DE1054506B

DE1054506B - Circuit for DC voltage stabilization with transistors

Info

Publication number: DE1054506B
Application number: DET13132A
Authority: DE
Inventors: Dr Guenter Meyer-Broetz; Hans-Otto Goldmann
Original assignee: Telefunken AG
Current assignee: Telefunken AG
Priority date: 1957-01-19
Filing date: 1957-01-19
Publication date: 1959-04-09
Also published as: GB819627A

Description

Schaltung zur Gleichspannungsstabilisierung mit Transistoren Bei der Anwendung von Transistoren in der bei Röhren bekannten Schaltung zur Gleichspannungsstabilisierung ergibt sich der Nachteil, daß man zur Erzielung eines günstigen Regelfaktors eine hohe Differenzspannung zwischen der nicht stabilisierten Eingangs- und der stabilisierten Ausgangsspannung aufwenden muß.Circuit for DC voltage stabilization with transistors Use of transistors in the circuit for DC voltage stabilization known from tubes there is the disadvantage that to achieve a favorable control factor one high differential voltage between the non-stabilized input and the stabilized Must spend output voltage.

Die Erfindung gibt Maßnahmen an, einen kleinen Regelfaktor, d. h. eine gute Stabilisierung, trotz kleiner Differenzspannungen zu ermöglichen.The invention specifies measures, a small control factor, i. H. to enable good stabilization despite small differential voltages.

Zur Lösung der Aufgabe, schwankende Gleichspannungen zu stabilisieren, sind Röhrenschaltungen bekannt, die eine längsgeschaltete, mit der verstärkten, schwankenden Ausgangsspannung gesteuerte Röhre enthalten.To solve the task of stabilizing fluctuating DC voltages, tube circuits are known that have a series connected, with the amplified, contain fluctuating output voltage controlled tube.

Mit diesen Röhrenschaltungen ist es jedoch nur möglich, größere Spannungen (>_ 50 V) zu stabilisieren, nämlich wegen der Höhe der Anodenspannungen, die für den Betrieb von Röhren notwendig sind.With these tube circuits, however, it is only possible to stabilize higher voltages (> _ 50 V), namely because of the level of the anode voltages that are necessary for the operation of tubes.

Schaltungen mit Transistoren können, wie bekannt ist, nach dem gleichen Prinzip aufgebaut werden, wobei jeweils das Gitter einer Röhre durch die Basis eines Transistors, die Kathode durch den Emitter und die Anode durch den Kollektor zu ersetzen ist. In Fig. 1 ist Ui die nicht stabilisierte Eingangsspannung, L,'2 die stabilisierte Ausgangsspannung. Transistor Tr. nimmt am Spannungsteiler R1, R.2 einen Teil der Ausgangsspannung ab, vergleicht diesen mit einer Referenzspannung U"ef (z. B. einer Glimmlampe) und verstärkt die Differenz. Mittels der verstärkten Differenzspannung wird der im Längszweig liegenden Transistor Tri gesteuert, dessen Emitter auf der Seite der Ausgangsspannung liegt. Er wirkt als veränderlicher Widerstand, der die Differenz zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung aufnimmt.Circuits with transistors can, as is known, according to the same Principle to be built, with each lattice of a tube through the base of a Transistor, the cathode through the emitter and the anode through the collector replace is. In Fig. 1, Ui is the unstabilized input voltage, L, '2 the stabilized output voltage. Transistor Tr. Takes on the voltage divider R1, R.2 part of the output voltage, compares it with a reference voltage U "ef (e.g. a glow lamp) and amplifies the difference. By means of the amplified Differential voltage is controlled by the transistor Tri lying in the series branch, its Emitter is on the side of the output voltage. It acts as a variable resistance, which records the difference between input and output voltage.

Transistorschaltungen eignen sich besonders gut zur Stabilisierung kleiner Gleichspannungen, da man mit sehr niedrigen Kollektorspannungen auskommt.Transistor circuits are particularly suitable for stabilization lower DC voltages, since you can get by with very low collector voltages.

Es ist auch bekannt *(USA-Patentschrift 2 751549), bei einer solchen Stabilisierungsschaltung den Transistor Tri so in den Längszweig zu schalten, daß sein Kollektor auf der Seite der Ausgangsspannung liegt, wobei die Polung der nicht stabilisierten Eingangsspannung umgekehrt werden muß (bei Verwendung eines Transistors von demselben Leitfähigkeitsty-p). Diese Schaltung ermöglicht zwar, ohne den Widerstand Ra in Fig. 1 auszukommen, jedoch ist der Innenwiderstand dieser Schaltung und damit die Belastungsabhängigkeit der Ausgangsspannung größer. Dies kommt daher, daß in Fig. 1 der Transistor Tri zwischen Basis und Emitter gesteuert wird, während er in dem anderen erwähnten Fall zwischen Basis und Kollektor gesteuert würde. Die Erfindung bezieht sich dagegen auf die bekannte Grundschaltung des Transistors Tri nach Fig.1 und ermöglicht dort, die Differenzspannung zwischen Ausgangsspannung und Eingangsspannung trotz guter Stabilisierung herabzusetzen. Erfindungsgemäß wird der Außenwiderstand des verstärkten Transistors durch den von der Kollektor-Emitter-Strecke gebildeten Innewiderstand eines weiteren Transistors gebildet, der vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp ist wie der verstärkende Transistor.It is also known * (USA Patent 2,751,549), the transistor Tri switch in such stabilizing circuit as in the series arm, its collector is located on the side of the output voltage, the polarity of the unstabilized input voltage must be reversed (with Using a transistor of the same conductivity type). Although this circuit makes it possible to do without the resistor Ra in FIG. 1, the internal resistance of this circuit and thus the load dependence of the output voltage is greater. This is because in Fig. 1 the transistor Tri is controlled between base and emitter, while in the other case mentioned it would be controlled between base and collector. In contrast, the invention relates to the known basic circuit of the transistor Tri according to FIG. 1 and enables the differential voltage between output voltage and input voltage to be reduced despite good stabilization. According to the invention, the external resistance of the amplified transistor is formed by the internal resistance of a further transistor, which is formed by the collector-emitter path and is of the opposite conductivity type to that of the amplifying transistor.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Ausführungsbeispiele in Fig. 2 und 3 näher erklärt, nachdem zunächst die Nachteile der bekannten Schaltung nach Fig. 1 erläutert wurden.The invention is illustrated below with reference to the exemplary embodiments in Fig. 2 and 3 explained in more detail, after first the disadvantages of the known circuit according to Fig. 1 were explained.

Der Regelfaktor a der Schaltung Fig. 1 ist S2=Steilheit von Tr2.The control factor a of the circuit of FIG. 1 is S2 = steepness of Tr2.

Je kleiner a ist, d. h. je größer S2 und Ra ist, um so besser ist die Stabilisierung.The smaller a is, i. H. the larger S2 and Ra, the better the stabilization.

Da die Steilheit S2 proportional 1e2, dem Emitterstrom von Tr2, ist, ein großes I" auch einen entsprechend großen I"2, Kollektorstrom von Tr2, zur Folge hat, so bedeutet das, da I, über Ra fließt, einen großen Spannungsabfall an Ra, falls S2 * Ra groß sein soll, da Uas; I,2 ' Rd ist. (Über Ra fließt auch noch der im allgemeinen kleine Basisstrom des Transistors Tri.) Der Nachteil dieser Schaltung ist also 1. dieser große Spannungsverlust U" an Ra, der eine große Differenzspannung zwischen Ui und U2 für kleines ca zur Folge hat, weil Ui- U2.-; U2 ist. 2. Da U" gleich der Kollektorspannung von Trl ist, benötigt man einen Transistor entsprechend großer Verlustleistung für kleinen Regelfaktor a.Since the steepness S2 is proportional to 1e2, the emitter current of Tr2, a large I "also results in a correspondingly large I" 2, collector current of Tr2, this means, since I, flows through Ra, a large voltage drop across Ra , if S2 * Ra should be large, since Uas; I, 2 'is Rd. (The generally small base current of the transistor Tri also flows through Ra.) The disadvantage of this circuit is 1. This large voltage loss U "at Ra, which results in a large differential voltage between Ui and U2 for a small ca, because Ui- U2.-; U2 is. 2. Since U "is equal to the collector voltage of Trl, a transistor is required with a correspondingly large power loss for a small control factor a.

Der Zweck der Erfindung ist es nun, eine Schaltung anzugeben, mit der ein sehr kleiner Regelfaktor a bei kleiner Differenzspannung zwischen U1 und U2 ermöglicht wird.The purpose of the invention is now to provide a circuit with which is a very small control factor a with a small differential voltage between U1 and U2 is made possible.

Nach Fig. 2 wird' an Stelle des Ohmschen Ra (Fig. 1) ein Transistor Tr. vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp wie Tr. so eingesetzt, daß sein Kollektor mit dem Kollektor von Tr2 und der Basis von Trl, sein Emitter mit dem Kollektor von Tri und dem dem Leitfähigkeitstyp des Tr. entsprechenden Pol der Eingangsspannung U1 verbunden ist und seine Basis mittels der Batterie U3 eine Vorspannung gegenüber dem Emitter erhält. Der entgegengesetzte Leitfähigkeitstyp ist erforderlich, weil verlangt wird, daß die Spannung U3 zwischen Basis und Emitter des Transistors Tr. aus der Spannung U1 gewonnen wird und deshalb an dem einen Pol von U1 liegen muP. Diese Bedingung wäre erfüllt, wenn Tr. vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie die anderen Transistoren wäre, dann müßten Emitter und Kollektor von Tr. gegeneinander vertauscht werden, so daß die Spannungsquelle U3 nicht einpolig an der Spannungsquelle Ui liegen würde.According to FIG. 2, a transistor is used instead of the ohmic Ra (FIG. 1) Tr. Of the opposite conductivity type as Tr. Used in such a way that its collector with the collector of Tr2 and the base of Trl, its emitter with the collector of Tri and the pole of the input voltage corresponding to the conductivity type of the Tr U1 is connected and its base is biased by means of the battery U3 the emitter. The opposite conductivity type is required because it is required that the voltage U3 between the base and emitter of the transistor Tr. is obtained from the voltage U1 and therefore must be at one pole of U1. This condition would be met if Tr. Were of the same conductivity type as the others If there were transistors, then the emitter and collector of Tr. Would have to be interchanged so that the voltage source U3 is not unipolarly connected to the voltage source Ui would.

Der Außenwiderstand R" wird jetzt durch den sehr hochohmigen Innenwiderstand R= (d. h. Wechselstromwiderstand) des Transistors Trs gebildet, wobei man wegen des kleinen Gleichstromwiderstandes schon mit sehr kleiner Kollektorspannung (> 0,5 V) auskommt. Das bedeutet, daß der Regelfaktor a mehr von der Differenzspannung zwischen U1 und U2, die eine Gleichspannung ist, abhängig ist, man also mit kleiner Differenzspannung auskommt, deren Größe sich praktisch nur noch nach den maximal zulässigen Spannungsschwankungen der Eingangsspannung U1 richtet.The external resistance R "is now due to the very high internal resistance R = (i.e. AC resistance) of the transistor Trs, where because of the small DC resistance with a very low collector voltage (> 0.5 V). This means that the control factor a is more of the differential voltage between U1 and U2, which is a direct voltage, is dependent, so one with smaller Difference voltage comes from, the size of which is practically only according to the maximum admissible voltage fluctuations of the input voltage U1.

Außerdem ergibt sich nebenbei noch der Vorteil, daß der Regelfaktor a über den ganzen Eingangsspannungsschwankungsbereich konstant bleibt, denn die Steilheit 4 des Transistors Tr. ist proportional I12, R= umgekehrt proportional I", folglich S2 - RI=const. Fig. 3 zeigt ein praktisches Ausführungsbeispiel für die Schaltung nach Fig.2 bei Verwendung der handelsüblichen Transistoren 0D 604 für Trl, 0C 604 spei für Tr. und TF 71 für Trs. Dl und D2 sind »Zener«-Dioden (Silizium-Dioden mit niedriger Durchbruchspannung), wobei Dl die Bezugsdiode darstellt und D2 zur Einstellung der Vorspannung für den Transistor Tr. dient. Bei nahezu konstanter Ausgangsspannung U2 von 20 V ist der entnehmbare Strom 0 bis 100 mA. Die Eingangsspannung Ui darf zwischen 23 und 32 V schwanken, nach oben durch die zulässige Verlustleistung des Transistors Tr. begrenzt. Der Regelfaktor ist a = 10-s, der Innenwidersand der geregelten Quelle gleich 0,1 S2.In addition, there is also the advantage that the control factor a remains constant over the entire input voltage fluctuation range, because the steepness 4 of the transistor Tr. Is proportional to I12, R = inversely proportional to I ", consequently S2-RI = const Practical embodiment for the circuit according to FIG. 2 when using the commercially available transistors 0D 604 for Trl, 0C 604 spei for Tr. and TF 71 for Trs. Dl and D2 are "Zener" diodes (silicon diodes with low breakdown voltage), with Dl represents the reference diode and D2 is used to set the bias voltage for the transistor Tr .. With an almost constant output voltage U2 of 20 V, the available current is 0 to 100 mA. The input voltage Ui may fluctuate between 23 and 32 V, upwards through the permissible Power loss of the transistor Tr .. The control factor is a = 10-s, the internal resistance of the controlled source is 0.1 S2.

An Stelle eines einzelnen Transistors Trl kann in an sich bekannter Weise eine Kombination von zwei oder mehreren Transistoren verwendet werden.Instead of a single transistor Trl can be known per se Way a combination of two or more transistors can be used.

Die gleiche Schaltung kann auch mit Transistoren vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp aufgebaut werden, wobei dann die dem Typ entsprechende Polung der Eingangsspannung und Referenzspannung zu wählen ist.The same circuit can also be used with transistors from the opposite one Conductivity type can be built up, with the polarity corresponding to the type the input voltage and reference voltage is to be selected.

Claims

A circuit for direct voltage stabilization with a transistor which amplifies the differential voltage between the output voltage to be kept constant and a comparison voltage, and with a transistor which is regulated by this amplified voltage and is switched on in the series branch in such a way that its emitter is on the side of the output voltage, characterized in that, that the external resistance of the amplifying transistor (Tr2) is formed by the internal resistance of a further transistor (Trs) formed by the collector-emitter path and which is of the opposite conductivity type as the amplifying transistor (FIGS. 2 and 3). Contemplated publications USA. Pat. No. 2,751,549.