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Anordnung zur temperaturabhängigen Regelung der Ausgangsspannung einer
Energiequelle Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur temperaturabhängigen Regelung
der Ausgangsspannung einer Energiequelle.
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Es ist beispielsweise bereits bekannt, eine Brückenschaltung mit strom-,
spannungs- oder leistungsabhängigen Widerstandselementen anzuordnen, um die Ausgangsspannung
einer Energiequelle konstant zu halten, wobei die Widerstandselemente mit Strom
gespeist werden, der von der Ausgangsspannung erhalten wird, und die Widerstandselemente
als Leit-oder Steuerelemente in einer Regelschaltung enthalten sind. Wenn die Ausgangsspannung
sich zu vermindern sucht, nimmt auch der Strom durch die Widerstandselemente ab.
Dadurch vermindern (bzw. vergrößern) sich deren Widerstandswerte und beeinflussen
die Regelschaltung derart, daß dem Abnahmebestreben entgegengewirkt wird. Es sind
also Brückenschaltungen mit beispielsweise stromabhängigen Widerstandselementen
bekannt. Jedoch sind diese Brückenschaltungen im allgemeinen so ausgebildet, daß
die Größe der Widerstandswerte der Brücke durch einen aufgedrückten äußeren Strom
oder durch eine äußere Spannung bestimmt werden, so daß Änderungen der Raumtemperatur
beispielsweise die Funktion der Brücke als Regeleinrichtung in unerwünschter Weise
beeinflussen. Jedoch sind in gewissen Fällen temperaturabhängige Widerstände, wie
z. B. Glühlampen, in Brücken der obenerwähnten Art verwendet worden.
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In der Praxis ist eine einfache und zuverlässige Anordnung zur temperaturabhängigen
Regelung der Ausgangsspannung einer Energiequelle mit Bezug auf die am Energieverbraucher
vorhandene Raumtemperatur erwünscht. Als Beispiel können bestimmte Ferritkerne erwähnt
werden, bei denen die Koerzitivkraft stark temperaturabhängig ist. Daher muß den
Spannungsaggregaten, die diese Ferritspeicher speisen, eine Temperaturkennlinie
gegeben werden, die der Temperaturkennlinie der Ferritspeicher genau entspricht.
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Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Regelanordnung, die
in dieser Hinsicht besonders geeignet ist. Die Anordnung nach der Erfindung umfaßt
eine temperaturempfindliche Brücke und eine mit zwei Eingängen versehene Vergleichsschaltung,
wobei an den einen Eingang ein Diagonalpunkt der Brücke und an den anderen Eingang
ein Zweig von der Ausgangsseite der Energiequelle angeschlossen ist. Die Anordnung
ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des genannten Zweiges in einem Spannungsteiler
enthalten ist, von dem ein Ende an einen Diagonalpunkt in der Brücke gegenüber dem
genannten Diagonalpunkt angeschlossen ist, und daß die Elemente der Vergleichs-Schaltung,
der Brücke und des Spannungsteilers so gewählt und bemessen sind, daß der Strom
durch die Brücke wesentlich größer als der Strom durch den Spannungsteiler ist,
wobei dieser Strom wesentlich größer als der Strom durch den Teil des Zweiges ist,
der von dem Spannungsteiler zu dem anderen Eingang an der Vergleichsschaltung führt.
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Die Erfindung wird im Zusammenhang mit der Zeichnung beschrieben.
Es zeigt F i g. 1 eine Ausführungsform nach der Erfindung; F i g. 2 einige Spannungs-Temperatur-Kennlinien;
F i g. 3 weitere Einzelheiten dafür, wie die Anordnung nach F i g. 1 aufgebaut werden
kann, und F i g. 4 eine Funktionsdarstellung, die den Arbeitsumfang der Anordnung
nach F i g. 1 und 4 beeinflußt. Die Anordnung nach F i g. 1 umfaßt eine Energiequelle
K, deren Ausgangsspannung Eut so geregelt werden soll, daß sie irgendwelche
der Temperaturkennlinien 1, 11 oder 111 erhält, wie aus F i g. 2 ersichtlich ist.
Zur Regelung ist eine temperaturempfindliche Brücke B, ein Differentialverstärker
J, der als Vergleichsschaltung arbeitet, und ein Spannungsteiler R1-R2 vorhanden.
Die Brücke hat vier Zweige und enthält in zwei sich gegenüberliegenden Armen temperaturabhängige
Widerstände RT mit niedrigem thermischem Widerstand (K <20° C/W), beispielsweise
aus auf einen Rahmen gewickelten emaillierten
Kupferdraht, und in
den zwei übrigen Zweigen ohmsche Widerstände r, die ziemlich temperaturunabhängig
sind. Von den Widerständen r könnten einer, zwei oder drei 3- > RT) in den
gleichen Zweig gleichzeitig abhängig davon geschaltet werden, welche Kennlinie I,
II oder III an der Ausgangsspannung Eut erhalten werden soll. Einer von zwei sich
gegenüberliegenden Diagonalpunkten ist geerdet, und der andere ist mit der Spannungsquelle
E verbunden, deren Spannung so temperaturstabil wie möglich sein muß. Von den übrigen
zwei Diagonalpunkten der Brücke ist der eine Punkt D1 an einen Eingang
in 1 an der Vergleichsschaltung angeschlossen, während der andere Diagonalpunkt
D 2 mit dem einen Ende des Spannungsteilers R1-R2 verbunden ist.
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Die Vergleichsschaltung J hat zwei Eingänge, von denen der eine, inl,
bereits erwähnt wurde, und der andere Eingang, in2, an die Ausgangsseite ut der
Energiequelle K über einen Zweig !n2-Rl-ut angeschlossen ist. Ein Teil dieses Zweiges,
d. h. R1, ist ein Teil des zuvor erwähnten Spannungsteilers R 1-R2, der aus zwei
hintereinandergeschalteten Widerständen R1-R2 besteht. Damit die Ausgangsspannung
Eut den gleichen Wert Eo bei der Temperatur T in den zuvor erwähnten drei
Fällen I, 1I und III hat, muß das Verhältnis R1: R2 entsprechend geändert
werden, wie Widerstände r angeschlossen werden. Daher sind die Widerstände R1 und
R2 in der Zeichnung als veränderbare Widerstände bezeichnet worden.
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Die in der Vergleichsschaltung J, der Brücke B und dem Spannungsteiler
R1-R2 enthaltenen Elemente sind so gewählt und bemessen, daß während des Betriebes
der Strom IR durch die Brücke B wesentlich größer als der Strom I8p durch
den Spannungsteiler ist, wobei dieser Strom 18p wesentlich größer als der Strom
Ij durch den Teil des Zweiges ut-Rl-!n2 ist, der von dem Spannungsteiler R1-R2 zu
dem anderen Eingang 1n2 an der Vergleichsschaltung J führt.
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Die beschriebene Anordnung arbeitet kurz zusammengefaßt in der folgenden
Weise: Mit Bezug auf die Spannung folgen die beiden Eingänge inl und in2 des Differentialverstärkers
(Vergleichsschaltung) J einander sehr genau. Daher ergibt sich die Spannung zwischen
den Diagonalpunkten D1 und D2 auch über dem Widerstand R2 und steuert dadurch den
Strom durch diesen Widerstand. Da der Differentialverstärker J den Spannungsteiler
R1-R2 ganz unbeträchtlich belastet, steuert die erwähnte Spannung zwischen den Diagonalpunkten
D1 und D2 offensichtlich den Strom durch den Widerstand R1. Der Temperaturkennwert
a der Ausgangsspannung Eut hat dann die Funktionsbezeichnung:
wobei a, =
und V1 die Potentialdifferenz zwischen D1 und D2 ist.
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EZ ist das Potential in dem Punkt D2 und
Wenn das Symbol K = , wobei RTO der Wert des Widerstandes RT bei
T
= 0 ist, eingefügt wird und somit das Symbol acu für die Temperaturkennlinie
des Kupferwiderstandes RT, wird der folgende Wert an der Temperaturcharakteristik
« der Ausgangsspannung Eut erhalten.
Wie aus dem Koeffizienten
ersichtlich ist, der im übrigen in F i g. 4 dargestellt ist, kann a infolgedessen
innerhalb weiter Grenzen durch Änderung der Relation
variiert werden, d. h., die Anordnung nach der Erfindung erfüllt die Forderung,
die tatsächlich an die Fähigkeit einer solchen Anordnung gestellt werden könnte,
um eine Ausgangsspannung zu verursachen, die genau temperaturgeregelt ist.
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In der Anordnung nach F i g. 3 umfaßt die Vergleichsschaltung J zwei
Transistoren Trl und Tr2, deren Emitterelektroden über einen gemeinsamen Widerstand
R13 geerdet sind und deren Kollektorelektroden mit der Spannung -E-12 Volt über
die Widerstände R11 bzw. R12 verbunden sind. Die Basiselektrode des Transistors
Tr 1 ist an den einen Diagonalpunkt der Brücke B und die Basiselektrode des
Transistors Tr2 ist an den Diagonalpunkt in der Brücke gegenüber dem genannten Diagonalpunkt
über einen einstellbaren Teil eines Widerstandes R3 und den Widerstand R2 angeschlossen.
Zwischen Energiequelle, deren Ausgangsspannung geregelt werden soll, und verbraucherseitigem
Ausgang sind zwei Transistoren Tr3 und Tr4 geschaltet, wobei die Basiselektrode
des Transistors Tr3 mit der Kollektorelektrode des Transistors Tr2 verbunden ist
und die Kollektorelektrode des Transistors Tr3 an die Basiselektrode des Transistors
Tr4 und über einen Widerstand R14 an das Spannungspotential -f-12 Volt geschaltet
ist und die Emitterelektrode des Transistors Tr 3 an den Ausgang ut der Anordnung
angeschlossen ist. Die Emitterelektrode des Transistors Tr4 ist mit dem Spannungspotential
-E--8 Volt, und seine Kollektorelektrode ist mit dem Ausgang ut verbunden.
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Die folgenden Werte und Typenbezeichnungen können als veranschaulichendes
Beispiel für die enthaltenden Bauelemente angegeben werden: RT =150 S2 bei 20°C
r = 210 S2 Trl, Tr2 und Tr3 : Typ 2N214 R11=R12=2,2kÜ R2 =1,5 k S2
R13 = 820 S2 Tr4: Typ 0C35 R14 =1,2S2 R1 = 3,3 k K2
R3 =1kÜ
Wenn die Transistoren und Widerstände in dieser Weise gewählt werden, wird ein Strom
18p von etwa 0,6 mA in dem Spannungsteiler R1-R3-R2 bei der Nennausgangsspannung
ew = 6 Volt und ein Ausgangsstrom = 300 mA bei etwa 20°C erhalten, während der Strom
IR durch einen Brückenzweig etwa 17 mA und der Strom Il zu der Basiselektrode des
Transistors Tr2 etwa 0,06 mA betragen.