DE1059549B

DE1059549B - Anordnung zur Entnahme einer konstanten Spannung aus einer Stromquelle nicht konstanter Spannung

Info

Publication number: DE1059549B
Application number: DEK27282A
Authority: DE
Inventors: Guenter Martens
Original assignee: Kienzle Apparate GmbH
Current assignee: Digital Kienzle Computersysteme GmbH and Co KG
Priority date: 1955-11-07
Filing date: 1955-11-07
Publication date: 1959-06-18
Also published as: GB814330A

Description

DEUTSCHES

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, aus einer Stromquelle nicht konstanter Spannung einen Strom mit sich selbst regelnder konstanter Spannung und hoher Leistung zu entnehmen. Es ist bekannt, zu diesem Zweck im Pufferbetrieb aus einer Stromquelle nicht konstanter Spannung mittels einer Batterie konstanter Spannung, aber niedriger Leistung eine Klemmenausgangsspannung zu erhalten, die gegenüber der nicht konstanten Ursprungsquellenspannung verhältnismäßig gut geebnet ist. Die Konstanz der Klemmenausgangsspannung ist um so besser, je höher die Kapazität und je geringer der Innenwiderstand der Pufferbatterie ist.

Die Erfindung zielt demgegenüber darauf ab, aus einer Stromquelle nicht konstanter Spannung einen Strom hoher Leistung bei hoher Konstanz der Klemmenausgangsspannung zu erhalten und hierbei eine Batterie kleinen Leistungsvermögens, kleiner Kapazität und normalen Innenwiderstandes verwenden zu können. Sie geht zur Erreichung dieses Zieles von den bekannten Eigenschaften der Transistoren aus, die in der Basisschaltung auf ihrer Emitterseite einen niedrigen, auf ihrer Kollektorseite jedoch einen hohen Widerstand aufweisen.

Es ist bereits bekanntgeworden, Transistoren zu ähnlichen Regelzwecken zu verwenden. Die bekannte Anordnung dieser Art aber hat sich zum Ziel gesetzt, den Strom im Laststromkreis konstant zu erhalten, auch wenn die Spannung der Stromquelle und der Widerstand des Laststromkreises schwanken. Bei der bekannten Anordnung wird dies dadurch erreicht, daß ein Transistor, wie es auch sein Kennlinienfeld zeigt, als spannungsunabhängiges Stromeinstellglied verwendet wird. Dementsprechend schwankt die Spannung am Lastwiderstand bei Veränderungen des Lastwiderstandes, d.h., auf diese Weise ist.es nicht möglich, an einem Verbraucherkreis mit veränderlichem Lastwiderstand eine konstante Spannung zu erzielen. _:

Hiervon unterscheidet sich, wie "schon erwähnt, die Zielsetzung bei der Erfindung insofern, als bei Vorhandensein einer Stromquelle nicht konstanter Spannung im Laststromkreis unter Verwendung eines Transistors die Spannung selbsttätig konstant gehalten werden soll. Die Erfindung besteht darin, daß die aus der Stromquelle nicht konstanter Spannung entnommene Spannung über eine hochohmige Kollektoreinströmung an einem Transistor anliegt, in dessen Basiskreis eine Stromquelle konstanter Spannung und kleiner Leistung angeordnet ist, während der Lastkreis am Emitter des Transistors liegt und gleichzeitig einen Teil des Emitter-Basis-Kreises darstellt, wodurch an der Emitter-Basis-Strecke bei Schwankungen der Spannung der Stromquelle und Anordnung zur Entnahme einer konstanten Spannung aus einer Stromquelle . nicht konstanter Spannung

Anmelder:

Kienzle Apparate G.m.b.H., Villingen (Schwarzw.)

Günter Martens,; Schliersee (Obb.), ist als Erfinder genannt worden

bzw. oder des Widerstandes des Lastkreises eine von ■ diesen Schwankungen abhängige Gegenkopplungsspannung auftritt, welche eine selbsttätige Änderung des den Transistor durchfließenden Stromes bewirkt. Beim Ausregeln der am Lastkreis auftretenden Spannung dient somit der Transistor als selbsttätiges Regelorgan für den ihn durchfließenden Strom. Da die Last gleichzeitig einen Teil des Emitter-Basisr Stromkreises darstellt, tritt bei Änderung des Lastwiderstandes bzw. der nicht konstanten Eingangs^ spannung eine Gegenkopplung an der Emitter-Basis-Strecke auf. Diese regelt den Stromfluß durch den Transistor so, daß die genannten Schwankungen aus; geglichen werden und an dem Laststromkreis eine konstante Spannung auftritt. : _: ,.... ·■:-.''

Die Stromquelle konstanter Spannung, und kleiner Leistung dient praktisch nur der Aufrechterhaltung der Steuerspannung. Durch die Wahl der Spannung dieser Stromquelle kann entsprechend einer: Weiterbildung der Erfindung der am Laststromkreis au.fr

tretende Spannungswert ohne Schwierigkeit verändert werden. . . ■. -■■■.■?

Da die als Vergleichsquelle dienende Stromquelle konstanter Spannung größenordnungsmäßig nur wenige Prozent der an den Ausgangslastwiderstand: zu

liefernden Leistung aufzubringen hat, kann sie eine Steuerbatterie kleiner Kapazität und Spannung sein.

In weiterer Fortbildung der Erfindung ; ist die

Steuerbatterie von der Stromquelle nicht konstanter

. Spannung mit Hilfe eines Widerstandes entkoppelt,

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der'gleichzeitig dazu dient, die Steuerbatterie ständig aus der Leistungs-Stromquelle nachzuladen.

Der Transistor ist einerseits das Steuerelement zur Steuerung des Laststromes bei nahezu idealer Kleminenausgangsspannung. Andererseits regelt er im Falle konstanten Lastwiderstandes durch seine konstante Kollektoreinströmung die Spannungsschwankungen der nicht konstanten Leistungs-Stromquelle aus und wirkt als Widerstandstransformator zwischen der hochohmigen, konstante Einströmung bewirkenden Kollektorseite und der niederohmigen, konstante Spannung bewirkenden Emitterseite.
' Nachstehend werden an Hand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und ihre Wirkungsweise im einzelnen dargestellt.
j. An den Klemmen 1, 1' wird ein Strom der erforderlichen Leistung aus einer nicht konstanten Wechselstromquelle einem Transformator 2 zugeführt. Die Sekundärseite dieses Transformators ist über eine Gleichrichterschaltung 3 an die Eingangsklemmen 4, 4' einer erfindungsgemäßen Anordnung angeschlossen. Hierbei ist es für die Erfindung unwesentlich, ob die Leistung einer nicht konstanten Wechselstromquelle, wie in der Zeichnung dargestellt, oder einer beliebigen andersartigen nicht konstanten Leistungs-Stromquelle entnonimen wird.

Die erfindungsgemäße Anordnung weist eine konstante Spannungsquelle kleiner Leistung in Gestalt einer Steuerbatterie 5 kleiner Kapazität und kleiner Leistung auf. Diese Batterie ist mittels eines ohmschen Widerstandes 6 von der Leistungs-Stromquelle 1, 1' entkoppelt. Sie liegt einerseits unmittelbar an der einen Leitung von der nicht konstanten Leistungs-Stromquelle zur Ausgangsklemme 8', andererseits an der Basisseite eines Transistors 7, dessen Kollektorseite an die andere Zuleitung der Leistungs-Stromquelle und dessen Emitterseite an die zur Ausgangsklemme 8 führende Leitung angeschlossen ist. Zwischen den Ausgangsklemmen 8, 8' liegt der Belastungswiderstand 9.

Die Batterie 5 übernimmt in der Schaltung gemäß der Erfindung eine ähnliche Rolle wie eine Pufferbatterie in bekannten Schaltungen. Da jedoch die Leistungs-Stromquelle 1, 1' und die Batterie 5 durch den Widerstand 6 voneinander entkoppelt sind, werden bereits wesentliche Anteile der Welligkeit der Leistungs-Stromquelle von der Batterie 5 ferngehalten. Es ist daher möglich, an der Basis des Transistors 7 mittels der Batterie 5 eine sehr konstante Steuergleichspannung aufrechtzuerhalten, auch wenn an dem dem Bezugspunkt 4 der Abbildung zugeordneten Eingang der Transistorschaltung eine Spannung hoher Welligkeit anliegt.

Der Transistor 7 hat ausgangsseitig zwischen Emitter und Basis einen so niedrigen Innenwiderstand, daß er in der geschlossenen Masche »Basis — Emitter — Ausgangsklemme 8 — Belastungswiderstand 9 - Ausgangsklemme 8' - Batterie 5 - Basis« /als vernachlässigbar klein angesehen werden kann. Die Spannung an dem Ausgangsklemmenpaar 8 und 8' wird somit, unabhängig von der durch den Lastwiderstand 9 fließenden Stromstärke, starr festgehalten, so lange die Klemmenspannung der Batterie 5 konstant bleibt. Diese Spannungskonstanz ist jedoch gewährleistet, da — wie weiter unten gezeigt wird — der Belastungsstrom über den Widerstand 9 nicht der Batterie 5 entnommen wird. Diese hat lediglich den gegenüber dem Laststrom um zwei Größenordnungen kleineren Transistor-Basisstrom abzugeben. Auch dieser wird zu einem wesentlichen Teil durch einen ständigen Nachladungsstrom über den Widerstand 6 von der Leistungs-Stromquelle geliefert. Somit ist eine Batterie geringster Kapazität, normalen Innenwiderstandes und kleinster Leistung imstande, unabhängig vom Lastwiderstand 9 und somit unabhängig von der Ausgangsleitung die Ausgangsspannung am Klemmenpaar 8, 8' konstant zu halten.

Der im Belastungswiderstand 9 verbrauchte Laststrom konstanter Spannung wird aus der nicht konstanten Leistungs-Stromquelle über die Eingangsklemmen 4, 4' entnommen und einerseits unmittelbar der Augangsklemme 8', andererseits über die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 7 der Ausgangsklemme 8 zugeleitet. Dieser Strom ist lediglich abhängig von der von der Batterie 5 her konstantgehaltenen Ausgangsspannung zwischen den Ausgangsklemmen 8, 8' und der Größe des Lastwiderstandes 9.

Bleibt dieser Lastwiderstand konstant, so bleibt notwendigerweise auch der Basisstrom durch den Transistor 7 konstant, da die nicht konstante, und z. B. wellige Kollektorspannung keinen Durchgriff auf Basisspannung und Basisstrom hat. Aus dem Kennlinienfeld eines Transistors: Kollektorstrom in Abhängigkeit von der Kollektorspannung mit konstantem Basisstrom als Parameter, ergibt sich, daß der Kollektorstrom oberhalb der Kollektor-Restspannung bei konstantem Basisstrom konstant bleibt.

Die Kennlinie bildet eine Parallele zur Kollektor-Spannungsachse. Die Schwankungen der nicht konstanten Spannung an den Eingangsklemmen 4, 4' werden infolge der unter den geschilderten Verhältnissen konstanten Einströmung in den Kollektor ausgeregelt.

Ändert sich nun der Lastwiderstand 9, so tritt zwischen Emitter und Basis des Transistors 7 eine geringfügige Änderung der Emitter-Steuerspannung auf, die, absolut genommen, klein ist und deshalb gegenüber der Spannung zwischen den Ausgangsklemmen 8, 8' als geringfügig vernachlässigt werden kann. Diese kleine Änderung der Emitter-Steuerspannung hat jedoch eine ausreichende Änderung des Basis-Steuerstromes zur Folge, um eine dem neuen Lastwiderstand angepaßte konstante Kollektoreinströmung zu ergeben.

Die erfindungsgemäße Anordnung stellt somit, von der Ausgangsseite gesehen, eine Stromquelle konstanter Spannung und niedrigen Innenwiderstandes dar bei Entnahme der erforderlichen Leistung aus einer nicht konstanten eingangsseitigen Leistungs-Stromquelle über einen für die Einströmung wesentlichen, hohen Einströmungswiderstand.

Claims

Patentansprüche;

1. Anordnung zur Entnahme einer konstanten Spannung aus einer Stromquelle nicht konstanter Spannung mit Hilfe eines Transistors, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der Stromquelle (1,1') nicht konstanter Spannung entnommene Spannung über eine hochohmige Koflektoreinströmung an einem Transistor (7) anliegt, in dessen Basiskreis eine Stromquelle (5) konstanter Spannung und kleiner Leistung angeordnet ist, während der Lastkreis (9) am Emitter des Transistors liegt und gleichzeitig einen Teil des Emitter-Basis-Kreises darstellt, wodurch an der Emitter-Basis-Strecke bei Schwankungen der Spannung der Stromquelle (1, 1') und bzw. oder des Wider-

Standes des Lastkreises (9) eine von diesen Schwankungen abhängige Gegenkopplungsspannung auftritt, welche eine selbsttätige Änderung des den Transistor (7) durchfließenden Stromes bewirkt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der am Lastkreis (9) auftretende Spannungswert durch die Wahl der Spannung der Stromquelle (5) konstanter Spannung veränderbar ist.

3. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle kon-

stanter Spannung eine Steuerbatterie (5) kleiner Kapazität und kleiner Spannung ist.

4. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, da¹ durch gekennzeichnet, daß die Steuerbatterie (5) von der Stromquelle (1, 1') nicht konstanter Spannung mit Hilfe eines Widerstandes (6) entkoppelt ist, der gleichzeitig dazu dient, die Steuerbatterie (5) ständig aus der Stromquelle (1, 1') nachzuladen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 1 102 696.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen