Zweipols hinsichtlich der Spannungen, und die in Reihe geschaltete Schutzdiode D sichert den Schutz des Zweipols gegen die Spannungen mit unerwünschter Polarität. . .Voltage amplifiers 42 provided can increase the voltage level 'proportional to the current flowing through the controlled element 1 to such an extent that this voltage, even after distribution with the potentiometer 41, is suitable for controlling the controlled element 1 through the operational amplifier 1 , Thanks to the connection of the first transistor T1 in a Darlington amplifier stage of the two-pole with. burdened much higher current than the 'previously described embodiment, without having to increase the output current of the operational amplifier 2 to a greater extent. The series-connected second Darlington amplifier stage, comprising the first, first transistor Ϊ1, propagates the working range of the two-pole with respect to the voltages, and the series-connected protective diode D secures the protection of the two-pole against the voltages of undesired polarity. , ,
Der fünfte Widerstand 11 und der sechste Widerstand 12, die zur M.odifizierung der 'Darlington-Verstärker stuf en- vorgesehen sind, bewirken die Verminderung der Abhängigkeit der resultierenden Stromverstärkungsfaktoren von dem Arbeitspunkt und ermöglichen die schnellere Sperrung der Transistoren. -.·'-.The fifth resistor 11 and the sixth resistor 12, which are provided for modifying the Darlington amplifiers, reduce the dependence of the resulting current amplification factors on the operating point and enable the transistors to be blocked more quickly. -. · '-.
Palis die Klemme gemeinsamen Potentials des dargestellten Zweipols hinsichtlich derjenigen Klemme negativer Hilfsspeisespannung, deren Potential niedriger als der der Klemme mit Itfullpotential ist, verbunden wird, kann die minimale Belastbarkeit auf Null vermindert v/erden, und soPalis the terminal of common potential of the illustrated two pole with respect to that negative auxiliary supply voltage terminal whose potential is lower than that of the terminal with Itfullpotential is connected, the minimum load capacity can be reduced to zero, and so on
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ist es möglich, die untere Grenze des Bereiches der durch den Zweipol ersetzbaren Widerstände beinahe zu ITuIl zu verringern» · .it is possible to almost reduce the lower limit of the range of resistances which can be replaced by the two-pole resistor.
Der Aufbau des gesteuerten Elementes 1 des Zweipols hängt grundsätzlich von dem Strombereich der Belastung und von der dissipierten maximalen Leistung ab. In J?ig. 4 ist ein gesteuertes element 1 sichtbar, welches in einem nach der Schaltungsanordnung der Pig. 3 aufgebauten Zweipol anwendbar ist und zur Belastung mit höheren Strömen bei niedrigeren Belastungsspannungen geeignet ist» Das gesteuerte Element 1 weist einen mit dem ersten Transistor ΪΊ verbundenen Jimitterwiderstand 13 auf und ist mit einem dritten Transistor T3 und einem sechsten Transistor T6 versehen, deren Leitungstyp mit dem des ersten Transistors T1 gleich ist. Die Kollektoren dieser drei Transistoren sind miteinander verbunden und durch eine Schutzdiode D der ersten ' Anschlußklemme des gesteuerten Elementes 1 zugeschaltet, wobei die Basen des dritten Transistors T3 und des sechsten Transistors Τβ mit dem Emitter· des ersten Transistors T1 gekoppelt sind. Der Emitter des dritten Transistors 1T3 ist über einen zweiten Widerstand 14» und der Emitter des sechsten Transistors T6 ist über einen siebenten Widerstand. 15 mit einem Pol des Emitterwideratandes 13 verbunden. Die Ausgänge dieser Widerstände sind mit der zweiten Anschlußklemme des gesteuerten ElementesV1 verbunden.The structure of the controlled element 1 of the bipole basically depends on the current range of the load and on the dissipated maximum power. In j. 4 is a controlled element 1 visible, which in one of the circuit arrangement of Pig. The controlled element 1 has a jitter resistor 13 connected to the first transistor ΪΊ, and is provided with a third transistor T3 and a sixth transistor T6 whose conductivity type is the same as that of FIG of the first transistor T1 is the same. The collectors of these three transistors are connected together and connected through a protective diode D of the first 'terminal of the controlled element 1, wherein the bases of the third transistor T3 and the sixth transistor Τβ are coupled to the emitter · of the first transistor T1. The emitter of the third transistor 1 T3 is connected via a second resistor 14 "and the emitter of the sixth transistor T6 is connected via a seventh resistor. 15 is connected to one pole of the emitter resistor land 13. The outputs of these resistors are connected to the second terminal of the controlled element V1.
Bei der Anwendung des gesteuerten Elementes 1 wird der Be-, lastungsstrom in einem durch den Emitterwiderstand 13, den zweiten Widerstand 14 und den siebenten "Widerstand 15 bestimmten Verhältnis zwischen den Transistoren verteilt, und dadurch kann die Belastbarkeit des mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ausgebildeten Zweipols erhöht werden.In the application of the controlled element 1, the load current is distributed in a relationship between the transistors determined by the emitter resistor 13, the second resistor 14 and the seventh resistor 15, and thereby the load capacity of the two-pole formed with the circuit arrangement according to the invention can be increased become.
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Applications Claiming Priority (1)
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