DE1031373B - Schaltungsanordnung zum Stabilisieren der von einer Gleichspannungsquelle an eine Belastung gelieferten Spannung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Stabilisieren der von einer Gleichspannungsquelle an einer Belastung erzeugten Spannung und bezweckt die Schaffung einer zuverlässigen Stabilisationsschaltung mit genau geregelter Gleichspannung, insbesondere für eine Anlage, die längere Zeit ohne Überwachung arbeiten muß.

Es wurde bereits vorgeschlagen, bei einer solchen Stabilisationsschaltung einen Transistor zu verwenden, dessen Kollektor-Emitter-Kreis zwischen die zu regelnde Spannungsquelle und die Belastung geschaltet ist, wobei außerdem eine Bezugsspannungsquelle vorgesehen ist, deren eine Klemme mit der Basis dieses Transistors in Verbindung steht. Der Transistor ist also mit »geerdetem« Kollektor geschaltet, so daß unter anderem der Emitter selbsttätig im wesentlichen auf dem gleichen Potential wie die Basis gehalten wird. Bei dieser Schaltungsanordnung ist die an die Basis angelegte Spannung eine konstante Bezugsspannung, und weil die Spannung des Emitters den gleichen Wert wie die Spannung der Basis anzunehmen sucht, liefert der Emitter eine Ausgangsspannung, die innerhalb eines bestimmten Bereiches von Eingangsspannungs- und/oder Belastungsänderungen im wesentlichen konstant, also stabilisiert ist. Weil die zwischen dem Emitter und der Basis erforderliche Spannung sehr gering ist, wird die Bezugsspannung im wesentlichen gleich der gewünschten Ausgangsspannung gewählt, wobei die Bezugsspannungsquelle vorzugsweise eine Batterie ist.

Bei einer solchen Schaltungsanordnung ist der der Bezugsspannungsquelle entnommene Strom klein, aber nicht so klein, daß in einer längere Zeit ohne Überwachung arbeitenden Anlage hierfür eine Batterie ohne Bedenken benutzt werden kann. Der der Bezugsspannungsquelle entnommene Strom kann aber durch die vorliegende Erfindung beträchtlich verringert werden.

Es wurde ferner bereits eine Schaltungsanordnung zur Stabilisierung von Gleichspannungen vorgeschlagen, wie sie zur Speisung eines elektrischen Verbrauchers, z. B. eines Rundfunkempfängers oder einer Fernsprechanlage, dienen, unter Verwendung von Transistoren, bei der drei parallel geschaltete Kreise vorgesehen sind. Von diesen Kreisen enthält einer die Reihenschaltung einer Speisequelle und eines ersten Transistors, der zweite den elektrischen Verbraucher und der dritte einen zweiten Transistor in Reihe mit einer Bezugsquelle. Der zweite Transistor erzeugt hierbei einen von dem Unterschied zwischen der Spannung des Verbrauchers und der Spannung der Bezugsquelle abhängigen Regelstrom, der in einem die Verbraucherspannung stabilisierenden Sinne dem ersten Transistor zugeführt wird.

Schaltungsanordnung zum Stabilisieren

der von einer Gleichspannungsquelle

an eine Belastung gelieferten Spannung

Anmelder:

N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Niederlande)

Vertreter: Dipl.-Ing. K. Lengner, Patentanwalt,
Hamburg I₁ Mönckebergstr. 7

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 11. August 1954 und 26. April 1955

Eric Wolfendale, Horley, Surrey (Großbritannien),
ist als Erfinder genannt worden

Bei einer weiteren, bereits vorgeschlagenen Schaltungsanordnung zum Stabilisieren der von einer Spannungsquelle einem Verbraucher zugeführten Gleichspannung mittels eines Transistors, bei der die Spannungsquelle in den Kollektorkreis und der Verbraucher in den Emitterkreis des Transistors geschaltet ist, so daß der Speisestrom über die Kollektor-Emitter-Elektrodenstrecke des Transistors fließt, ist in den Basiskreis des Transistors eine Quelle konstant bleibender Spannung, zweckmäßig ein Kondensator, eingeschaltet.

Demgegenüber ist die Schaltungsanordnung nach der Erfindung gekennzeichnet durch einen Transistor mit einer Emitter-Kollektor-Stromverstärkung gleich nahezu Eins, dessen Kollektor mit einer der Klemmen der Spannungsquelle verbunden und dessen Emitter an die entsprechende Klemme der Belastung angeschlossen ist, weiter durch eine Bezugsspannungsquelle sowie durch von der letzteren gesteuerte Mittel, die an der Basis des erwähnten Transistors eine annähernd konstante stabilisierte Spannung erzeugen und dieser Basis einen Strom liefern, der den von der Bezugsspannungsquelle gelieferten Strom übersteigt.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert, in der

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung und

Fig. 2 eine Abänderung der Fig. 1 dargestellt.

809 529/344

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 enthält einen ersten pnp Schichttransistor T₁, dessen Kollektor-Emitter-Kreis zwischen eine Eingangsklemme 1 und eine Ausgangsklemme 2 geschaltet ist. Der Emitter-Kollektor-Kreis eines zweiten Transistors T₂ von

der mit dem Emitterstrom des Transistors T₂ identisch ist, nimmt dann proportional ab. Dank der Form der I_c/I_ö-Charakteristik des Transistors T₂ wird der Basisstrom I_bl einen Wert erreichen, bei welchem die Richtung des Basiisstromes I_b2 des Transistors T₂ umgekehrt und deshalb die Bezugsspannungsquelle 5 aufgeladen wird. Unter diesen Umständen wird die Ausgangsspannung immer noch stabilisiert, und die Bezugsspannungsquelle liefert

gleichem Leitfähigkeitstyp liegt im Basiskreis des ersten Transistors, und seine Basis ist über eine Bezugsspannungsbatterie 5 mit den anderen Eingangsbzw. Ausgangsklemmen 3 und 4 verbunden. Eine als

Widerstand dargestellte Belastung? liegt zwischen io keinen Strom, sondern sie wird im Gegenteil aufden Ausgangsklemmen 2 und 4. geladen. Wird der Belastungsstrom I_L aber noch

Der zweite Transistor T₂ wird also von der Be- weiter herabgesetzt, so erreicht er einen Wert, bei zugsspannungsquelle gesteuert und erzeugt eine im dem sich der Basisstrom I_bl des Transistors T₁ dem wesentlichen konstante stabilisierte Spannung an der Werte Null nähert. Die Stabilisationswirkung der Basis des ersten Transistors. Wie der Transistor T₁ 15 Schaltung hört dann auf, da die Richtung des Basishat auch er eine Emitter-Kollektor-Stromverstärkung stromes I_bl tatsächlich nicht umkehrbar ist, weil im gleich nahezu Eins. Basiskreis des Transistors T₁ der Emitterkreis des

Ein Schichttransistor mit geerdetem Kollektor hat Transistors T₂ liegt. Tatsächlich weist dieser Kreis die folgenden Eigenschaften: plötzlich einen Sperrwiderstand von der Ordnung von

a) Das Verhältnis zwischen seinem Ausgangs- oder 20 2 bis 3 ΜΩ anstatt seines normalen Durchlaßwider-Emitterstrom und seinem Eingangs- oder Basis- Standes, z. B. von 50 bis 100 Ohm, auf. strom ist ungefähr gleich a'; Um diesen Nachteil zu beseitigen und den Stability das Verhältnis zwischen der Summe der zwischen sationsbereich auszudehnen, kann entsprechend Fig. 2 seinen Eingangsklemmen 1 und 3 liegenden Impe- ein Widerstand 10 zwischen den Emitter des Trandanz und seiner Basisimpedanz einerseits und 25 sistors T₂ und der von diesem Transistor abgewandseiner Ausgangsimpedanz andererseits ist eben- ten Klemme der Quelle 5 geschaltet werden. Infolge falls etwa gleich a'; dieses Widerstandes 10 kann die Richtung des Basis-

c) seine Emitterspannung entspricht immer ungefähr Stromes I_bl nunmehr umkehren, ohne daß diese Ändeseiner Basisspannung. rung mit einer Richtungsumkehr des Emitterstromes

Weil sein Emitter-Kollektor-Strom mit dem Basis- 30 des Transistors T₂ einhergeht, weil dieser Strom strom (I_bl) des ersten Transistors T₁ identisch ist, außer zur Basis des Transistors T₁ auch durch den arbeitet der Transistor T₂ der Fig. 1 tatsächlich als Widerstand 10 fließen kann. Durch passende Wahl ein Stromteiler. Der von der Bezugsspannungsquelle des Widerstandes 10 kann man deshalb erreichen, daß dem zweiten Transistor gelieferte Basisstrom (Z₆₂) ist der Transistor T₂ selbst dann nicht gesperrt wird, deshalb um das a₂-fache kleiner als der Basisstrom I_bl 35 wenn der Belastungsstrom bis auf Null sinkt. Die und gleich dem durch a( · a₂ dividierten Belastungs- Stabilisationswirkung der Schaltungsanordnung wird

mithin in einem Belastungsstrombereich beibehalten, der sich von Null an aufwärts erstreckt. Der Wert des Widerstandes 10 ist derart zu wählen, daß der

strom I_L, wobei W₁ und a₂ die Stromverstärkungsfaktoren der Transistoren T₁ bzw. T₂ darstellen. Die Ausgangsimpedanz der Schaltung entspricht etwa der

Summe der zwischen den Eingangsklemmen 1 und 3 40 diesen Widerstand durchfließende Strom mindestens liegenden Impedanz und der Basisimpedanz des Tran- dem Maximalstrom entspricht, der den Basiskreis des

Transistors T₁ in der Sperrichtung durchfließen kann.

Die Stabilisationsschaltung arbeitet also derart, als ob die Belastung aus einer Quelle mit der Eigenimpedanz Null von derselben Spannung wie die Bezugsspannungsquelle 5 gespeist und an sie über einen Widerstand Ro angeschlossen wäre, wobei Ro sehr klein, und zwar gleich
50

sistors T₂ dividiert durch U₁ · a₂ plus der Eingangsimpedanz des ersten Transistors T₁ dividiert durch H₁. Der genaue Wert des der Bezugsspannungsquelle 5 entnommenen Stromes J₆₂ ist:

Il

L COl

— J

CO2,

wo Iqoi und I_C02 die Kollektorleckströme darstellen,

welche die betreffenden Transistoren T₁ bzw. T₂ r_el -f "" -1 -f^

durchfließen, wenn ihr Emitterstrom gleich Null ist. ^ai aro.%

Diese Leckströme fließen zur Basis des betreffenden

Transistors in einer Richtung, die der des normalen 55 ist. Dank dieser sehr kleinen Ausgangsimpedanz ist Basisstromes entgegengesetzt ist. Wenn der Be- es möglich, eine vorzügliche Stabilisierung und eine lastungsstrom kleiner als etwa /_COl · a₂' wird, tritt sehr konstante Ausgangsspannung zu erreichen, demzufolge eine Umkehrung der Richtung des Basis- Gewünschtenfalls kann ein Widerstand 12 zwischen

Stromes I_b2 ein. den Emitter und den Kollektor des Transistors T₁

Dies hat zur Folge, daß für Belastungsströme, die 60 geschaltet werden, um es zu ermöglichen, größere kleiner sind als dieser Wert, der Transistor T₂ ge- Ströme durch die Belastung 7 fließen zu lassen. In sperrt wird. Wenn der Transistor T₂ gesperrt ist, diesem Fall soll aber immer mindestens ein Minihat er eine sehr hohe Basis-Emitter-Impedanz, z. B. malstrom die Belastung durchfließen, der durch die eine Impedanz von 2 bis 3 M₁Q, und die Stabilisation Eingangs- und Ausgangsspannungen und durch den geht verloren. Deshalb¹ stabilisiert die Schaltungsan- 65 Wert des Widerstandes 12 bedingt ist. Ordnung nach Fig. 1 die Ausgangs spannung, solange Es leuchtet ein, daß mindestens eine zusätzliche

Transistorstufe mit geerdetem Kollektor zwischen die Transistoren T₁ und T₂ geschaltet werden kann, insbesondere, wenn der Belastung große Ströme züge-

der von der Belastung aufgenommene Strom I_L größter als der erwähnte Wert von etwa /_COl · a₂ bleibt. Dies leuchtet ein, wenn angenommen wird, daß der Strom I₁

allmählich herabgesetzt wird. Der Basisstrom I_bv 70 geführt werden sollen. Die geschilderten Schaltungs-

anordnungen sind hauptsächlich zur Stabilisierung von Quellen niedriger Spannung in der Größenanordnung von 1 bis 20 V vorgesehen. Bei entsprechend höherer Bezugsspannung können jedoch auch Quellen mit höheren Spannungen stabilisiert werden.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Stabilisieren der von einer Gleichspannungsquelle an eine Belastung gelieferten Spannung, gekennzeichnet durch einen Transistor (T₁) mit einer Emitter-Kollektor-Stromverstärkung gleich nahezu Eins, dessen Kollektor mit einer der Klemmen der Spannungsquelle verbunden und dessen Emitter an die entsprechende Klemme der Belastung angeschlossen ist, weiter durch eine Bezugsspannungsquelle sowie durch von letzterer gesteuerte Mittel, die an der Basis des erwähnten Transistors eine annähernd konstante stabilisierte Spannung erzeugen und dieser Basis einen Strom liefern, der den von der Bezugsspannungsquelle gelieferten Strom übersteigt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Bezugsspannungsquelle gesteuerten Mittel aus einem zweiten Transistor (T₂) von gleichem Leitfähigkeitstyp bestehen, dessen Emitter-Kollektor-Stromverstärkung ebenfalls gleich nahezu Eins ist und dessen Kollektor geerdet ist, wobei der Basis-Emitter-Kreis dieses zweiten Transistors zwischen der Basis des ersten Transistors und der Bezugsspannungsquelle liegt.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Widerstand zwischen den Emitter des zweiten Transistors (T₂) und die von diesem Transistor abgewandte Klemme der Bezugsspannungsquelle geschaltet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentanmeldung M 19258 VIII a/21 a⁴.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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