DE1163923B

DE1163923B - Arrangement for stabilizing supply voltages

Info

Publication number: DE1163923B
Application number: DEN16611A
Authority: DE
Inventors: Arie Slob; Henri Herman Jean Maria Gradus
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1959-04-23
Filing date: 1959-04-23
Publication date: 1964-02-27
Also published as: GB928584A; JPS4327442B1; FR1254788A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES S//j97WW> PATENTAMT Internat. KI.: H 02 m FEDERAL REPUBLIC OF GERMANY GERMAN S // j97WW> PATENTAMT Internat. KI .: H 02 m

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

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Deutsche Kl.: 21 a4-35/17 German class: 21 a4- 35/17

N 16611 IXd/21 a4
23. April 1959
27. Februar 1964N 16611 IXd / 21 a4
April 23, 1959
February 27, 1964

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Stabilisierung einer Speisespannung. In einer bekannten Schaltung dieser Art mit einem in Emitterschaltung betriebenen Transistor ist eine Zenerdiode parallel zur Speisequelle angeordnet. Auf diese Weise wird die zwischen Emitter und Kollektor des Transistors wirksame Speisespannung auf einen Wert gleich der Durchschlagspannung der Zenerdiode begrenzt. Diese Schaltung hat aber den Nachteil, daß, falls die Spannung der Speisequelle diese Durchschlagspannung überschreitet, ein derartiger Strom durch die Zenerdiode fließen muß, daß über den in Reihe mit der Speisequelle wirksamen Widerstand der erforderliche Spannungsabfall erzeugt wird, um den Spannungsüberschuß zwischen Speise- und Durchschlagspannung auszugleichen. Da dieser Widerstand meistens verhältnismäßig niedrig ist, um Leistungsverluste zu vermeiden, muß dieser Strom daher einen verhältnismäßig großen Wert annehmen, was zu einer Übersteuerung der Zenerdiode führen kann.The invention relates to an arrangement for stabilization a supply voltage. In a known circuit of this type with an emitter circuit operated transistor, a Zener diode is arranged parallel to the supply source. That way will the effective supply voltage between the emitter and collector of the transistor to a value equal to Breakdown voltage of the Zener diode is limited. This circuit has the disadvantage that if the Voltage of the supply source exceeds this breakdown voltage, such a current through the Zener diode must flow that across the effective in series with the supply source resistance the required Voltage drop is generated around the voltage excess between supply and breakdown voltage balance. Since this resistance is usually relatively low in order to avoid power losses, this current must therefore have a assume a relatively large value, which can lead to an overload of the Zener diode.

Um diese Überlastung der Zenerdiode zu vermeiden, ist es bekannt, den Kollektor des Transistors mit seiner Basis über die Zenerdiode zu verbinden, wobei die Durchschlagspannung derselben niedriger ist als die der Kollektor-Basis-Grenzschicht des Transistors und wobei im Kreis zwischen Emitter und Kollektor des Transistors ein Widerstand, z. B. ein Lastwiderstand, in Reihe eingeschaltet ist. Auf diese Weise wird erreicht, daß der durch die Zenerdiode erforderliche Strom um einen Faktor gleich dem Kollektor-Basis-Stromverstärkungsfaktor des Transistors erniedrigt wird.In order to avoid this overload of the Zener diode, it is known to use the collector of the transistor to be connected to its base via the Zener diode, the breakdown voltage of the same being lower is than that of the collector-base junction of the transistor and being in the circle between the emitter and Collector of the transistor a resistor, e.g. B. a load resistor is connected in series. To this Way is achieved that the current required by the Zener diode by a factor equal to that Collector-base current gain of the transistor is decreased.

Die Erfindung benutzt dieses bekannte Prinzip in einer Anordnung zur Speisespannungsstabilisierung, um die Gefahr einer Überlastung der Transistoren zu vermeiden. Falls die Kollektor-Basis-Spannung dieser Transistoren den zulässigen Höchstwert überschreitet, besteht eine wesentliche Gefahr des Durchbrennens des Transistors. In derartigen Anordnungen wird üblicherweise im Reihenkreis zwischen der unstabilisierten und der stabilisierten Spannung mit möglichst geringen Widerständen gearbeitet, um einen möglichst hohen Strom der Last zur Verfügung stellen zu können. Aus gleichem Grund kann man Transistoren in Emitterfolgeschaltung verwenden, die bekanntlich einen geringen Innenwiderstand aufweisen.The invention uses this known principle in an arrangement for supply voltage stabilization, to avoid the risk of overloading the transistors. If the collector-base voltage is this Transistors exceeds the maximum permissible value, there is a significant risk of burnout of the transistor. In such arrangements is usually in the series circle between the unstabilized and the stabilized voltage worked with the lowest possible resistances in order to achieve a to be able to provide high current to the load. You can use transistors for the same reason use in emitter follower circuits, which are known to have a low internal resistance.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Einschaltung einer einzigen Zenerdiode die Gefahr einer Überlastung einer Anzahl der zur Verwendung kommenden Transistoren beseitigen kann. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor gleichstrommäßig mit einer Anzahl als Emitterfolger Anordnung zur Stabilisierung
von SpeisespannungenThe invention is based on the knowledge that switching on a single Zener diode can eliminate the risk of overloading a number of the transistors that are used. The invention is characterized in that the transistor is DC-wise with a number as an emitter follower arrangement for stabilization
of supply voltages

Anmelder:Applicant:

N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,

Eindhoven (Niederlande)Eindhoven (Netherlands)

Vertreter:Representative:

Dr. rer. nat. P. Roßbach, Patentanwalt,Dr. rer. nat. P. Roßbach, patent attorney,

Hamburg 1, Mönckebergstr. 7Hamburg 1, Mönckebergstr. 7th

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Arie Slob,Aria Slob,

Henri Herman Jean Maria Gradus,Henri Herman Jean Maria Gradus,

Eindhoven (Niederlande)Eindhoven (Netherlands)

geschalteter Transistoren verbunden ist und daß die Vorspannung dieser nachfolgenden Basis-Emitter-Strecken so eingestellt ist, daß die Zenerdiode auch jeden dieser nachfolgenden Transistoren gegen gleich-switched transistors is connected and that the bias of these subsequent base-emitter paths is set in such a way that the Zener diode also counteracts each of these subsequent transistors

a5 strommäßige Überlastung schützt. Auf Grund des geringen Innenwiderstandes der Emitterfolgestufen ist nämlich der Basis-Emitter-Spannungsabfall vernachlässigbar. a5 current overload protects. Due to the If the internal resistance of the emitter follower stages is low, the base-emitter voltage drop is negligible.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert.The invention is explained in more detail with reference to the drawing.

F i g. 1 veranschaulicht eine Verstärkeranordnung zur Erläuterung der Erfindung;F i g. 1 illustrates an amplifier arrangement for explaining the invention;

Fig. 2 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.Figure 2 illustrates an embodiment of the invention.

Die Verstärkeranordnung nach F i g. 1 enthält eine Quelle 1 von zu verstärkenden Signalen, die im Basiskreis eines Grenzschichttransistors 2 aufgenommen ist. Über den Kollektor-Lastwiderstand 3 des Transistors 2 werden verstärkte Signalschwingungen erzeugt. Die Basisvorspannung wird mittels des Potentiometers 4, 5 erzeugt, und im Emitterkreis des Transistors 2 ist ein für die Signalschwingungen entkoppelter Stabilisierungswiderstand 6 aufgenommen.The amplifier arrangement according to FIG. 1 contains a source 1 of signals to be amplified, which is received in the base circuit of a boundary layer transistor 2. Amplified signal oscillations are generated via the collector load resistor 3 of the transistor 2. The base bias voltage is generated by means of the potentiometer 4, 5 , and a stabilization resistor 6, which is decoupled for the signal oscillations, is received in the emitter circuit of the transistor 2.

Falls die Speisespannung V die Kollektordurchschlagspannung des Transistors 2 überschreitet, geschieht es, daß der Transistor infolge Durchstich-(punch through) und Multiplikations- (avalanche) Erscheinungen einen negativen Widerstand aufweisen kann, wodurch bei niedrigem Wert der Widerstände 3 und 6 die Basisvorspannung sowie der Kollektorstrom einen viel zu hohen Wert annehmen können. Überdies zeigt es sich, daß eine unregelmäßigeIf the supply voltage V exceeds the collector breakdown voltage of the transistor 2, it happens that the transistor can have a negative resistance as a result of punch through and multiplication (avalanche) phenomena Collector current can assume a value that is far too high. Moreover, it turns out that an irregular

409 510B7S409 510B7S

Wärmeentwicklung der Kollektorschicht infolge örtlicher Stromkonzentration in dieser Schicht auftreten kann, durch die der Transistor zerstört wird. Auch zeigt es sich, daß sich die Kollektor-Basis-Durchschlagspannung mit Strom- und mit Temperaturschwankungen im Transistor ändert. Um diese Effekte zu vermeiden, hat man schon vorgeschlagen, die Speisespannungsquelie mittels einer Zenerdiode zu überbrücken. Diese Zenerdiode muß dann aber einen ist, wird mittels des Potentiometers 25 eine Spannung von ungefähr 90 V am Emitter des Transistors 13 erzeugt, so daß der Transistor 13 gesperrt wird. Die Spannung an der Basis des Transistors 23 steigt dann von 95 V im Normalbetrieb auf 119 V und die Spannung am Emitter des Transistors 14 von 80 V im Normalbetrieb auf 90 V. Über den Transistoren 14 und 23 wird dann ungefähr 30 V erzeugt, was gerade unterhalb des zulässigen Höchstwertes für die Tran-Heat development in the collector layer as a result of local current concentration in this layer can destroy the transistor. It also shows that the collector-base breakdown voltage changes with current and temperature fluctuations in the transistor. To these effects To avoid it, it has already been proposed that the supply voltage source be closed by means of a Zener diode bridge. This Zener diode must then be a voltage, by means of the potentiometer 25 of approximately 90 V is generated at the emitter of the transistor 13, so that the transistor 13 is blocked. the The voltage at the base of the transistor 23 then rises from 95 V in normal operation to 119 V and the voltage at the emitter of transistor 14 from 80 V in normal operation to 90 V. Via transistors 14 and 23 is then produced about 30 V, which is just below the maximum allowable value for the tran-

verhälinismäßig hohen Strom führen, der zu ihrer io sistoren (z. B. des Typs OC76) ist.lead relatively high current, which is to your io sistors (z. B. of the type OC76).

Zerstörung führen kann.Can lead to destruction.

In an sich bekannter Weise ist der Kollektor des Transistors 2 gleichstrommäßig über eine Zenerdiode 7 mit seiner Basis verbunden, welche Diode Der Transistor 18 wird, auf ähnliche Weise wie in Fig. 1 angegeben, durch eine zwischen Kollektor und Basis geschaltete Zenerdiode 30 geschützt. Die im Emitter- und Basiskreis dieses Transistors einge-In a manner known per se, the collector of transistor 2 has direct current via a Zener diode 7 connected to its base, which diode becomes the transistor 18, in a manner similar to that in FIG 1, protected by a Zener diode 30 connected between the collector and the base. the in the emitter and base circuit of this transistor

eine niedrigere Durchschlagspannung wie die der 15 schalteten Kondensatoren 31 und 32 dienen zur Vera lower breakdown voltage such as that of the 15 switched capacitors 31 and 32 are used for ver

Kollektor-Basis-Grenzschicht des Transistors 2 aufweist. Deshalb schlägt bei ansteigendem Wert der Speisespannung V diese Zenerdiode 7 zuerst durch, und der durch diese Zenerdiode fließende Strom meidung unerwünschter Schwingungserscheinungen. Dem Emitterwiderstand des Transistors 18 ist die Reihe der Emitter-Basis-Strecken der Transistoren 19 bis 21 und des an den Klemmen 11 angeschaltetenHas the collector-base interface of the transistor 2. Therefore, when the value of the supply voltage V rises, this Zener diode 7 breaks down first, and the current flowing through this Zener diode avoids undesirable oscillation phenomena. The emitter resistance of transistor 18 is the series of emitter-base paths of transistors 19 to 21 and that connected to terminals 11

erzeugt einen zusätzlichen Basisstrom im Tran- 20 Lastwiderstandes parallel geschaltet. Die Zenerdiode sistor 2, so daß ein um den Kollektor-Basis-Strom- 30 hat eine Durchschlagspannung von z. B. 30 V und verstärkungsfaktor größerer Strom durch die Wider- die Transistoren 18 bis 22 je eine Durchschlagstände 3 und 6 fließt. Dadurch bleibt der Transistor 2 spannung von 32 bis 34 V. Auf diese Weise wird in seinem normalen Betrieb eingestellt, und eine Ge- nicht nur der Transistor 18 gegen Kollektorüberspanfahr des Auftretens negativer Widerstände und 35 nungen geschützt, sondern auch können aus gleichem Stromkonzentrationen ist vermieden. Die Basis- Grunde die Transistoren 19 bis 22 nicht überlastet spannung steigt nämlich nur bis auf einen Wert gleich werden. Die Zenerdiode 30 ist nämlich ebenfalls der Kollektorspannung minus der Durchschlag- gleichstrommäßig zwischen Kollektor und Basis jeder spannung der Diode 7 an. dieser Transistoren 19 bis 22 wirksam und verhindertgenerates an additional base current in the tran- 20 load resistor connected in parallel. The zener diode sistor 2, so that a to the collector-base current 30 has a breakdown voltage of z. B. 30 V and amplification factor greater current through the resistors - the transistors 18 to 22 each have a breakdown resistor 3 and 6 flows. As a result, the transistor 2 remains voltage of 32 to 34 V. In this way, set in its normal operation, and not only the transistor 18 against commutator overpaning the occurrence of negative resistances and voltages protected, but also can be from the same Current concentrations are avoided. The basic reason the transistors 19 to 22 are not overloaded namely, voltage only increases until one value becomes the same. Namely, the zener diode 30 is also the collector voltage minus the breakdown DC wise between collector and base each voltage of diode 7. of these transistors 19 to 22 effective and prevented

In der Anordnung nach Fig. 2 wird eine nicht- 30 somit eine Überschreitung der Kollektor-Basis-In the arrangement according to FIG. 2, a non-30 thus exceeding the collector base

stabilisierte Speisespannung den Klemmen 10 zugeführt. Die stabilisierte Spannung wird den Klemmen 11 entnommen. Die Spannung an den Klemmen 10, z. B. 120 V, erzeugt über die reihengeschalteten Zenerdioden 12 an der Basis eines Transistors 13 eine Bezugsspannung von z. B. 80 V. Diese Spannung wird über den Emitterfolgern 13 bzw. 14 als konstante Vorspannung dem Emitter des Transistors 15 zugeführt. Der Basis dieses Transistors 15 wird die Spannung an einer Anzapfung 16 eines parallel ₄n zu den Klemmen 11 geschalteten Potentiometers 17 zugeführt, so daß im Kollektorkreis des Transistors 15 ein vom Spannungsunterschied abhängiger Strom erzeugt wird. Dieser Strom wird in den Emitterfolgern 18 bzw. 19 bzw. 20 verstärkt und den Basiselektroden einer Anzahl parallel geschalteter Transistoren 21, 22 usw. zugeführt. Auf diese bekannte Weise wird eine stabilisierte Spannung, z. B. 100 V, an den Ausgangsklemmen 11 gewährleistet, falls die Eingangsspannung zwischen etwa 100 und 130 V schwankt. Steigt die Eingangsspannung über diesen Wert hinaus, z. B. bis 150 V, was in der Praxis z. B. beim Einschalten während kürzerer Zeit der Fall sein kann, so besteht eine erhebliche Gefahr der Überlastung der Transistoren. Die Schaltung ist nach der Erfindung so ausgebildet, daß in diesem Falle zwar keine Stabilisierung mehr stattfindet, aber doch ein Durchbrennen der Transistoren verhindert wird. Zum Schutz der Transistoren 13 und 14 ist im ge-Durchschlagspannungen dieser Transistoren. Dabei kann, wie bereits erwähnt, der Emitter-Basis-Spannungsabfall der Transistoren vernachlässigt werden.The stabilized supply voltage is fed to the terminals 10. The stabilized voltage is taken from terminals 11. The voltage at terminals 10, e.g. B. 120 V, generated via the series-connected Zener diodes 12 at the base of a transistor 13, a reference voltage of z. B. 80 V. This voltage is fed to the emitter of the transistor 15 via the emitter followers 13 and 14 as a constant bias voltage. The base of this transistor 15 is the voltage at a tap 16 of a parallel ₄ n to the terminals 11 connected potentiometer 17 is supplied, so that dependent on the voltage difference current is generated in the collector circuit of the transistor 15 °. This current is amplified in the emitter followers 18 or 19 or 20 and fed to the base electrodes of a number of transistors 21, 22 etc. connected in parallel. In this known way, a stabilized voltage, e.g. B. 100 V, guaranteed at the output terminals 11 if the input voltage fluctuates between about 100 and 130 V. If the input voltage rises above this value, e.g. B. to 150 V, which in practice z. B. can be the case when switching on for a short period of time, there is a considerable risk of overloading the transistors. According to the invention, the circuit is designed in such a way that, in this case, stabilization no longer takes place, but a burn-out of the transistors is prevented. To protect the transistors 13 and 14, the breakdown voltages of these transistors are in the ge. As already mentioned, the emitter-base voltage drop of the transistors can be neglected.

Claims

Patent claims:

1. Arrangement for stabilizing supply voltages by means of a parallel to the unstabilized Supply voltage arranged transistor and a Zener diode between the collector and the base of the transistor is connected, characterized in that the transistor DC connected to a number of transistors connected as emitter followers and that the bias voltage of these subsequent base-emitter paths is adjusted is that the Zener diode against each of these subsequent transistors against direct current overload protects.

2. A circuit according to claim 1, characterized in that one to in the collector circuit protective transistor connected the emitter-collector path of a further transistor (23) whose base is a fixed fraction of the unstabilized supply voltage.

Documents considered: German Patent No. 919 125; German interpretative documents No. 1 054 506,

common collector circuit a transistor 23 is connected- 60 1 085 203;

switches. The base of this transistor 23 is on "Nachrichtenentechnische Zeitschrift", issue 4/1957,

a fixed tap of a potentiometer 24 in parallel p. 195 to 199;

at input terminals 10. If the voltage at terminals 10 has risen to 150 V, for example "Elektro-Technik", issue 17/1957, pp. 137 and 138; Electronic Engineering, February 1957, p. 95.

1 sheet of drawings