-
Elektronische Anordnung zur Stabilisierung von Spannungen Die Erfindung
betrifft eine einfache Anordnung zur Stabilisierung von Spannungen für elektronische
Geräte, in denen eine oder mehrere stabilisierte Spannungen benötigt werden.
-
Die Speisequellen bekannter elektronischer Geräte, wie auch Netz und
Batterien, weisen mehr oder weniger große Schwankungen auf. Besonders bei Batterien
aus Primärelementen muß, wenn deren Kapazität gut ausgenutzt werden soll, mit Spannungsänderungen
bis zu 50% gerechnet werden.
-
Da elektronische Verstärker oft eine hohe Stabilität verschiedener
Betriebsspannungen erfordern, ist der Einsatz geeigneter Stabilisierungsschaltungen
dabei unerläßlich.
-
Bisher sind Stabilisierungsregelschaltungen bekannt, in denen als
steuerbarer, veränderlicher Widerstand geschaltete Verstärkerelemente, wie z. B.
Transistoren, in Verbindung mit geeigneten Bezugsspannungsquellen, teilweise unter
Zwischenschaltung von Regelverstärkern, verwendet werden. Da die Konstanz der Bezugsspannungsquellen,
wie z. B. Zenerdioden, wesentlich von der Konstanz des zur Einstellung des Arbeitspunktes
notwendigen Querstromes dieser Quellen abhängt, ist ein optimaler Stabilisierungsfaktor
nicht möglich, wenn die Einstellung des Arbeitspunktes durch die zu stabilisierende
Spannung erfolgt. Auch auf den Regelverstärker wirken sich die Betriebsspannungsschwankungen
wie äquivalente Bezugsspannungsschwankungen aus. Dadurch ist die Höhe des Stabilisierungsfaktors
auch bei aufwendigem Regelverstärker und niedrigem dynamischem Innenwiderstand der
Bezugsspannungsquelle begrenzt.
-
Um den Stabilisierungsfaktor zu verbessern, sind Stabilisierungsschaltungen
bekannt, die eine stabile Spannung zur Speisung von Referenzspannungsquelle oder
Regelverstärker aus einer zusätzlichen, z. B. mit einer Zenerdiode vorstabilisierten
Spannungsquelle entnehmen. Derartige Anordnungen haben aber einen hohen Leistungsverbrauch,
verlangen einen erheblichen zusätzlichen Aufwand an Bauelementen und fordern außer
der zu stabilisierenden Spannuung die Verfügbarkeit einer Zusatzspannung. Besonders
bei der Stabilisierung von Batteriespannungen wird der Nachteil der Anordnung deutlich,
da zusätzliche Batterien benötigt werden.
-
Gegenstand der Erfindung ist nun eine einfache Schaltungsanordnung,
die neben der Erzeugung mehrerer unabhängiger stabiler Speisespannungen auch eine
stabilisierte Spannung zur Speisung der Bezugsspannungsquelle und gegebenenfalls
des Regelverstärkers netz- oder batteriebetriebener Geräte liefert. Erfindungsgemäß
wird dies dadurch erreicht, daß ein an sich bekannter Transverter oder Generator
einer an sich bekannten Stabilisierungsschaltung nachgeschaltet ist, deren Bezugsspannungsquelle
und gegebenenfalls deren Regelverstärker mit aus dem nachgeschalteten Transverter
oder Generator teilweise oder vollständig gespeist wird, und daß zum Anlauf die
Stabilisierungsschaltung kurzzeitig überbrückt wird.
-
Transverter oder Generator ist dabei so geschaltet, daß er eine seiner
Eingangsspannungen proportionale Ausgangsspannung liefert.
-
Die Arbeitspunkteinstellung der Bezugsspannungsquelle erfolgt dann
mit einer solchen verhältnismäßig weitgehend konstanten Spannung, und es ergeben
sich hohe und höchste Stabilisierungsfaktoren. Auch an den dynamischen Innenwiderstand
der Bezugsspannungsquelle werden dann nicht mehr so hohe Anforderungen gestellt.
Die Speisung eines Regelverstärkers mit einer schon stabilisierten Spannung bringt
die gleichen Vorteile.
-
Es ist zweckmäßig, die für die Stabilisierungsschaltung nötige stabile
Spannung durch Zuschaltung einer aus dem Transverter oder dem Generator entnommenen
Spannung zu der von der Stbilisierungsschaltung abgegebenen Spannung zu gewinnen,
weil dadurch die Schaltung mit günstigstem Wirkungsgrad arbeitet. Die Temperaturabhängigkeit
der Bezugsspannungsquelle oder des Regelverstärkers kann dadurch ausgeglichen werden,
daß der zur Arbeitspunkteinstellung nötige Vorwiderstand aus einer Widerstandskombination
mit einem temperaturabhängigen Widerstand besteht. Für geringere Ansprüche können
dann z. B. auch Germaniumdioden zur Bezugsspannungserzeugung eingesetzt werden.
-
Um den Anlauf von Transverter oder Generator zu ermöglichen, liefert
zunächst noch die unstabilisierte Spannung im Einschaltmoment vorzugsweise über
eine Diode die für die Bezugsspannungsquelle und den Regelverstärker nötige Betriebsspannung.
An
Hand von Ausführungsbeispielen sei die Erfindung nachstehend näher erläutert. Es
zeigt F i g. 1 die erfindungsgemäße Grundschaltung, in der die Stabilisierungsschaltung
mit einem Transistor als steuerbarem Widerstand und einer Zenerdiode als Bezugsspannungsquelle
bestückt ist, F i g. 2 die Grundschaltung mit zusätzlich transistorisiertem Regelverstärker,
F i g. 3 die Grundschaltung entsprechend F i g. 1, bei der die Temperaturabhängigkeit
der Bezugsspannungsquelle durch eine Anordnung mit temperaturabhängigem Widerstand
ausgeglichen wird.
-
Die in F i g. 1 gezeigte erfindungsgemäße Stabilisierungsschaltung
besteht aus einem Transistoor 1, der als steuerbarer Widerstand arbeitet, und einer
als Bezugsspannungsquelle dienenden Zenerdiode 6, deren Arbeitspunkt durch einen
Widerstand 3 einstellbar ist. u, ist die unstabilisierte Eingangsspannung, u" die
stabilisierte Spannung, die einen Generator 5 speist und zur Speisung weiterer Verstärkerelemente
dienen kann. Aus dem Generator 5 werden die der Spannung u" proportionalen
Spannungen ai" 1,
U,12 uund u", entnommen. u, i und u, sind unabhängige, beliebig
verwendbare stabilisierte Speisespannungen, u" 3 wird nach Gleichrichtung und Siebung
in der Gleichrichterschaltung 4 der stabilisierten Spannung u" zugeschaltet
und u" + u", zur Einstellung der Bezugsspannungsquelle 6 verwendet. Um im
Einschaltmoment das Anlaufen des Transverters zu gewährleisten, ist eine Diode 2
eingesetzt, nach erfolgtem Anlauf ist nur deren verhältnismäßig hoher Sperrwiderstand
wirksam, der dann die Arbeitsweise der Schaltung nicht mehr beeinflußt.
-
F i g. 2 zeigt im Prinzip die gleiche Anordnung wie F i g. 1. Vom
Verstärkertransistor 7 fällt eine ausreichend hohe Spannung ab, und es genügt zur
Speisung der Bezugsspannungsquelle die stabilisierte Spannung u". Als Betriebsspannung
des Verstärkertransistors 7 dient die stabilisierte Spannung u" +
u" 3,
die hier über einen Arbeitswiderstand 8 zugeführt wird.
-
F i g. 3 läßt ebenfalls die Grundschaltung erkennen, bei der zur Kompensation
der Temperaturabhängigkeit der Bezugsspannungsquelle 6 eine Widerstandskombination,
bestehend aus normalen ohmschen Widerständen 10 und 8 sowie einem
zusätzlichen temperaturabhängigen Widerstand 9, verwendet wird. Die Bezugsspannungsquelle
6 und der temperaturabhängige Widerstand 9 sind räumlich eng beieinander montiert
und thermisch gut leitend verbunden, damit sich Temperaturänderungen auf beide Elemente
gleichmäßig auswirken.
-
Es sind noch weitere Abwandlungen der Ausführungsbeispiele möglich,
die in gleicher Weise vom Grundgedanken der Erfindung Gebrauch machen und von dieser
erfaßt werden.
-
Mit der erfindungsgemäßen Schaltung konnten Stabilisierungsfaktoren
bei Betrieb ohne Verstärker von 100, mit Verstärker von über 1000 erreicht werden.