DE1223434B

DE1223434B - Circuit arrangement for obtaining stabilized voltages

Info

Publication number: DE1223434B
Application number: DEV20457A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Rolf Moehring
Original assignee: Vakutronik VEB
Current assignee: Vakutronik VEB
Priority date: 1961-04-07
Filing date: 1961-04-07
Publication date: 1966-08-25

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. Cl.:Int. Cl .:

H02mH02m

Deutsche Kl.: 21 a4 - 35/14 German class: 21 a4 - 35/14

Nummer: 1223 434Number: 1223 434

Aktenzeichen: V 20457IX d/21 a4File number: V 20457IX d / 21 a4

Anmeldetag: 7. April 1961Filing date: April 7, 1961

Auslegetag· 25. August 1966Display day August 25, 1966

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Gewinnung stabilisierter Spannungen mittels Reihenschaltung von Zenerdiode und Kondensator. The invention relates to a circuit arrangement for obtaining stabilized voltages by means of Series connection of Zener diode and capacitor.

Es sind Schaltungen bekannt, in denen mit Zenerdioden Gleichspannungen stabilisiert werden. Aber auch Wechselspannungsamplituden lassen sich bekanntlich mittels Zenerdioden begrenzen, wodurch Stabilisierungseffekte erzielt werden. Weiterhin ist bekannt, durch Reihenschaltung eines Kondensators und einer Zenerdiode die Spannungsamplituden eines Rückkopplungsoszillators konstant zu halten.Circuits are known in which DC voltages are stabilized with Zener diodes. but As is known, alternating voltage amplitudes can also be limited by means of Zener diodes, as a result of which Stabilization effects can be achieved. It is also known to connect a capacitor in series and a Zener diode to keep the voltage amplitudes of a feedback oscillator constant.

Die bekannten Schaltungen bringen jedoch einen verhältnismäßig großen Aufwand an Bauelementen mit sich, der für manche Zwecke unerwünscht und untragbar ist.The known circuits, however, involve a relatively large amount of components with it, which for some purposes is undesirable and intolerable.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, aus einer variablen Wechselspannung eine stabilisierte Gleichspannung und eine stabilisierte Wechselspannung mit einem Minimum an Bauelementen zu gewinnen.The invention is based on the object of converting a variable alternating voltage into a stabilized direct voltage and to obtain a stabilized AC voltage with a minimum of components.

Die Aufgabe wird mit einer Schaltungsanordnung zur Gewinnung stabilisierter Spannungen der Erfindung gemäß dadurch gelöst, daß in Reihe mit der Zenerdiode und dem Kondensator ein Widerstand vorgesehen ist und diese Schaltungsanordnung an einer Wechselspannungsquelle liegt, derenSpannungsamplitude mindestens gleich der halben Durchbruchsspannung der Zenerdiode in der Sperrphase ist. Dadurch wird erreicht, daß über dem Kondensator eine stabilisierte Gleichspannung und über der Reihenschaltung von Kondensator und Zenerdiode eine stabilisierte Wechselspannung vorhanden ist.The object is achieved with a circuit arrangement for obtaining stabilized voltages of the invention according to solved in that a resistor is provided in series with the Zener diode and the capacitor and this circuit arrangement is connected to an AC voltage source whose voltage amplitude is at least is equal to half the breakdown voltage of the Zener diode in the blocking phase. This achieves that across the capacitor a stabilized DC voltage and across the series connection of the capacitor and a stabilized alternating voltage is present in the Zener diode.

Es ist vorteilhaft, zur Erzeugung der Wechselspannung einen Handdynamo zu verwenden. Parallel zur Reihenschaltung von Zenerdiode und Kondensator ist die Primärwicklung eines Transformators angeschlossen, während die Reihenschaltung der Sekundärwicklung des Transformators mit einem Gleichrichter parallel zu einem weiteren Kondensator liegt. Dieser Kondensator ist· mit einem Strahlendetektor direkt oder über einen Widerstand verbunden, während der Kondensator aus der Reihenschaltung mit der Zenerdiode an einem Verstärker und/oder Impulsdichtemesser angeschlossen ist. Als Wechselspannungsquelle ist ein elektronischer Zerhacker (Transverter) vorgesehen.It is advantageous to use a hand dynamo to generate the alternating voltage. Parallel The primary winding of a transformer is used for series connection of Zener diode and capacitor connected, while the series connection of the secondary winding of the transformer with a Rectifier is parallel to another capacitor. This capacitor is · with a radiation detector connected directly or through a resistor, while the capacitor is connected in series is connected to an amplifier and / or pulse density meter with the zener diode. As an alternating voltage source an electronic chopper (transverter) is provided.

Mit ein und derselben einzigen Zenerdiode kann nun bei geringstem Aufwand an Schaltungselementen und Wartung unter höchster Betriebssicherheit eine gute Stabilisierung zugleich mit einer Wechsel- und Gleichspannung gewonnen werden.With one and the same single Zener diode it is now possible to use the least amount of circuit elements and maintenance with the highest operational reliability a good stabilization at the same time with a change and DC voltage can be obtained.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sei nach-An embodiment of the invention is

Schaltungsanordnung zur Gewinnung
stabilisierter SpannungenCircuit arrangement for extraction
stabilized tensions

Anmelder:Applicant:

VEB Vakutronik Dresden,
Dresden A 21, Dornblüthstr. 14VEB Vakutronik Dresden,
Dresden A 21, Dornblüthstr. 14th

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Dipl.-Ing. Rolf Möhring, DresdenDipl.-Ing. Rolf Möhring, Dresden

stehend an Hand von zeichnerischen Darstellungen eingehender erläutert. Es zeigt
Fig. 1 die bekannte Kennlinie einer Zenerdiode, Fig. 2 eine vereinfachte Stabilisierungsschaltung mittels Zenerdiode gemäß Erfindung,standing on the basis of graphic representations explained in more detail. It shows
1 shows the known characteristic of a Zener diode, FIG. 2 shows a simplified stabilization circuit by means of a Zener diode according to the invention,

Fig. 3 ein der Fig. 2 analoges Schaltbild zur Stabilisierung mit beispielsweise Dimensionierungsangaben für die Schaltelemente,3 shows a circuit diagram analogous to FIG. 2 for stabilization with, for example, dimensioning information for the switching elements,

Fig. 4 Kennlinien bei stabilisierter und nichtstabilisierter Ausführung, die mittels einer Schaltung nach Fig. 3 erzielt wurden, und schließlichFig. 4 Characteristic curves with stabilized and non-stabilized Execution achieved by means of a circuit according to FIG. 3, and finally

Fig. 5 die erfindungsgemäße Schaltung zur Stabilisierung in einem Gerät zum Nachweis radioaktiver Strahlung.5 shows the circuit according to the invention for stabilization in a device for the detection of radioactive radiation.

Gemäß Fig. 1 besteht für die Stromflußrichtung nach der eingezeichneten Kennlinie 1 der Zenerdiode ein kleiner Spannungsabfall von etwa 0,5 V. In Sperrrichtung fließt nur beim Überschreiten der Zenerspannung U_z ein Strom.According to FIG. 1, there is a small voltage drop of about 0.5 V for the current flow direction according to the drawn characteristic curve 1 of the Zener diode. In the reverse direction, a current only flows when the Zener voltage U _{z is exceeded.}

In F i g. 2 liegt eine Zenerdiode 2 mit einer Wechselspannungsquelle 3 sowie einem Widerstand 4 in Reihe. Ein Kondensator 5 vollendet die Reihenschaltung. Wird die Speisewechselspannung 3 eingeschaltet, so lädt sich für den Fall, daß die Amplitude der Wechselspannung 3 kleiner als die halbe Zenerspannung ist, der Kondensator 5 auf die Spannung auf, die gleich dem Maximalwert der Wechselspannung 3 ist. In Sperrichtung wird die Zenerdiode 2 mit der Summe aus Gleichspannung 6 und der Amplitude der Wechselspannung 3 beansprucht. Ist aber die Wechselspannungsamplitude 3 größer als die halbe Zener-In Fig. 2 is a Zener diode 2 with an AC voltage source 3 and a resistor 4 in series. A capacitor 5 completes the series connection. If the alternating supply voltage 3 is switched on, it is charged in the event that the amplitude of the alternating voltage 3 is less than half the Zener voltage, the capacitor 5 to the voltage that is the same is the maximum value of the alternating voltage 3. In the reverse direction, the Zener diode is 2 with the sum from DC voltage 6 and the amplitude of the AC voltage 3. But is the alternating voltage amplitude 3 larger than half the zener

609 657/141609 657/141

Spannung U_z , so wird die Sperrichtung die Zenerspannung U₂ überschritten, und es fließt ein Strom, der über den Widerstand 4 einen so großen Spannungsabfall erzeugt, daß die über der Zenerdiode 2 liegende Spannung 7 den Wert der Zenerspannung U_z nicht überschreiten kann. Dabei wird in dieser Sperrphase der Kondensator 5₁ etwas entladen. In der Stromflußphase der Zenerdiode wird der Kondensator 5 um den gleichen Ladungs"belrag wieder aufgeladen. Damit fällt in der Stromflußphase der gleiche Spannungsabfall über dem "Widerstand 4 ab wie in der Sperrphase. Somit wird die Amplitude der Spannung über Spannungsquelle 3 und Widerstand 4 in beiden Richtungen in gleicher Weise begrenzt.Voltage U _z , the reverse direction Zener voltage U _{2 is} exceeded, and a current flows which generates such a large voltage drop across resistor 4 that voltage 7 across Zener diode 2 cannot exceed the value of Zener voltage U _z. In this case, the capacitor 5 _{1 is} somewhat discharged in this blocking phase. In the current flow phase of the Zener diode, the capacitor 5 is charged again by the same amount of charge. This means that the same voltage drop across the resistor 4 drops in the current flow phase as in the blocking phase. Thus, the amplitude of the voltage across voltage source 3 and resistor 4 is limited in both directions in the same way.

Es läßt sich nun theoretisch und praktisch nachweisen, daß die mittlere Gleichspannung 6 und die Amplitude der Spannung über Quelle 3 und Widerstand 4 in Reihe auf den halben Wert der Durchbruchsspannung 14 der Zenerdiode 2 stabilisiert wird. Die Schaltung nach Fig. 2 ermöglicht sowohl die Amplitude der Spannung über Quelle 3 und Widerstand 4 in Reihe als auch die Gleichspannung 6 auf den halben Wert der Zenerspannung U_z zu stabilisieren, und zwar nahezu unabhängig jeweils von ihrer Belastung und den Änderungen der Amplitude der Wechselspannungsquelle 3.It can now be demonstrated theoretically and practically that the mean DC voltage 6 and the amplitude of the voltage across the source 3 and resistor 4 in series are stabilized to half the value of the breakdown voltage 14 of the Zener diode 2. The circuit according to FIG. 2 enables both the amplitude of the voltage across the source 3 and resistor 4 in series and the DC voltage 6 to be stabilized to half the value of the Zener voltage U _z , almost independently of its load and the changes in the amplitude of the AC voltage source 3.

Es liegt im Prinzip dieser Schaltung, daß die Gleichspannung 6 durch'· lidas-ständie Spiel von Auf- und Entladung des Kondensators 5 eine gewisse Welligkeit besitzt. Damit "diese Welligkeit nun recht klein gehalten wird, muß die Ladungsverschiebung pro Wechselperiode ebenfalls recht klein gehalten, d. h., es muß ein mögliehst' großer Kapazitätswert für den Kondensator 5 gewählt werden.It is in the principle of this circuit that the direct voltage 6 is due to the play of opening and closing Discharge of the capacitor 5 has a certain ripple. So "this ripple is now quite small is held, the charge shift per alternating period must also be kept quite small, i. H., there must be the greatest possible capacity value for the Capacitor 5 can be selected.

In Fig. 3 ist das erweiterte vervollständigte Schaltbild der erfindungsgemäßen Anordnung mit stabilisierter Hochspannungsquelle dargestellt. Dabei wird die Gleichspannung. 6 über einen Kondensator 5 von 500 μι gemessen ün'Ü.die Hochspannung 8 aus einer Verdopplerschaltung gewonnen. Wechselhochspannung 8 wie Gleichspannung 6 sind in Fig. 4 in Abhängigkeit von der",.Größe der Eingangsspannung 3 aufgetragen. . 'In Fig. 3 the expanded, completed circuit diagram of the arrangement according to the invention with a stabilized high voltage source is shown. Thereby the DC voltage. 6 measured over a capacitor 5 of 500 μι ün'Ü.die high voltage 8 obtained from a doubler circuit. Alternating high voltage 8 as well as direct voltage 6 are plotted in FIG. 4 as a function of the "".

Aus Fig. 4 ist Weiter zu erkennen, daß die Gleichspannung auf etwa "6 V stabilisiert ist. Die stabilisierte Wechselspannuftgsamplitude von 6 V wird im Transformator 9 hochgespannt und in der nachfolgenden Gleichrichterschaltung 10 in an sich bekannter Weise verdoppelt. Wie aus der Kurve zu ersehen, ist auch die hochgespannte Wechselspannung auf 460 V gut stabilisiert entsprechend dem Zusammenhang mit dem WindungszahlenverhältnisFrom Fig. 4 it can also be seen that the DC voltage is stabilized at about "6 V. The stabilized alternating voltage air amplitude of 6 V is in the Transformer 9 high voltage and in the subsequent Rectifier circuit 10 doubled in a manner known per se. As you can see from the curve the high-voltage AC voltage is also well stabilized at 460 V in accordance with the context with the number of turns ratio

6V,6V,

10000
26010,000
260

2.2.

Kondensator 12 liegende Arbeitsspannung des Geiger-Müller-Zählrohres 13 (Ionisationskammer oder Sekundärelektronenvervielfacher) ebenfalls stabilisiert. Fällt ein Strahlenquant in das Geiger-Müller-Zählrohr 13 ein, so wird der entstehende elektrische Impuls über den Transformator. 14 dem Transistor 15 zugeführt Und im Laufsprecher 16 hörbar gemacht. Da mit der erfindungsgemäßen Stabilisierungsanordnung ebenfalls die Gleichspannung über dem Kondensator 5 stabilisiert ist, läßt sich auch die mittlere Impulsdichte über das wahlweise mittels des Schalters 17 anschaltbare Meßinstrument 18 messen und ein Verstärker (Hör-, Impuls-) oder Impulsdichtemesser betreiben.Capacitor 12 lying working voltage of the Geiger-Müller counter tube 13 (ionization chamber or secondary electron multiplier) also stabilized. Falls a radiation quantum in the Geiger-Müller counter tube 13, the resulting electrical impulse is over the transformer. 14 fed to transistor 15 and made audible in loudspeaker 16. Since with the The stabilization arrangement according to the invention also stabilizes the DC voltage across the capacitor 5 is, the mean pulse density can also be switched on using the switch 17, which can be switched on as required Measure measuring instrument 18 and operate an amplifier (hearing, pulse) or pulse density meter.

Wird statt des Generators 3 ein Handdynamo, als Impulsverstärker, Hörverstärker oder Impulsdichtemesser eine Ausführung gewählt, die nur dann Leistung verbraucht, wenn ein Zählrohrimpuls einfällt, und sind die Kondensatoren 5 und 12 groß genug, so genügt ein kurzzeitiges Betätigen des Handdynamos, um bei ständiger akustischer und optischer Anzeige durch den Impulsdichtemesser das Gerät mehrere Minuten und länger betriebsbereit zu halten. Lediglich beim Ablesen der Impulsdichte am; Instrument 18 ist der Handdynamo vorsorglich zu betätigen, damit wieder die volle stabilisierte Spannung über den Kondensatoren 5 und 12 anliegt, die zur genauen Angabe der Impulsdichte erforderlich ist.Instead of the generator 3, a hand dynamo is used as a pulse amplifier, hearing amplifier or pulse density meter a version selected that only consumes power when a counter tube pulse occurs, and if the capacitors 5 and 12 are large enough, a brief actuation of the hand dynamo is sufficient, around the device with constant acoustic and optical display by the pulse density meter to keep it operational for several minutes and longer. Only when reading the pulse density on; Instrument 18 is to operate the hand dynamo as a precaution, so that again the full stabilized voltage is applied across the capacitors 5 and 12, which for the exact Specification of the pulse density is required.

Statt der verwendeten Zenerdiode kann auch ein Bauelement oder eine "Bauelementenkombination mit ähnlichen· Eigenschaften wie denen einer Zenerdiode verwendet werden.Instead of the Zener diode used, a component or a "component combination" can also be used properties similar to those of a Zener diode can be used.

Die erfindungsgemäße Schaltung eignet sich mit Vorzug zur Gewinnung von stabilisierten nieder- wie hochgespannten Gleich- wie Wechselströmen, für Geräte mit geringem Leistungsverbrauch, wie dies bei dem gewählten Ausführungsbeispiel aus der Strahlenmeßtechnik der Fall ist. Andere Beispiele sind Schwerhörigengeräte u.dgl.m.The circuit according to the invention is particularly suitable for obtaining stabilized low as high-voltage direct and alternating currents, for devices with low power consumption, such as at the selected embodiment from radiation measurement technology is the case. Other examples are devices for the hearing impaired etc.

Um eine solche Schaltung gemäß Erfindung sowohl für transportable wie auch stationäre Geräte in gleicher Weise vorteilhaft einsetzen zu können, empfiehlt es sich, diese wahlweise auch für Vollnetzbetrieb einzurichten, indem, ein geeigneter Adapter, z. B. Klingeltrafo (Klingeltrafo = Transformierung der Netzspannung auf 3, 5 und 8 V), die Speisewechselstromquelle ersetzt. In order to use such a circuit according to the invention for both portable and stationary devices In order to be able to use it in the same way, it is advisable to optionally use it for full network operation to set up by using a suitable adapter, e.g. B. bell transformer (bell transformer = transformation of the Mains voltage to 3, 5 and 8 V), which replaces the AC supply source.

Die Durchbruchsspannung U_z der verwendeten Zenerdiode 2 beträgt etvfe 12,5 V.The breakdown voltage U _{z of} the Zener diode 2 used is approximately 12.5 V.

In Fig. 5 ist eine praktische Anwendung der erfindungsgemäßen ;Stäbilisierungsschaltung in Verbindung mit einem"'Nachweisgerät für radioaktive Strahlen gezeigt. VOn₁. dem Generator 3 oder einer anderen Wechselspannungsquelle wird eine Wechselspannung geliefert, die stabilisiert wird. Damit wird die über den Transförrnatör 9 hochgespannte und über Gleichrichter", ti gleichgerichtete, über demIn FIG. 5 shows a practical application of the present invention; shown Stäbilisierungsschaltung in conjunction with a "'detection unit for radioactive rays from ₁ to the generator 3 or other AC power source, an AC voltage is supplied, which is stabilized Thus, the over the Transförrnatör. 9.. high voltage and rectified via ", ti rectified, above the

Claims

Patent claims:

1. Circuit arrangement for obtaining stabilized voltages by means of series connection of Zener diode and capacitor, characterized in that a resistor (4) is provided in series with the Zener ^ diode (2) and the capacitor (S) and this circuit arrangement is connected to an AC voltage source (3) whose voltage amplitude is at least equal to half the breakdown voltage of the Zener diode (2) in the blocking phase.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that a hand dynamo for generating the AC voltage is provided and the primary winding of a transformer (9) in parallel

for series connection of Zener diode (2) and capacitor. (S) and the series connection of the. Secondary winding of the transformer with a 'rectifier (11) parallel to a second con-

capacitor (12), which is connected to a radiation detector (13) directly or via a resistor is, while the first capacitor (5) is connected to an amplifier and / or pulse density meter is.

3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that as an alternating voltage source an electronic chopper (transverter) is provided.

Documents considered: German Patent No. 1001347; Swiss patent specification No. 144 721; "Funkschau", 1953, no. 9, p. 161.

1 sheet of drawings