DE1060928B - Schaltungsanordnung zur Stabilisierung einer Gleichspannung mit Hilfe eines Transistors - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Zur Stabilisierung von Gleichspannungen sind Schaltungen bekannt, bei denen die Anoden-Kathoden-Strecke einer Elektronenröhre als geregelter Widerstand in Serie zu den Ausgangsklemmen liegt. Die Regelspannung wird an einem parallel zu den Ausgangsklemmen liegenden Spannungsteiler abgegriffen und, in einer zweiten Röhre verstärkt, dem Gitter der ersten Röhre zugeführt, wobei die Kathodenspannung der Verstärkerröhre durch einen Glimmstabilisator konstant gehalten werden muß. Der Nachteil dieser Schaltungen besteht in dem großen Aufwand an Schaltmitteln und ferner darin, daß infolge des bekannten Verlaufs der Röhrenkennlinien die zu stabilisierende Spannung einen verhältnismäßig hohen Mindestwert nicht unterschreiten darf.

Mit dem Bekanntwerden des Transistors war es daher naheliegend, in den genannten Stabilisierungsschaltungen die Elektronenröhren durch Transistoren zu ersetzen. Bekannte Schaltungen dieser Art umfassen mehrere Transistoren und Dioden und bedienen sich einer stabilen, z.B. an einer Gasdiode oder einem Primärelement abgegriffenen Bezugsspannung. Der Aufwand an Schaltmitteln ist so gegenüber den eingangs erwähnten Schaltungen keineswegs verkleinert.

Hingegen ist auch eine Stabilisierungsschaltung in Form eines L-Gliedes bekanntgeworden, dessen Längszweig durch einen Widerstand gebildet wird und in dessen parallel zu den Ausgangsklemmen liegendem Querzweig die Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors liegt. Die Basis des Transistors ist über einen Widerstand mit dem Emitter verbunden. Diese Schaltung ist zwar gegenüber den vorerwähnten sehr einfach aufgebaut, sie hat jedoch den Nachteil, daß der beherrschbare Regelbereich und der erzielbare Stabilisierungsfaktor relativ gering sind. Dies rührt daher, daß die an der Basis auftretende Spannung hier durch den Basisstrom bestimmt wird, der wiederum vom jeweiligen Widerstand der Kollektor-Basis-Strecke abhängt. Der Basiswiderstand ist aber bekanntlich temperaturabhängig, außerdem von Exemplar zu Exemplar verschieden und in diesem Sinne nicht reproduzierbar. Die Eigenschaften des Transistors sind in dieser Schaltung nur unvollkommen ausgenutzt; der Transistor könnte dort mit vergleichbarem Erfolg auch durch einen spannungsabhängigen Widerstand ersetzt sein.

Bei der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung, welche ebenfalls in Form eines L-Gliedes aufgebaut ist, dessen Längszweig durch einen Widerstand gebildet wird und in dessen parallel zu den Ausgangsklemmen der Schaltung liegendem Querzweig sich die Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors befindet, wird die Stabilisierung dadurch erreicht, daß die Emitter-Basis-Strecke des Transistors über einen in Schaltungsanordnung

zur Stabilisierung einer Gleichspannung

mit Hilfe eines Transistors

Anmelder:

Telefunken G.m.b.H.,
Berlin NW 87, Sickingenstr. 71

Dr.-Ing. Johannes B.Fischer, Zürich (Schweiz),
ist als Erfinder genannt worden

die Basiszuleitung eingefügten Widerstand parallel zu den Eingangs- oder den Ausgangsklemmen der Schaltung liegt.

Auf diese Weise vermeidet man die Mängel der vorerwähnten Schaltung, ohne zusätzliche Schaltungselemente aufwenden zu müssen: Die Wirkungsweise der ernndungsgemäßen Schaltungen ist von den Kenndaten des jeweils verwendeten Transistors wesentlich unabhängiger, und die Schaltungen sind demjeweiligen Verwendungszweck leichter anzupassen. Eine möglichst geringe Zahl von Bauelementen ist insofern von Bedeutung, als Transistorschaltungen bekanntlich in zunehmendem' Maße in elektronischen Anlagen verwendet werden, in denen sich gleich oder ähnlich aufgebaute Bausteine in sehr großer Zahl wiederholen, beispielsweise in elektronischen Rechenmaschinen und ähnlichen Anlagen. Gerade auf solchen Anwendungsgebieten ist aber die Anzahl der einzelnen Bauelemente mit Rücksicht auf die Betriebssicherheit (Ausfallhäufigkeit) der Gesamtanlage oft von ausschlaggebender Bedeutung. Aus der Darlegung der Erfindung ist ferner zu erkennen, daß es sich hierbei um spezielle Transistorschaltungen handelt, die mit Elektronenröhren nicht zu verwirklichen sind.

Die Zeichnung läßt an Hand von Ausführungsbeispielen den einfachen Aufbau der Schaltungen gemäß der Erfindung erkennen. Sie weisen wie in Fig. 1 zwei Eingangsklemmen El, El auf, an denen die Spannung Ul einer Speisequelle liegt. Zwischen diesen Klemmen und den Ausgangsklemmen Al, A2 ist ein L-Glied angeordnet, dessen Längszweig aus einem Widerstand R1 und dessen Querzweig aus der Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors TrI besteht. Um die Spannung [72 des an die Ausgangsklemmen^ 1,A 2 angeschlossenen, nicht dargestellten Verbrauchers unabhängig von Schwankungen der Eingangsspan-

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nungt/l konstant zu halten, muß sich der Leitwert der Emitter-Kollektor-Strecke stets so mit der Eingangsspannung der Schaltung ändern, daß der durch den Kollektorstrom hervorgerufene zusätzliche Spannungsabfall : am Widerstand R1 diese Schwankungen ausgleicht. Zu diesem Zweck ist in Fig. 1 die Basis des Transistors über einen Widerstand R 2 mit der Eingangsklemme jB 1 verbunden, so daß also die Emitter-Basis-Strecke des Transistors parallel zu den Eingangsklemmen liegt.

Schaltungen, bei denen die Regelgröße von der Eingangsgröße abgeleitet wird, stellen eine sogenannte Vorwärtsregelung dar, bei der . man durch entsprechende Bemessung der Schaltungselemente praktisch jede gewünschte Neigung der Regelcharakteristik, sogar negative Werte im Sinne einer Überkompensation, erzielen kann. Mit einer solchen Schaltungsanordnung ist es beispielsweise möglich, selbst bei Schwankungen der Eingangsspannung von 50% die Ausgangsspannung U2 noch auf 1% genau zu halten: Es werden jedoch nur Schwankungen der Eingangsspannung ausgeglichen. Würde die Stromaufnahme durch den Verbraucher schwanken, so würde sich dementsprechend auch die Ausgangsspannung ändern; es muß also eine gleichbleibende Ausgangsbelastung vorausgesetzt werden.

Wenn mit, schwankender Ausgangsbelastung zu rechnen ist, so wählt man die Schaltung nach Fig. 2. Hier wird die der Basis des Transistors Tr 1 zugeführte Regelspannung von der Ausgangsspannung der Anordnung hergeleitet, und zwar mittels eines Vorwiderstandes i?3.Ein so geschalteter Transistor wirkt ebenfalls im Sinne eines Ausgleichs von Schwankungen der Ausgangsspannung, wobei es gleichgültig ist, ob diese durch eine Änderung der Eingangsspannung oder der Stromaufnahme durch den Verbraucher bedingt sind. Da es sich jedoch hier um eine Rückwärtsregelung handelt, läßt sich stets nur eine Charakteristik mit positiver, von Null verschiedener Neigung erzielen; die Schwankungen der Ausgangsspannung lassen sich nicht völlig kompensieren, sondern nur verflachen. :

In Fällen, in denen mit stärkeren Änderungen der Eingangsspannung zu rechnen ist, kann es daher vor-. teilhaft sein, einem in Abhängigkeit von der Eingangsspannung gesteuerten Transistor Tr 1 einen zweiten Transistor Tr 2 parallel zu schalten, der in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung geregelt wird. Eine Schaltungsanordnung dieser Art ist in Fig. 3 gezeigt. Unter Umständen kann man auch je eine vollständige vorwärts bezw. rückwärts geregelte Anordnung, z. B.

ίο die Schaltungen nach Fig. 1 und 2, hintereinanderschalten, wobei dann jedem der Transistoren im Längszweig ein eigener Widerstand zugeordnet ist.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Stabilisierung einer Gleichspannung mittels eines L-Gliedes, dessen Längszweig durch einen Widerstand gebildet wird und in dessen parallel zu den Ausgangsklemmen der Schaltung liegendem Querzweig die Kollektor-Emitter.-Strecke eines Transistors liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitter-Basis-Strecke über einen, in die Basiszuleitung eingefügten Widerstand parallel zu den Eingangs- oder den Ausgangsklemmen der Schaltung liegt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu' dem im Querzweig liegenden Transistor (Tr 1) ein zweiter Transistor (Tr 2) angeordnet ist, wobei die Basisspannung des einen Transistors von der Eingangsspannung und die Basisspannung des anderen Transistors von der Ausgangsspannung der Schaltung abgeleitet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentanmeldung M 19258 VIIIa/21a⁴ (bekanntgemacht am 24. 6. 1954);

Patentschrift Nr. 10 589 des Amtes für Erfindungsund Patentwesen in der sowjetischen Besatzungszone Deutschlands;

USA.-Patentschrift Nr. 2 693 568;
Electronics, Aiärz 1956, S. 212 und 214.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen