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Gleichspannungsregler, insbesondere für kleine Leistungen Die Erfindung
bezieht sich auf einen Gleichspannungsregler, dessen Anwendung insbesondere für
die Speisung von Verbrauchern mit kleinerem elektrischen Leistungsbedarf bestimmt
ist und der sich dadurch auszeichnet, daß er bei einem sehr geringen Aufwand und
einer relativ einfachen Schaltung praktisch trägheitslos arbeitet.
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Es ist bereits bekannt, bei einer Speisung eines Verbrauchers aus
einer Spannungsschwankungen unterliegenden Energiequelle einen annähernd konstanten
Verbraucherstrom mit Hilfe einer Schaltung herbeizuführen, bei der die Emitter-Kollektor-Strecke
eines Transistors in den Stromkreis eingeschaltet wird und durch Verwendung einer
besonderen nicht schwankenden Spannungsquelle dem Transistor ein konstanter Basisstrom
aufgedrückt wird.
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Weiter ist eine Anordnung beschrieben worden, bei der Spannungsschwankungen
mit Hilfe eines Transistors, einer Zenerdiode, einer Reihe von festen Widerständen
und eines veränderlichen Widerstandes auf ein Minimum reduziert werden sollen, in
dem beim Spannungsanstieg in Abhängigkeit von dem zunehmenden Spannungsabfall an
einem Widerstand das Basispotential des Transistors im Vergleich zum Emitter erhöht
wird, so daß der Durchgangsstrom steigt, der an einem anderen Widerstand eine Zunahme
eines Spannungsabfalls hervorruft, die das negative Potential an dem Gitter einer
Röhre erhöht, wodurch der durch die Röhre fließende Strom entsprechend herabgesetzt
wird.
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Nach der Erfindung wird ein Gleichspannungsregler unter Verwendung
eines als steuerbarer Reihenwiderstand in den Stromkreis gelegten Transistors derart
ausgebildet. daß dieser Reihentransistor mit seiner Steuerelektrode über eine Gegenspannungsquelle
bzw. über einen spannungsabhängigen nichtlinearen Widerstand mit Schwellenwertseigenschaft
an eine Anzapfung eines - aus einem ohmschen Widerstand und einem Steuertransistor
gebildeten - Spannungsteilers angeschlossen ist, wobei der Steuerkreis dieses Steuertransistors
an eine Differenzspannung von einer konstanten Spannung und der Verbraucherspannung
bzw. eines Teiles derselben angeschlossen ist.
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Die Verwendung eines Reihentransistors zur Regelung des Verbraucherstroms
auf konstanten Wert ist an sich bereits beschrieben worden, jedoch ist hierbei eine
besonders konstante Spannungsquelle vorgesehen, die dem Steuerstrom des Transistors
(Emitter-Basis) einen konstanten Wert aufzwingt. Mit einer derartigen Anordnung
kann jedoch eine Regelung auf konstante Spannung insbesondere bei kleinen Leistungen
nicht erreicht werden. Beim Erfindungsgegenstand wird jedoch eine der Verbraucherspannung
selbst entsprechende Spannung mit einer konstanten Spannung verglichen, so daß sich
bei geringem Aufwand eine Gleichspannungsregelung hoher Genauigkeit ergibt. Der
konstante Spannungswert kann hierbei auch durch ein in Sperrichtung beanspruchtes
Glied, vorzugsweise eine Zenerdiode, erreicht werden.
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Die Verwendung von Zenerdioden ist bei einem Transistor für die Beeinflussung
der Gitterspannung von Gleichrichterröhren bereits angegeben worden, über die ein
Verbraucher aus einer Wechselstromquelle gespeist wird. Hierbei soll in einem Zweig
parallel zur Last mit Hilfe der Zenerdiode ein konstanter Strom eingeregelt werden,
in dem der gesamte Transistorstrom über die Zenerdiode fließt. Beim Erfindungsgegenstand
ist im Gegensatz hierzu die Zenerdiode lediglich mit dem Steuerstrom des Transistors
belastet, kann also erheblich kleiner ausgeführt werden, wobei auch die Genauigkeit
der Steuerung durch die Differenzbildung zwischen der Istspannung und der Zenerspannung
wesentlich erhöht wird.
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Eine beispielsweise Anordnung für die Anwendung der Erfindung veranschaulicht
die Figur der Zeichnung. In dieser bezeichnet 1 die Spannungsquelle, die in diesem
Falle in Form einer Batterie angedeutet ist, von welcher über einen Transistor 2
der Verbraucher 3 gespeist wird. Dem Transistor 2 ist der Spannungsteiler aus dem
Transistor 4 und dem Widerstand 5 derart nachgeschaltet, daß er an der Verbraucherspannung
liegt. 6 bezeichnet einen weiteren dem Verbraucher parallel geschalteten Widerstand.
An
diesen ist über dessen Abgriff 6 a und die Zenerdiode 7 die Basis des Transistors
4 angeschlossen. An dem Spannungsteilerwiderstand 6 wird somit ein der Verbraucherspannung
proportionaler Wert abgegriffen, der in Differenzschaltung mit der Zenerspannung
der Zenerdiode 7 an der Steuerstrecke des Transistors 4 liegt. Die Verbindungsleitung
zwischen dem Transistor 4 und dem Widerstand 5 ist über den spannungsabhängigen,
nichtlinearen Widerstand 8, z. B. einen Trockengleichrichter, an die Basis des Transistors
2 angeschlossen. Dieser spannungsabhängige, nichtlineare Widerstand 8 hat den Charakter
einer Gegenspannungsquelle. Unter Umständen kann es vorteilhaft sein, statt eines
nichtlinearen Widerstandes eine Gegenspannungsquelle mit entsprechendem Spannungswert
zu verwenden.
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Es wird nun im nachfolgenden die Wirkungsweise dieser Anordnung beschrieben.
Durch den Strom, der von dem Pluspol der Spannungsquelle 1 über die Steuerstrecke
des Transistors 2 den Widerstand bzw. das Ventil 8 und den Widerstand 5 zurück zum
Minuspol der Spannungsquelle fließt, wird der Transistor 2 zwischen seinen Ausgangselektroden
geöffnet, so daß ein entsprechender Strom über den Verbraucher 3 fließt. überschreitet
nun die Spannung, welche zwischen dem Pluspol des Verbrauchers und dem Abgriff 6a
an dem Widerstand 6 auftritt, die Zenerspannung der Diode 7, so wird der durch diese
Spannung gesteuerte, vorher gesperrte Transistor 4
zwischen seinen Ausgangselektroden
geöffnet, so daß nunmehr ein entsprechender Strom über diesen Transistor 4 und den
Widerstand 5 fließt. Hierdurch steigt der Spannungsabfall, der an dem Widerstand
5 entsteht, wodurch der Steuerstrom des Transistors 2 sich vermindert und dadurch
der Durchlaßwiderstand diesesTransistors zwischen seinenAusgangselektroden vergrößert
wird. Die Folge ist die beabsichtigte Verkleinerung der Spannung, mit welcher der
Verbraucher 3 gespeist wird. Damit der Steuerstrom des Transistors 2 praktisch bis
auf Null herabgesetzt werden kann, ist im Steuerkreis die Gegenspannung in Form
des in Durchlaßrichtung beanspruchten Ventiles 8 vorgesehen. Für die einwandfreie
Funktion müssen in der Schaltung folgende Bedingungen erfüllt sein hinsichtlich
der eingetragenen Spannungswerte U1 bis 115:
u9- Max = Ulmax
- U81 (1)
U3 + U5 Max @ U1 maxi (2) U4
= U3 - U22. (3)
Da der Spannungswert U4 am Transistor 4 nicht
negativ werden darf, ergibt sich aus der letzten Gleichung (3) die Bedingung U
3 :##: z U -eMax.
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Ein Spannungsregler der beschriebenen Art arbeitet, wie bereits eingangs
angegeben, praktisch trägheitslos. Er ist daher insbesondere auch ohne zusätzliche
Glättungsmittel für die Stromversorgung von kleinen Anlagen bzw. Einheiten für die
Zwecke der Nachrichtentechnik geeignet. Sein geringer Aufwand und seine einfache
Schaltung ermöglichen seinen Einsatz auch bei sehr kleinen Leistungen, insbesondere
da die Größe der an ihm benutzten Bauteile leistungsabhängig ist, d. h. daß bei
kleinen Leistungen diese Bauteile auch nur eine sehr kleine Größe zu haben brauchen.
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Der erfindungsgemäße Spannungsregler kann z. B. auch an Stelle von
Gegenzellen mit den dazu notwendigen Schalteinrichtungen in Stromversorgungsanlagen
mit Batterien benutzt werden. Er zeichnet sich dann dadurch aus, daß eine bessere
Konstanz der Verbraucherspannung erreicht werden kann, als es mit den üblichen Gegenzellen
möglich ist. Weil die Anordnung praktisch trägheitslos arbeitet, ergibt sich daher
bei Anwendung einer Spannungsquelle, die eine wellige Gleichspannung liefert, eine
Ausgangsspannung, die praktisch konstant ist, ohne überlagerte Wechselspannung.
Die Einrichtung übernimmt somit nicht nur die Aufgaben der Konstanthaltung der Spannung
des Verbrauchers, sondern auch noch die der Glättung der von der Spannungsquelle
an den Verbraucher gelieferten Gleichspannung. Der Sollwert der geregelten Verbraucherspannung
läßt sich in einfacher Weise durch Verstellen des Abgriffes 6 a am Widerstand 6
einstellen.