DE1463573C - Anordnung zur Ausregelung der Schwankungen von Gleichspannungen - Google Patents

Description

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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann der ohmschen Widerstand 5 benötigten Spannungsabfall, ohmsche Widerstand zwischen dem Emitter des der im speziellen Beispiel etwa 1,5 Volt beträgt, grö-Transistors im Längszweig und dem Emitter des ßer als die Arbeitsspannung im Durchbnichgebiet der Transistors im Querzweig so bemessen sein, daß das Z-Diode 8 und kleiner als die Summe der Arbeits-Produkt aus den Widerstandswerten des ohmschen 5 spannungen im Durchbnichgebiet der Z-Dioden 3 Widerstandes im Emitterkreis und des ohmschen und 8. In diesem Arbeitsbereich ist die erwähnte Widerstandes im Kollektorkreis des Transistors im Gegenspannung am ohmschen Widerstand 4 zwi-Längskreis dividiert durch den Widerstandswert des sehen Kollektor des Transistors 2 im Querzweig und ohmschen Widerstandes zwischen dem Emitter des Erde von den Spannungen abhängig, die diesen Tran-Transistors im Längszweig und dem Emitter des io sistor steuern. Das ist erstens die Spannung am VerTransistors im Querzweig gleich ist der Summe der braucher 9, vermindert um die konstante Spannung Widerstandswerte aus dem ohmschen Widerstand im an der Z-Diode 8, sowie zweitens der durch die Emitterkreis des Transistors im Querzweig und dem Größe der ohmschen Widerstände 6 und 5 bestimmte Widerstandswert des Innenwiderstandes zwischen Anteil der Differenz von Batterie und Verbraucher-Basis und Emitter des Transistors im Querzweig. 15 spannung. Die Verstärkung des Transistors 2 im

Bei einer derartigen Bemessung wird eine optimale Querzweig wird vorteilhaft möglichst groß und kon-Ausregelung der Gleichspannungsschwankungen und stant gewählt. Sie wird durch den ohmschen Widerder Störspannungen erreicht. Im Idealfall lassen sich stand 5 in der Emitterleitung dieses Transistors linedie vorgenannten Schwankungen vollkommen aus- arisiert und im wesentlichen durch das umgekehrte regeln, so daß die dadurch erhaltene, dem Ver- 20 Verhältnis dieses Widerstandes 5 zum Widerstand 4 braucher zugeführte Spannung vollkommen kon- im Kollektorkreis bestimmt. Mit einer derartigen stant ist. Schaltung wird bereits eine äußerst konstante Ver-

Der Spannungsteiler, an dem die Verbraucherspan- braucherspannung erzeugt.

nung abnehmbar ist, kann auch aus einer Z-Diode Ein Optimum an Spannungskonstanz erhält man

und einer Kombination von mehreren Widerständen, 25 jedoch dann, wenn man nachstehende Bemessungs-

von denen mindestens einer ein Heiß- und/oder Kalt- regel beachtet.

leiter ist, bestehen. Dadurch erreicht man, daß die Für die nachfolgende Betrachtung soll der ohmsche

dem Verbraucher zur Verfügung stehende Spannung Widerstand 6 mit A₁, der ohmsche Widerstand 5 mit

in einem weiten Temperaturbereich konstant ge- R₂, der ohmsche Widerstand 4 mit R₃ und der am

halten wird. 30 Emitter gemessene Innenwiderstand des Transistors 2

An Hand der Ausführungsbeispiele nach den im Querzweig mit R_E bezeichnet werden. Bemißt

F i g. 1 und 2 wird die Erfindung näher erläutert. man den Widerstand 6 zwischen Emitter des Tran-

Fig. 1 zeigt ein einfaches Ausführungsbeispiel sistors 1 im Längszweig und Emitter des Tran-

ohne Temperaturkompensation. Die Emitter-Kol- sistors 2 im Querzweig so, daß

lektor-Strecke des Transistors 1 liegt in dem vom 35

negativen Pol der Batterie zum Verbraucher 9 füh- 7? . /?

renden Längszweig. Die Basis dieses Transistors ist —^-—5. = R^ 4- r_e

über eine Reihenschaltung, . bestehend aus der R₁
Z-Diode 3 und dem ohmschen Widerstand 4 mit dem

anderen Längszweig, dem der positive, geerdete Pol 40 ist, dann wird im Transistor des Längszweigs eine

der Batterie zugeführt ist, verbunden. Am Ver- derartige Kompensationsspannung erzeugt, daß sie

bindungspunkt dieser Z-Diode 3 mit dem ohmschen eine Änderung der Batteriespannung gerade aufhebt,

Widerstand 4 liegt der Kollektor des Transistors 2 im so daß der Verbraucher 9 mit einer vollkommen kon-

Querzweig, dessen Emitter über den Widerstand 5 stanten Spannung betrieben werden kann. Das gilt

mit dem Kollektor und über den Widerstand 6 mit 45 besonders auch deshalb, weil außerdem die bei

dem Emitter des Transistors im Längszweig gekop- mangelhafter Kompensation am Verbraucher ver-

pelt ist. Die Basis des Transistors 2 im Querzweig ist bleibenden Störspannungsreste um einen Faktor, ent-

an den Verbindungspunkt des aus dem ohmschen sprechend der Verstärkung des Transistors, verringert

Widerstand 7 und der Z-Diode 8 gebildeten Span- werden.

nungsteilers am Ausgang geführt. Der Spannungs- 50 Spannungsschwankungen am Verbraucher können teiler ist dabei so angeordnet, daß das eine Ende des somit nur noch auftreten, wenn der Verbraucherohmschen Widerstandes mit dem Kollektor des Tran- widerstand selbst schwankt. Spannungsänderungen sistors 1 im Längszweig und das eine Ende der dieser Art sind von der Größe des Innenwiderstandes Z-Diode 8 mit dem positiven Pol der Batterie ver- abhängig, den die Anordnung nach der Erfindung bunden ist. Parallel zu diesem Spannungsteiler liegt 55 dem Verbraucher bietet. Als Quellwiderstand erder Verbraucher 9. Die Spannung an diesem Span- scheint im wesentlichen der um den Faktor der nungsteiler, deren Größe im wesentlichen durch die Stromverstärkung des Transistors 1 im Längszweig in Spannung der Z-Diode 8 bestimmt ist, wird konstant Emitterschaltung verkleinerte ohmsche Widerstand 5 gehalten, obgleich die Aussteuerung des vom Ver- in der Emitterleitung des Transistors 2 des Querbraucherstrom durchflossenen Transistors 1 im Längs- 60 zweigs. Dieser Widerstand ist also sehr klein, so daß zweig durch die Stromversorgungs- bzw. Batterie- auch Schwankungen des Verbraucherwiderstandes Spannung U_B primär diesem Ziel entgegensteht. Das kaum Einfluß auf die Verbraucherspannung haben, wird dadurch erreicht, daß durch den Transistor 2 im Die Z-Diode 8 in der Schaltungsanordnung nach Querzweig eine entsprechende Gegenspannung im Fig. 1 wird bezüglich der Arbeitsspannung im Basiskreis des Transistors 1 im Längszweig erzeugt 65 Durchbnichgebiet entsprechend der Verbraucherwird, wenn beide Transistoren in ihrem Verstär- spannung ausgewählt. Nun kann man jedoch in kungsbereich arbeiten. Für diesen Fall ist die Bat- dieser Schaltung den differenziellen Widerstand dieteriespannung um den für den Transistor 2 und dem ser Z-Diode vergrößern, ohne die Wirksamkeit der

Schaltung wesentlich zu ändern. Es läßt sich also der Z-Diode 8 ein als differenzieller Widerstand wirkender ohmscher Widerstand in Reihe schalten und damit die Spannung zwischen der Basis des Transistors 2 im Querzweig und Erde vergrößern. Verkleinert man nun gleichzeitig den Widerstand 7 zwischen der Basis des Transistors 2 im Querzweig und dem Kollektor des Transistors 1 im Längszweig, so wird die Spannung zwischen Basis des Transistors 2 im Querzweig und Erde noch weiter vergrößert, weil dann zusätzlich der Strom durch die Z-Diode und den mit ihr in Reihe geschalteten Widerstand steigt, während die Spannung zwischen der Basis des Transistors 2 im Querzweig und dem Kollektor des Transistors 1 im Längszweig konstant bleibt. Man erhält so eine einfache Möglichkeit, die Verbraucherspannung unabhängig von der Streuung der Z-Diode mit einem Potentiometer einzustellen.

F i g. 2 zeigt eine Anordnung, bei der eine Temperaturkompensation in einem großen Temperaturbereich möglich ist. Der in F i g. 1 vorhandene Spannungsteiler wird derart ausgebildet, daß mit der Z-Diode 8 zwei ohmsche Widerstände 10 und 14 und ein Potentiometer 11 in Reihe geschaltet sind. Parallel zu Potentiometer 11 und zum ohmschen Widerstand 14 liegen die ohmschen Widerstände 12 und 13, an deren Verbindungspunkt die Basis des Transistors 2 im Querzweig geführt ist. Außerdem ist dieser Verbindungspunkt mit dem Schleifkontakt des Potentiometers verbunden. Durch das Potentiometer 11 kann die gewünschte Verbraucherspannung eingestellt werden, während durch die übrigen Widerstände in Verbindung mit dem als Heißleiter ausgebildeten ohmschen Widerstand 14, die eingestellte Spannung weitgehend temperaturunabhängig gemacht wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

können auch für tiefe Frequenzen klein und verlust- Patentansprüche: arrn gehalten werden, wenn man Halbleiter einsetzt. Es sind bereits Regelschaltungen zur Spannungsstabi-

1. Anordnung zur Ausregelung der Schwan- listening mit stetig oder als Schalter arbeitenden, im kungen von Gleichspannungen mit bei aer Soll- 5 Längszweig angeordneten Transistoren bekannt, die gleichspannung in ihrem Verstärkungsbereich ar- so ausgebildet -sind, daß die Kollektor-Emitterbeitenden Transistoren im Längs- und im Quer- Strecke des Transistors zwischen dem nicht geerdeten zweig, bei der in einem der beiden Längszweige Pol der Batterie und dem nicht geerdeten Anschluß die Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors des Verbrauchers angeordnet ist, während die Basis angeordnet ist, dadurchgekennzeichnet, io über eine Z-Diode an den geerdeten Pol der Batterie daß Emitter und Kollektor des Transistors (1) angeschlossen ist. Der Transistor wird in diesen über mindestens je einen ohmschen Widerstand Schaltungen in Abhängigkeit von der Ausgangs-(5, 6) mit dem Emitter eines Transistors (2) im spannung über einen Regelverstärker gesteuert. In Querzweig und die Basis des zuerst genannten Regelschaltungen mit stetig arbeitendem Transistor Transistors (1) über eine Z-Diode (3) und min- 15 kann der Regelverstärker im allgemeinen aus einer destens einen ohmschen Widerstand (4), der ein- Transistorstufe bestehen. Schaltungen dieser Art seitig am Kollektor des Transistors im Querzweig dienen gleichzeitig der Siebfaktorerhöhung und der liegt, mit dem anderen Längszweig und über die Verkleinerung des verbraucherseitigen Innenwider-Z-Diode (3) mit dem Kollektor des Transistors Standes bei geringem Verluststrom. Wenn der posi-(2) im Querzweig verbunden sind und daß die 20 tive Pol der Batterie und der positive Anschluß des Basis des Transistors (2) im Querzweig an einem Verbrauchers geerdet wird, lassen sich jedoch bei zwischen Kollektor des Transistors (1) im Längs- diesen Schaltungen im Längszweig im allgemeinen zweig und dem anderen Längszweig geschalteten, nur Transistoren des pnp-Typs verwenden. . ^ί aus mindestens einem Widerstand (7) und einer Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung zur weiteren Z-Diode (8) gebildeten Spannungsteiler, 25 Ausregelung der Schwankungen von Gleichspannunan dem die Verbraucherspannung (E/_v.) liegt, ge- gen zu schaffen, die gegenüber den bekannten Schalführt ist. tungen einen größeren Anwendungsbereich aufweist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge- Die Erfindung ist bei einer Anordnung der einkennzeichnet, daß der ohmsche Widerstand (6) gangs genannten Art darin zu sehen, daß Emitter und zwischen dem Emitter des Transistors (1) im 30 Kollektor des Transistors über mindestens je einen Längszweig und dem Emitter des Transistors (2) ohmschen Widerstand mit dem Emitter eines Tranim Querzweig so bemessen ist, daß das Produkt sistors im Querzweig und die Basis des zuerst geaus den Widerstandswerten des ohmschen Wider- nannten Transistors über eine Z-Diode und mindestandes (5) im Emitterkreis und des ohmschen stens einen ohmschen Widerstand, der einseitig am Widerstandes (4) im Kollektorkreis des Tran- 35 Kollektor des Transistors im Querzweig liegt, mit sistors (2) im Längskreis dividiert durch den dem anderen Längszweig und über die Z-Diode mit Widerstandswert des ohmschen Widerstandes (6) dem Kollektor des Transistors im Querzweig ver-

' zwischen dem Emitter., des Transistors (1) im bunden sind, und daß die Basis des Transistors im

Längszweig und dem Emitter des Transistors (2) Querzweig an einem zwischen Kollektor des Tran-

im Querzweig gleich ist der Summe der Wider- 40 sistors im Längszweig und dem anderen Längszweig

standswerte aus dem ohmschen Widerstand (5) geschalteten, aus mindestens einem Widerstand und

im Emitterkreis des Transistors (2) im Querzweig einer weiteren Z-Diode gebildeten Spannungsteiler,

und dem Widerstandswert des Innenwiderstandes an dem die Verbraucherspannung abnehmbar ist, ge-

zwischen Basis und Emitter des Transistors (2) führt ist. *

im Querzweig. 45 Diese Maßnahmen ermöglichen es, daß bei Erdung

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, da- des positiven Pols der Versorgungsspannungsquelle durch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler, und des Verbrauchers Transistoren des npn-Typs im an dem die Verbraucherspannung liegt, aus.einer Längszweig der Anordnung eingesetzt werden kön-Z-Diode (8) und einer Kombination von meh- nen. Dadurch läßt sich die gesamte Anordnung mit reren Widerständen (9 bis 14), von denen min- 50 einheitlichen Transistortypen aufbauen. Der Einsatz destens einer ein Heiß- und/oder Kaltleiter ist, von npn-Transistoren ist vor allem dann vorteilhaft, besteht. wenn die Anordnung bei hohen Temperaturen arbeiten soll. Transistoren mit npn-Charakter sind näm-

' lieh vorwiegend Siliziumtransistoren, die gegenüber

55 den meist aus Germanium aufgebauten pnp-Tran-

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur sistoren den Vorteil höherer Temperaturverträglich-

Ausregelung der Schwankungen von Gleichspannun- keit aufweisen. Der Siebfaktor der Anordnung nach

gen mit bei der Sollgleichspannung in ihrem Ver- der Erfindung ist wesentlich größer als der Siebfaktor

Stärkungsbereich arbeitenden Transistoren im Längs- vergleichbarer Schaltungen und beträgt mehr als'

und im Querzweig, bei der in einem der beiden 60 60 db. Ferner kann man durch Ausbildung des

Längszweige die Emitter-Kollektor-Strecke eines Widerstandes des Spannungsteilers am Ausgang als

Transistors angeordnet ist. ^v . Potentiometer mit einfachen Mitteln eine Korrektur

Um empfindliche Verbraucher, die bei variablem der von der Begrenzerspannung der Z-Diode abStrom eine konstante Spannung benötigen, aus in- hängigen Ausgangsgleichspannung erreichen. Mit der konstanten und störspannungsverseuchten Batterien 65 Anordnung nach der Erfindung lassen sich sowohl bzw. Stromversorgungsgeräten betreiben zu können, Schwankungen der Gleichspannung als auch durch werden Sieb- und Spannungsstabilisierungsschal- das Netz oder andere Störspannungsquellen vertungen verwendet. Die dafür benötigten Geräte ursachte Störungen ausregeln.