DE1052529B

DE1052529B - Circuit arrangement for limiting an electrical voltage

Info

Publication number: DE1052529B
Application number: DEL27218A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Erich Zimmermann
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1957-03-25
Filing date: 1957-03-25
Publication date: 1959-03-12

Description

DEUTSCHESGERMAN

Bei Regel anordnungen wird ihäufig die Aufgabe gestellt, die Regelspannung auf einen bestimmten oberen Wert zu begrenzen. Unterhalb des Grenzwertes kann die Spannung dagegen jeden beliebigen Wert annehmen. In Fig. 1 der Zeichnung ist eine bekannte Begrenzerschaltung darges teilt, wile sie beispielsweise in einem Regler für konstante Übergabeleistung in elektrischen Netzen verwendet werden kann. Diese Schaltung besitzt eine Spannungsquelle 1, deren Spannung der zu begrenzenden Übergabeleistung oder irgendeiner anderen Größe proportional ist. Diese Spanrruingsquelle kann beispielsweise aus einem Tachodynamo bestehen, wenn eine Grenzdrehzahlreglung vorgesehen ist. Die Widerstände 2 und 3 stellen Spannungsteiler dar. Mit 4 ist eine Konstantspannungsquelle bezeichnet, die an einem aus den Widerständen 5 und 6 bestehenden Spannungsteiler liegt. Die negativen Pole der Spannungsquellen sind miteinander verbunden. Während am Widerstand 6 die konstante Grenzspannung U_g liegt, hängt die Spannung U an dem Widerstand 3 von der Spannung der Spannungsquelle 1. ab. Die einzelnen Widerstände der Spannungsteiler sind so bemessen, daß an den Widerständen 3 und 6 beim Erreichen des Grenzwertes gleich große Spannungen abfallen. Zwischen den Spannungsteilern liegt ein Gleichrichter 7. Wenn nun die Spannungsquelle 1 den zulässigen Wert überschreitet, so wird der Spannungsabfall an dem Widerstand 3 größer als der Spannungsabfall am Widerstand 6. Folglich fließt ein Strom über den Gleichrichter und den Widerstand 6, so daß die am Widerstand 3 abfallende Spannung U den Grenzwert U_g nicht wesentlich überschreitet. In control arrangements, the task is often set to limit the control voltage to a certain upper value. On the other hand, the voltage can assume any value below the limit value. In Fig. 1 of the drawing, a known limiter circuit is Darges shares, wile it can be used, for example, in a controller for constant transfer power in electrical networks. This circuit has a voltage source 1, the voltage of which is proportional to the transfer power to be limited or some other variable. This Spanrruingsquelle can for example consist of a tacho dynamometer if a limit speed control is provided. The resistors 2 and 3 represent voltage dividers. 4 denotes a constant voltage source which is connected to a voltage divider consisting of the resistors 5 and 6. The negative poles of the voltage sources are connected to one another. While the constant limit voltage U _g is applied to the resistor 6, the voltage U to the resistor 3 depends on the voltage of the voltage source 1. The individual resistors of the voltage dividers are dimensioned so that voltages of the same size drop across resistors 3 and 6 when the limit value is reached. A rectifier 7 is located between the voltage dividers. If the voltage source 1 exceeds the permissible value, the voltage drop across the resistor 3 is greater than the voltage drop across the resistor 6. Consequently, a current flows through the rectifier and the resistor 6, so that the am Resistance 3 dropping voltage U does not significantly exceed the limit value U _g.

Die Spannung U am Widerstands oder der durch diesen Widerstand fließende Strom kann zur Regelung der betreffenden Größe dienen, indem beispielsweise durch diese Spannung oder den Strom die Steuerwicklung eines Magnetvcrstärkcrs beaufschlagt wird.The voltage U at the resistor or the current flowing through this resistor can be used to regulate the relevant variable, for example by applying this voltage or the current to the control winding of a magnet amplifier.

Die beschriebene Begrenzerschaltung hat folgende Nachteile: Wenn die Spannung U größer als die Spannung Ug ist, so fließt ein erheblicher Strom über den Gleichrichter 7 und den Widerstand 6, wodurch der Spannungsabfall am Widerstand 6 zusätzlich erhöht wird. Um diese den Grenzwert der Spannung verfälsehende Spannungserhöhung am Widerstand 6 möglichst klein zu halten, muß der Widerstand 6 niederohmig ausgelegt sein. Damit aber andererseits in dem Widerstand 6 die Spannung U₁, erzeugt werden kann, ist ein hoher Strom erforderlich, der von der Konstantspannungsquelle 4 geliefert werden muß. Die Konstantspannungsquelle erfordert einen großen technischen Aufwand und ist daher ziemlich teuer. Wenn nun die Spannung U kleiner als die Spannung U_g ist, Schaltungsanordnung zur Begrenzung
einer elektrischen SpannungThe limiter circuit described has the following disadvantages: If the voltage U is greater than the voltage Ug , a considerable current flows through the rectifier 7 and the resistor 6, as a result of which the voltage drop across the resistor 6 is additionally increased. In order to keep this voltage increase at the resistor 6, which falsifies the limit value of the voltage, as small as possible, the resistor 6 must be designed with a low resistance. However, so that, on the other hand, the voltage U ₁ can be generated in the resistor 6, a high current is required which must be supplied by the constant voltage source 4. The constant voltage source requires a great deal of technical effort and is therefore quite expensive. If the voltage U is now less than the voltage U _g , circuit arrangement for limiting
an electrical voltage

Anmelder:Applicant:

LICENTIA Patent-Verwaltungs-G.m.b.H., Hamburg 36, Hohe Bleichen 22LICENTIA Patent-Verwaltungs-G.m.b.H., Hamburg 36, Hohe Bleichen 22

Dr.-Ing. Erich Zimmermann, Heiligenhaus,
ist als Erfinder genannt wordenDr.-Ing. Erich Zimmermann, Heiligenhaus,
has been named as the inventor

so fließt über den Gleichrichter ein gewisser Sperrstrom, wodurch wiederum die Spannung U in unzulässiger Weise erhöht wird.a certain reverse current flows through the rectifier, which in turn increases the voltage U in an impermissible manner.

Auf einem anderen Gebiet, nämlich bei Spannungsund Stromkonstanthaltern, sind bereits Schaltungen bekanntgeworden, die sich vorteilhaft die Eigenschaften des Transistors zunutze machen. Bei einer solchen bekannten Schaltung zur Konstanthaltung einer Speisespannung sind dem Verbraucher zwei Shuntpfade parallel geschaltet. Der eine besteht aus Widerständen und einem Potentiometer, der andere aus einer Zenerdiode und einem Widerstand. Zwischen diese beiden Shuntpfade ist ein Transistor so eingefügt, daß bei Schwankungen der unstabilisierten Speisespannung ein mehr oder minder großer Strom über den Transistor fließt, wodurch in einem Widerstand ein die Schwankungen ausgleichender Spannungsabfall hervorgerufen wird.Circuits are already in another area, namely voltage and current stabilizers became known, which advantageously make use of the properties of the transistor. At a Such a known circuit for keeping a supply voltage constant are two consumers Shunt paths connected in parallel. One consists of resistors and a potentiometer, the other from a zener diode and a resistor. A transistor is inserted between these two shunt paths in such a way that, in the event of fluctuations in the unstabilized Supply voltage a more or less large current flows through the transistor, which in a resistor a voltage drop compensating for the fluctuations is caused.

Bei einer ähnlichen Schaltungsanordnung zur Strom- und Spannungskonstanthaltung wird ebenfalls ein Transistor in Verbindung mit einer Zenerdiode und verschiedenen Widerständen verwendet. Auch hier wird der Transistor bei Schwankungen der Spannung mehr oder weniger ausgesteuert. Auf diese Weise wird ein variabler Spannungsabfall erzeugt, der das Gitterpotential zweier gittergesteuerter Ionenröhren verändert. Diese Ionenröhren liegen an den Sekundärwicklungen eines Transformators und liefern den dem Verbraucher zugeführten ausgeregelten Gleichstrom.With a similar circuit arrangement for keeping current and voltage constant, a transistor used in conjunction with a zener diode and various resistors. Even here the transistor is more or less controlled when the voltage fluctuates. To this A variable voltage drop is generated, which is the grid potential of two grid-controlled ion tubes changes. These ion tubes are attached to the secondary windings of a transformer and deliver the regulated direct current supplied to the consumer.

Beim Gegenstand der Erfindung wird zwar auch ein Transistor benutzt, jedoch ist seine Schaltung und der angestrebte Zweck ein völlig anderer.In the subject matter of the invention, a transistor is also used, but its circuit is and the intended purpose is completely different.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die beschriebenen Nachteile der bekannten Begnanzersehaltung zu beheben. Gegenstand der Erfindung ist eine Schaltungsanordnung zur Begrenzung einer elektrischen Span-It is the object of the invention to remedy the disadvantages of the known Begnanzer attitude described. The invention relates to a circuit arrangement for limiting an electrical voltage

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nung, vorzugsweise eine Begrenzerschaltung für Regelspannungen. Erfindumigsgemäß wird die zu begrenzende Spannung über die Emitter-Basis-Strecke eines Transistors mit einer Konstantspannung verglichen, während die Emitter-Kollektor-Strecke an der zu begrenzenden Spannung liegt, so daß bei Überschreitung des Grenzwertes der Spannungen ein kleiner Steuerstrom vom Emitter zur Basis fließt, wodurch ein größerer Strom vom Emitter zum Kollektor freigegeben wird und die Spannung auf den vorgeschriebenen Wert begrenzt wird.voltage, preferably a limiter circuit for control voltages. According to the invention, the one to be limited The voltage across the emitter-base path of a transistor is compared with a constant voltage, while the emitter-collector path is due to the voltage to be limited, so that when it is exceeded the limit value of the voltages a small control current flows from the emitter to the base, whereby a larger current is released from the emitter to the collector and the voltage on the prescribed Value is limited.

Die Zeichnung zeigt in Fig. 2 den Gegenstand der Erfindung an Hand eines Auisführungsbeispiels. Die der Schaltung gemäß Fig. 1 entsprechenden Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Der Transistor? liegt mit seiner Basis an dem Mittelabgriff des Spannungsteilers 5, 6. Der Emitter ist an dem Mittelabgriff des Spannungsteilers 2, 3 angeschlossen, wäh · rcnd der Kollektor zur Verbindungsleitung zwischen den beiden Spannungsteilern führt. Die Arbeitsweise der Schaltung ist folgende: Solange die Spannung U am Widerstand 3 kleiner als die Grenzspannung U_g am Widerstand 6 ist, ist der Emitter des Transistors 7 negativ gegenüber der Basis, folglich fließt weder über die Basis- noch über die Kollektorzuleitung ein Strom. Sobald die Spannung U die Spannung U_g um einen geringen Betrag übersteigt, wird der Emitter gegenüber der Basis positiv, und es fließt vom Emitter zur Basis ein äußerst kleiner Steuerstrom, der größenordnuingsmäßig einige μΑ beträgt. Durch diesen Steuerstrom wird die Emitter-Kollektor-Strecke leitend, und es fließt ein wesentlich größerer Strom vom Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 2 und 3 zur Verbindungsleitung zwischen den beiden Spannungsteilern. Dieser zum Strom im Widerstand 3 parallele Strom stellt sich selbsttätig so ein, daß die Spannung U sehr wenig größer wird als die Spannung U_g. Da über die Basisstrecke des Transistors nur der sehr geringe Steuerstrom fließt, kann der Spannungsteiler 5, 6 sehr hochohmig ausgeführt werden, ohne daß seine Spannung durch den Basisstrom des Transistors verfälscht wird. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß der Kollektorstrom schneller ansteigt als der Strom in einem entsprechenden Gleichrichter. Bei hochohmigem Spannungsteiler 5, 6 genügt ein sehr kleiner Strom zur Erzielung der erforderlichen Grenzspannung U_g, was sich günstig auf die Dimensionen der Konstantspannungsquelle auswirkt. Der Transistor kann sowohl ein Flächen- als auch ein Spitzentransistor sein. Ferner kann die Schaltung sowohl miit einem pnp- als auch einem npn-Transistor aufgebaut werden.The drawing shows in FIG. 2 the subject matter of the invention on the basis of an exemplary embodiment. The parts corresponding to the circuit according to FIG. 1 are provided with the same reference numerals. The transistor? has its base at the center tap of the voltage divider 5, 6. The emitter is connected to the center tap of the voltage divider 2, 3, while the collector leads to the connection line between the two voltage dividers. The operation of the circuit is as follows: As long as the voltage U at the resistor 3 is less than the limit _{voltage U g} at the resistor 6, the emitter of the transistor 7 is negative compared to the base, consequently a current flows neither via the base nor the collector lead. As soon as the voltage U exceeds the voltage U _g by a small amount, the emitter becomes positive with respect to the base, and an extremely small control current flows from the emitter to the base, which is of the order of magnitude of a few μΑ. This control current makes the emitter-collector path conductive, and a significantly larger current flows from the connection point between resistors 2 and 3 to the connection line between the two voltage dividers. This current, which is parallel to the current in the resistor 3, adjusts itself automatically so that the voltage U is very little greater than the voltage U _g . Since only the very low control current flows through the base path of the transistor, the voltage divider 5, 6 can be designed with a very high resistance without its voltage being falsified by the base current of the transistor. Another advantage is that the collector current increases faster than the current in a corresponding rectifier. With a high-resistance voltage divider 5, 6, a very small current is sufficient to achieve the required limit voltage U _g , which has a favorable effect on the dimensions of the constant voltage source. The transistor can be either a junction transistor or a tip transistor. Furthermore, the circuit can be constructed with both a pnp and an npn transistor.

Claims

Claim:

ao circuit arrangement for limiting a

electrical voltage, preferably a limiter circuit for control voltages, characterized in that that the voltage to be limited across the emitter-base path of a transistor with a constant voltage is compared, while the emitter-collector path is to be limited Voltage lies, so that when the limit value of the voltage is exceeded a very small Control current flows through the emitter-base path, creating a larger current in the emitter-collector path released and the voltage is limited to the prescribed value.

Considered publications:
U.S. Patent Nos. 2,693,572, 2,751,550.

1 sheet of drawings