DE1161597B - Elektronischer Gleichstromstabilisator - Google Patents

Elektronischer Gleichstromstabilisator

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DE1161597B
DE1161597B DET19003A DET0019003A DE1161597B DE 1161597 B DE1161597 B DE 1161597B DE T19003 A DET19003 A DE T19003A DE T0019003 A DET0019003 A DE T0019003A DE 1161597 B DE1161597 B DE 1161597B
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DE
Germany
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tube
resistor
current
circuit
resistance
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Pending
Application number
DET19003A
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English (en)
Inventor
Ladislav Zobac
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Tesla AS
Original Assignee
Tesla AS
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05FSYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10Regulating voltage or current
    • G05F1/46Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • G05F1/607Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using discharge tubes in parallel with the load as final control devices
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05FSYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10Regulating voltage or current
    • G05F1/46Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • G05F1/52Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using discharge tubes in series with the load as final control devices

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  • Automation & Control Theory (AREA)
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Description

  • Elektronischer Gleichstromstabilisator Die Erfindung betrifft einen Gleichstromstabilisator und insbesondere eine Schaltungsanordnung, die einen negativen dynamischen Widerstand besitzt und theoretisch unbegrenztes Konstanthalten des Stromes ermöglicht. Dieser Stabilisator kann besonders für die Stromversorgung solcher Geräte benutzt werden, die höchstes Konstanthalten des Stromes benötigen, wie z. B. für magnetische Linsen eines Elektronenmikroskops, Massenspektrographen usw.
  • Die bisher bekannten Gleichstromstabilisatoren benutzen meistens die gut bekannten Schaltungen mit Gegenkopplung. Bei diesen Stabilisatoren ist ein Normalwiderstand R in Reihe mit dem Belastungswiderstand eingeschaltet. Der am Normalwiderstand R auftretende Spannungsabfall wird durch eine Kompensationsbatterie ausgeglichen. Die Differenzspannungsänderungen werden über einen Verstärker an das Steuergitter einer Röhre zugeführt, die in Reihe mit dem Belastungswiderstand eingeschaltet ist. Das Konstanthalten des Stromes ist jedoch von der Verstärkung in dem Rückkopplungskreis abhängig, was der Grund für verschiedene Nachteile der Stromstabilisatoren ist.
  • Es ist nicht schwierig, einen Verstärker mit hohem Verstärkungsfaktor zu entwerfen, obwohl dabei Schwierigkeiten hervorgerufen werden, unregelmäßige Schwankungen des Ausgangsstromes, die im Rückkopplungskreis entstehen, zu verhüten. Diese Schwierigkeiten können durch Zerhacken der Spannung vor der Verstärkung überwunden werden, was aber wiederum andere Nachteile zur Folge hat, wie z. B. hohe Kostspieligkeit, Welligkeit des zerhackten Ausgangsgleichstromsignals, scharfen Verstärkungsabfall bei einer Frequenzzunahme über 1 bis 10 Hz. Um den Frequenzgang des Stabilisators, d. h. sein Ausgleichsvermögen, von sogar schnellen Schwankungen zu verbessern, ist es notwendig, einen Wechselstromhilfsverstärker zu benutzen, der parallel zum Modulatorgleichstromverstärker geschaltet ist und der auch das Ausgleichen von schnellen Schwankungen ermöglicht. Dadurch wird jedoch die Einrichtung sehr kompliziert und kostspielig.
  • Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ermöglicht theoretisch vollständige Stromstabilisierung trotz Eingangsspannungs- und Belastungswiderstands-Schwankungen. Im Vergleich zu anderen Schaltungsanordnungen, die für denselben Zweck konstruiert werden, ist die vorliegende Schaltungsanordnung verhältnismäßig einfach, billig, betriebssicher und verbürgt hohe Leistung. In den meisten Fällen braucht man keine Hilfsstromquellen zu benutzen. Die Leistungsfähigkeit des erfindungsgemäßen Gleichstromstabilisators ist nicht vom hohen Verstärkungsgrad des Verstärkers abhängig. Die höchste Leistung kann man. durch einfache und gewöhnliche Mittel erreichen, und der Wert des stabilisierten Gleichstroms kann, ohne daß die optimale Arbeitsweise des Kreises beeinträchtigt wäre, innerhalb weiter Grenzen reguliert werden.
  • Das Wesen der Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Gleichstromstabilisierung, die aus der Parallelschaltung im wesentlichen dreier Stromzweige besteht, von denen der erste einen ohmschen Widerstand enthält, der zweite eine Elektronenröhre mit einem Widerstand in der Kathodenzuleitung, der dritte eine weitere Elektronenröhre mit einem Widerstand in der Anodenzuleitung und einer Normalspannungsquelle zwischen dem Steuergitter dieser Röhre und dem gemeinsamen positiven Pol der drei Stromzweige, wobei der negative Pol dieser Spannungsquelle am Steuergitter liegt, daß außerdem die Anode dieser Röhre im dritten Zweig unmittelbar auch mit dem Steuergitter der anderen Röhre verbunden ist.
  • Die Erfindung wird an Hand der Beschreibung und der Schaltbilder beispielsweise erläutert. In F i g. 1 ist das Prinzipblockschaltbild des Gleichstromstabilisators ersichtlich; in F i g. 2 sieht man einen Röhrenkreis, der für jeglichen Wert des dynamischen Negativwiderstandes eingestellt werden kann; F i g. 3 zeigt ein praktisches Beispiel eines Stabilisierungsstromkreises, und F i g. 4 veranschaulicht eine vorteilhafte Schaltungsanordnung des Gleichstromstabilisators.
  • Wenn gemäß F i g. 1 in einer Parallelschaltung der dynamische Widerstand r" negativ und zahlenmäßig gleich dem Positivwiderstand RB ist, dann ist der ganze dynamische Widerstand des Kreises unendlich groß. Infolgedessen kann die Spannungsschwankung UB im Parallelkreis keine Schwankungen des Gesamtstromes 1 verursachen. Wenn dieser Kreis deswegen in Reihe mit dem Belastungswiderstand verbunden ist, wird der Strom, der durch diesen fließt, vollständig konstant gehalten.
  • Um dieses Prinzip auszunutzen, ist es notwendig, einen geeigneten Negativwiderstand zu finden. Es gibt mehrere Elemente und Kreise, die Negativwiderstände enthalten, wie z. B. Heißleiter, Halbleiter usw., aber es gibt nur wenige von diesen, die alle praktischen Forderungen erfüllen können, wenn ein konstanter Gleichstrom innerhalb einer Größenordnung von 10-8 erreicht werden soll. Ein verhältnismäßig einfacher Röhrenstromkreis, der diese Forderungen erfüllen kann, ist in F i g. 2 sichtbar. Dieser Stromkreis enthält zwei Trioden El und EZ mit Widerständen R1 und R., und eine Normalspannungsquelle B. Der Arbeitsvorgang der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist wie folgt: Wenn z. B. die Spannung UB im Parallelkreis anwächst, wird der Strom i. durch den Widerstand RB und gleichzeitig der Strom il durch die Röhre El proportional erhöht, da die erhöhte Spannung durch den Widerstand RB einen proportionalen Abfall der Negativvorspannung der Röhre El verursacht. Infolgedessen steigt der Spannungsabfall an R1, und der Potentialunterschied zwischen den Punkten 1 und 4 (s. F i g. 2) wird herabgesetzt. Dies verursacht einen Stromabfall i2 durch die Röhre E2.
  • Es wurde bereits darauf hingewiesen, daß die Schwankungen des Stromes 1z entgegengesetzt zu den Schwankungen der Ströme il und i. sind. Durch eine geeignete Wahl der Stromkreisparameter kann man ein dynamisches Gleichgewicht erreichen, so daß die Schwankungen der Ströme il und i. vollständig durch die Schwankungen des Stromes i2 ausgeglichen werden können.
  • Es ist klar, daß die beiden Elektronenröhren als dynamische Negativwiderstände funktionieren, denn wenn der Strom 13 = il + i2 herabgesetzt wird, wird die Spannung des Kreises erhöht. Der zahlenmäßige Wert des dynamischen Negativwiderstandes r" kann innerhalb weiter Grenzen durch die Änderungen des Widerstandes R2 und R1 verändert werden, so daß die Bedingung der vollständigen Stabilisierung des Gesamtstromes 1 immer erfüllt werden kann (- r" = Rd.
  • Der Parallelkreis, der durch den Widerstand R, und zwei Trioden El und E, gebildet ist (s. F i g. 2 und die oben angeführte - Beschreibung), könnte grundsätzlich befriedigend zum Konstanthalten des Gleichstroms bei Speisespannungs- und Belastungswiderstandsschwankungen wirken, aber sein Regelbereich ist durch die Nichtlinearität der dynamischen Röhrenkennlinie beschränkt. Um den Regelungsbereich zu erweitern, ist eine dritte ElektronenröhreE.3 in Reihe mit dem Parallelstabilisierungskreis (s. F i g. 3) geschaltet. Das Steuergitter der in Reihe geschalteten Röhre kann von dem Anzapfpunkt 0 des Widerstandes RB oder vorzugsweise von den Punkten 1 oder 2 (s. F i g. 3) des Parallelkreises gespeist werden, da hier ein verstärktes Signal der Spannungsschwankungen am Widerstand ROB erscheint.
  • Wenn nun der Betrieb des gesamten Gleichstromstabilisators in Betracht gezogen wird und z. B. die Speisespannung wiederum erhöht wird, hat dies eine Spannungserhöhung am Widerstand RB zur Folge, was wiederum durch eine proportionale Erhöhung des Stromes il und Abfall des Stromes f.>. wie bereits oben erklärt, begleitet wird. Die Erhöhung des Stromes il verursacht einen erhöhten Spannungsabfall am Widerstand R1. Die negative Vorspannung des Steuergitters der Röhre R3, das mit der Anode der Röhre El oder Kathode der Röhre E, verbunden ist, wird mit der Erhöhung der Eingangsspannung U; erhöht. Infolgedessen wird die Spannung der Röhre E3 mit der Eingangsspannungserhöhung erhöht. Infolgedessen und infolge der Verstärkung der Spannungsschwankungen am Widerstand RB durch die Röhre El und E3 erreicht nur ein kleiner Bruchteil a1 - a3, wo al und a? Spannungsverstärkungen durch die Röhren El und Es sind, der Eingangsspannungsschwankungen den Parallelkreis Re, r". Der nützliche Regelungsbereich des Gleichstromstabilisators wird nun durch den Faktor a = a1 * a3 erweitert.
  • Der Absolutwert des stabilisierten Stromes hängt hauptsächlich von der Normalspannungsquelle B und dem Widerstand Ro ab. Es ist deswegen möglich, den Stromwert mittels Normalspannung zu ändern, aber der Regelungsbereich ist durch die Nichtlinearität der Röhrenkennlinie beschränkt. Es ist ebenfalls möglich, den Stromwert mittels des Widerstandes RB zu regulieren, aber dabei ist es notwendig, den Negativwiderstand (mittels R2 oder R1) für jeden gewählten Wert des Widerstandes RB von neuem einzustellen, um die Bedingung der vollständigen Stromstabilisierung (-r" = Rd innerhalb weiter Grenzen zu erfüllen.
  • Die bestgeeignete Schaltungsanordnung des Gleichstromstabilisators ist in F i g. 4 ersichtlich. An der Stelle des Widerstandes RB ist ein Potentiometer eingeschaltet, an dessen Schleifer der Belastungswiderstand Rs angeschlossen ist. Durch die Änderung der Lage des Schleifers an RB wird der Stromwert geändert, ohne daß die Einstellung des Kreises auf optimale Arbeitsweise beeinträchtigt wird. Ein weiterer Vorteil dieser Schaltungsanordnung ist, daß der Übergangs-Kontaktwiderstand zwischen dem Schleifer und dem Potentiometer keinen Einfluß auf den Strom ausüben kann, da dieser Widerstand im Parallelkreis r", RB nicht erscheint.
  • Der erfindungsgemäße Gleichstromstabilisatorzeichnet sich im Vergleich zu anderen bisher benutzten Schaltungsanordnungen mit folgenden Vorteilen aus: Theoretisch kann man unbegrenzte Gleichstromstabilisierung trotz Speisespannungs- und Belastungswiderstandsschwankungen erreichen. Praktisch können ohne Schwierigkeiten Stromschwankungen bis auf 10-5 des eingestellten Wertes herabgesetzt werden. Der Stabilisierungsgrad ist nicht vom Verstärkungsfaktor des Gleichstromverstärkers abhängig. Bei vielen Anwendungen braucht man keine Hilfsspeisung zu benutzen. Es sind keine Hilfsausgleichstromkreise notwendig. Um die optimale Stabilisierung zu erreichen, genügt es, einen einzigen veränderlichen Widerstand einzustellen. Der stabilisierte Gleichstrom kann innerhalb weiter Grenzen mittels eines Potentiometers oder eines Stufenschalters reguliert werden, ohne dabei die Einstellung der Schaltungsanordnung für optimale Stromstabilisierung zu beeinträchtigen. Der Übergangs-Kontaktwiderstand übt dabei keinen Einfluß auf die Stromstabilität aus. Die Zahl der Bestandteile der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist gering, und der Preis der Bestandteile ist dabei niedrig.

Claims (3)

  1. Patentansprüche: 1. Schaltungsanordnung zur Gleichstromstabilisierung zur Reihenschaltung mit dem Belastungswiderstand, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung aus der Parallelschaltung im wesentlichen dreier Stromzweige besteht, von denen der erste einen ohmschen Widerstand (Rd enthält, der zweite eine Elektronenröhre (E2) mit einem Widerstand (R2) in. der Kathodenzuleitung, der dritte eine weitere Elektronenröhre (EI) mit einem Widerstand (R1) in der Anodenzuleitung und einer Normalspannungsquelle zwischen dem Steuergitter dieser Röhre und dem gemeinsamen positiven Pol der drei Stromzweige, wobei der negative Pol dieser Spannungsquelle am Steuergitter liegt, daß außerdem die Anode dieser Röhre (El) im dritten Zweig unmittelbar auch mit dem Steuergitter der anderen Röhre (E2) verbunden ist und daß ferner die Widerstände (R1 und/oder R2) so eingestellt sind, daß der dynamische Widerstand, der durch den Parallelkreis der Röhren gebildet ist, negativ und zahlenmäßig gleich dem Widerstand (Ro) im ersten Zweig ist.
  2. 2. Schaltungsanordnung zur Gleichstromstabilisierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stabilisierungsstromkreis durch eine hintereinandergeschaltete Röhre (E3) ergänzt ist und das Steuergitter dieser Röhre (Es) entweder mit der Anode der ersten Röhre (Ei) oder mit der Kathode des Kathodenverstärkers (E2) verbunden ist.
  3. 3. Schaltungsanordnung zur Gleichstromstabilisierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (Ro) durch ein Potentiometer gebildet ist, an dessen Schleifer der Belastungswiderstand (R,) angeschlossen ist. In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2 268 790.
DET19003A 1959-09-16 1960-09-13 Elektronischer Gleichstromstabilisator Pending DE1161597B (de)

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CS1161597X 1959-09-16

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2268790A (en) * 1938-06-01 1942-01-06 Emi Ltd Voltage stabilizing device for electric supply systems

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2268790A (en) * 1938-06-01 1942-01-06 Emi Ltd Voltage stabilizing device for electric supply systems

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