DE1513339B2 - Transistor-Leistungs-Endstufe zur Steuerung der Größe und Richtung eines Stromes durch eine Last - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Transistor- der Stromrichtung in der Last bezieht. Diese tote Leistungs-Endstufe zur Steuerung der Größe und Zone ist durch die Schwellwertspannung der Diode Richtung eines Stromes durch eine Last, deren eines und der Basis-Emitter-Strecke des zweiten Transistors Ende an eine Mittelanzapfung einer Spannungsquelle bedingt. Die tote Zone entsteht dadurch, daß bei einer angeschlossen ist, mit einem ersten Transistor, dessen 5 Änderung des Potentials am Emitter des zweiten Basis mit Steuerspannung beaufschlagbar ist und Transistors gegenüber dem Potential der Mitteldessen Kollektor einmal über einen Widerstand mit anzapfung der Spannungsquelle der zweite Trandem positiven bzw. negativen Pol der Spannungs- sistor sperrt, bevor die Diode leitend wird,
quelle und zum anderen über eine Diode mit dem Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Emitter eines zweiten, den gleichen Leitfähigkeitstyp io Transistor-Leistungs-Endstufe der eingangs erwähnaufweisenden Transistors verbunden ist, dessen ten Art derart weiterzuentwickeln, daß auch bei AusEmitter an das andere Ende der Last angeschlossen gangsspannungen im Bereich, der sich auf die Umist, kehrung der Stromrichtung in der Last bezieht, eine

Eine bekannte Anordnung zur Steuerung der lineare oder nahezu lineare Beziehung zwischen AusGröße und Richtung eines Stromes durch eine Last 15 gangsspannung und Eingangsspannung besteht,
ist in F i g. 1 der Zeichnung dargestellt. Bei die- Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch geser bekannten Schaltung werden die Basen zweier löst, daß der Kollektor des zweiten Transistors mit komplementärer Transistoren gemeinsam mittels einer einem positiven bzw. negativen Pol der Spannungs-Steuerspannung U_E angesteuert. Die Emitter der bei- quelle verbunden ist und daß zwischen die Basis des den Transistoren sind miteinander verbunden und 20 zweiten und den Kollektor des ersten Transistors ein über die zu speisende Last an Nullpotential ange- Widerstand parallel mit einem dritten Transistor geschlossen. Die Kollektoren der Transistoren stehen schaltet ist, dessen Basis von einem Verstärker an- ^ jeweils mit einer positiven bzw. negativen Betriebs- steuerbar ist, dessen Eingangssignal von einem zwi- W-spannung in Verbindung. sehen den Emitter des ersten und den negativen bzw.

Die Anordnung zweier zueinander komplemen- 25 positiven Pol der Spannungsquelle geschalteten

tärer Transistoren bei der bekannten Schaltung stellt Widerstand abgreifbar ist.

einen Nachteil dar. Geht man davon aus, daß bei den Bei der erfindungsgemäßen Anordnung fließt bei heutigen industriellen Anwendungen fast durchweg gleichen Potentialen an beiden Anschlüssen der Last nur noch Transistoren auf Silizium-Basis zur Anwen- ein Strom (Nullstrom) über beide Transistoren. Zur dung kommen, so ist festzustellen, daß pnp-Tran- 30 Umkehr der Stromrichtung in der Last müssen keine sistoren auf Silizium-Basis weit mehr kosten als ein Schwellwertspannungen am zweiten Transistor oder npn-Transistor auf Siliziumbasis und zudem eine an der Diode überwunden werden. Die Schaltung gegenüber dem npn-Typ weitaus geringere Span- läßt sich demnach in vorteilhafter Weise in Regelnungsfestigkeit besitzen. kreisen mit hohen Genauigkeitsforderungen an die

Eine weitere bekannte Anordnung zur Steuerung 35 Regelung verwenden. Insbesondere kann die Anordder Größe und Richtung eines Stromes durch eine nung zur Speisung von Stellgliedern, beispielsweise Last enthält als wesentliche Bestandteile zwei pnp- Motoren, dienen. Die Winkellagen der Rotore dieser Transistoren. Der erste Transistor ist in Reihe mit Motore lassen sich mit großer Genauigkeit einstellen, einem Kollektorwiderstand an einer Spannungsquelle Ein weiterer Vorteil der Anordnung gegenüber beangeschlossen. Zwischen Basis und Emitter dieses 40 kannten Schaltungen besteht in einer Erhöhung des Transistors liegt die Steuerspannung an. Der Kollek- Wirkungsgrades. ,·
tor dieses Transistors ist einmal über eine Diode mit In einer bevorzugten Ausführungsform ist vordem Emitter und zum anderen unmittelbar mit der gesehen, daß der Emitter des zweiten Transistors Basis des zweiten Transistors verbunden, dessen über einen Widerstand mit dem Emitter eines vierten Emitter an die Last und dessen Kollektor über einen 45 Transistors eines einstufigen Verstärkers, dessen Aus-Widerstand an die Spannungsquelle angeschlossen ist. gang die Basis des ersten Transistors speist, und über Ein zweiter Anschluß der Last liegt an einer Mittel- einen weiteren Widerstand mit dem Emitter eines anzapfung der Spannungsquelle an (deutsche Aus- fünften Transistors eines einstufigen Verstärkers verlegeschrift 1182 303). Bei Abwesenheit eines Steuer- bunden ist, ^dessen Ausgang die Basis des dritten signals an der Basis des ersten Transistors wird sein 50 Transistors speist, und daß zwischen die Basis des Kollektorwiderstand von einem so großen Strom fünften Transistors und den Kollektor des ersten durchflossen, daß an seinem Kollektor und an der Transistors eine Diode geschaltet ist.
Mittelanzapfung gleiche Potentiale herrschen. Die Dieses Ausführungsform bewirkt mit einfachen Diode und der zweite Transistor sind in diesem Fall Mitteln eine weitgehend gleichmäßige Verstärkung nichtleitend. Je nach der Amplitude des Steuersignals 55 des Eingangssignals, unabhängig von der !Richtung wird entweder der erste Transistor stärker leitend, so des Stromes in der Last. '

daß über die Reihenschaltung des ersten Transistors Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im

die Diode und die Last ein Strom zur Mittelanzap- folgenden an Hand einer Zeichnung näher erläutert,

fung der Spannungsquelle fließt, oder stärker nicht- Es zeigt

leitend, so daß der Strom im ersten Transistor ab- 60 F i g. 1 eine bekannte Schaltung zur Steuerung des

nimmt, während der zweite Transistor leitend wird Stromes nach Größe und Richtung durch eine Last, '

und ein Strom von der Mittelanzapfung über den Fig. 2 eine Schaltung zur Speisung von Gleich- ^:

zweiten Transistor und seinen Kollektorwiderstand strommotoren,

zum negativen Pol der Spannungsquelle fließt. F i g. 3 die Kennlinie des durch beide Transistoren

Die Kennlinien der bekannten Schaltungen, in 65 zur Speisung der Last gemäß der Schaltung nach

denen die Spannung an der Last als Funktion der F i g. 2 fließenden Stromes in Abhängigkeit von der

Steuerspannung dargestellt sind, weisen eine tote Ausgangsspannung.

Zone in einem Bereich auf, der sich auf die Umkehr Der Aufbau und die Wirkungsweise der Schaltung

Claims (2)

1. 3 4

   gemäß F i g. 1 wurde oben bereits im Zusammenhang Die Funktion der Regelstufe ist nun folgende: mit der Schilderung des Standes der Technik er- Wird die Leistungs-Endstufe an der Basis des Tranläutert, sistors 1 vom maximal-negativen Wert — U_B nach

   In der F i g. 2 sind zwei npn-Transistoren 2 und 3 0 Volt und weiter nach + U_B durchgesteuert,· so dargestellt. Der Transistor 2 wird in Emitterschaltung 5 kommt dieser Transistor immer mehr in den sper- und der Transistor 3 in Kollektorschaltung betrieben. renden Zustand. Zugleich wird das Basispotential des Der Kollektor des Transistors ist über eine Diode 7 Transistors 2 zunehmend negativer, so daß auch mit dem Emitter des Transistors 3 verbunden, wobei dieser Transistor immer mehr zugesteuert wird.' Im die Kathode der Diode 7 am Kollektor des Tran- gleichen Maße wird auch die Basis des Transistors 3 sistors 3 liegt. Der Transistor 3 liegt mit seinem KoI- io positiver. Erreicht die Spannung U_n am Widerstand lektor an der positiven Betriebsspannung + U_B. Eine 13 die Basis-Emitterspannung U_be des Transistors 3, Last 8 ist zwischen den Emitter des Transistors 3 und so wird dieser Transistor leitend, und es fließt zudie Spannungsnullschiene O geschaltet. Die Basis des sätzlich zu dem von O über die Last 8, Diode 7, Tran-Transistors 2 ist einerseits über einen Widerstand 6 sistor 2 und Widerstand 11 nach — U_B fließenden mit der positiven Betriebsspannung +U_B, anderer- 15 Strom ein Querstrom /₀ (Nullstrom) von +U_B, über seits über einen Widerstand 13, zu dem ein Tran- Transistor 3, Diode 7, Transistor 2 und Widerstand sistor 16 parallel geschaltet ist, mit dem Kollektor des 11 nach — U_B. Der Widerstand 13 ist dabei so di-Transistors 2 verbunden. Der Emitter des Tran- mensioniert, daß dieser Nullstrom noch vor Erreisistors 2 steht über einen Widerstand 11 mit der chen des Nullpunktes von U_E zustande kommt,
   negativen Betriebsspannung — U_B in Verbindung. 20 Da beim Durchsteuern des Transistors 2 über Die Basis des Transistors 16 ist an den Kollektor O Volt hinaus nach negativen Werten — U_B das Beeines Transistors 15 angeschlossen. Zwischen den zugspotential für den Transistor 3 immer positiver Kollektor des Transistors 15 und den positiven Pol wird, wird auch der Nullstrom /₀ ansteigen. Die Beder Betriebsspannung + U_B ist weiterhin ein Wider- grenzung des Nullstromes erfolgt nunmehr durch den stand 14 geschaltet. Die Basis des Transistors 15 ist 25 Regelkreis nach der Erfindung. Hierzu ist im Emittereinerseits über eine Diode 17 mit dem Kollektor des kreis des Transistors 2 ein Widerstand 11 vorge-Transistors 2 und andererseits über einen Widerstand sehen, der den Nullstrom /₀ als Spannung abbildet 12 mit der Spannungsnullschiene O verbunden. Der und somit als Istwertgeber für die nachgeschaltete Emitter des Transistors 15 liegt über einen Wider- Regelstufe dient. Der Widerstand 9 im Emitterkreis stand O am negativen Pol der Betriebsspannung 30 des Transistors 15 gibt den Sollwert für den NuIl-— U_B. Die Basis des Transistors 2 wird von der ge- strom /₀ vor. Soll- und Istwert für den Nullstrom meinsamen Verbindungsstelle zweier in Reihe ge- werden über die Basis-Emitter-Strecke des Transchalteter Transistoren 4 und 5 gespeist. Der Wider- sistors 15 verglichen. Bei erhöhtem Nullstrom wird stand 4 ist mit dem Kollektor eines Transistors 1 ver- der Transistor 15 und damit auch der Transistor 16 bunden, an dessen Basis das Steuersignal U_E anliegt. 35 zunehmend leitend, so daß der Widerstand 13 zuneh-Der Widerstand 5 steht mit der negativen Betriebs- mend kurzgeschlossen und somit der Nullstrom zuspannung — U_B in Verbindung. Zwischen den Emitter rückgeregelt wird. Bei Überschreitung eines bestimmdes Transistors 1 und die Spannungsnullschiene O ist ten negativen Wertes der Steuerspannung am Tranein Widerstand 19 geschaltet. Der Emitter des Tran- sistor 2 wird dieser völlig gesperrt, und die Stromsistors 3 ist einmal über einen Widerstand 10 mit dem 40 führung für die Last 8 wird allein von dem Tran-Emitter des Transistors 15 und zum anderen über sistor 3 übernommen. Eine Regelung des Nullstromes einen Widerstand 18 mit dem Emitter des Tran- gegen 0 wird in diesem Fall zusätzlich durch die Versistors 1 verbunden. bindung des Emitters von Transistor 15 über den

   Die Wirkungsweise der Schaltung ist folgende: Ein Widerstand 10 mit dem Ausgang A und einer damit

   negatives Eingangssignal U_E an der Basis der Vor- 45 verbundenen Beeinflussung der Sollwertspannung be-

   stufe bringt diese in den stromführenden Zustand. Da- wirkt. Die Widerstände 18 und 19 bewirken eine

   mit wird die Basis des Transistors 2 aber positiv Gegenkopplung des Endstufen-Ausganges auf die

   gegenüber dem Emitter, und der Transistor 2 wird Transistor-Vorstufe 1.

   ebenfall aufgesteuert. Dadurch erhält die Basis des Der Verlauf des Nullstromes in Abhängigkeit von Transistors 3 negative Vorspannung gegenüber dem 50 der Ausgangsspannung zeigt die F i g. 4 der anliegen-Emitter, so daß dieser Transistor gesperrt ist. Es den Zeichnung. Man kann dieser Figur entnehmen, fließt somit ein Strom von der Schaltungsnullschiene daß der Nullstrom nur um den Nullpunkt der Ausüber die Last 8, in der F i g. 2 als Motor eingezeich- gangsspannung (Stromrichtungsumkehr) merkliche net, die Diode 7 und den Transistor 2 nach — U_B. Werte annimmt; dagegen verschwindet er für große

   Verringert sich die Ansteuerung des Transistors 2, 55 negative bzw. positive Ausgangsspannungen,
   indem die Eingangsspannung U_E der Vorstufe positiver wird, so wird auch das Basispotential des Tran- Patentansprüche:
   sistors 3 zunehmend positiver werden. Bei einer bestimmten Eingangsspannung U_E wird die Basis des 1. Transistor-Leistungs-Endstufe zur Steuerung Transistors 3 positiv gegen die Nullschiene. Da Tran- 60 der Größe und Richtung eines Stromes durch eine sistor 3 in Kollektorschaltung arbeitet, wird er lei- Last, deren eines Ende an eine Mittelanzapfung tend, und es fließt nunmehr ein Strom von + U_B über einer Spannungsquelle angeschlossen ist, mit den Transistor 3 und den Verbraucher 8 zur Schal- einem ersten Transistor, dessen Basis mit Steuertungsnullschiene. spannung beaufschlagbar ist und dessen Kollektor

   Die Schaltung nach der Erfindung kann grundsätz- 65 einmal über einen Widerstand mit dem positiven

   lieh auch aus zwei pnp-Transistoren aufgebaut sein. bzw. negativen Pol der Spannungsquelle und zum

   In diesem Fall wäre die Polarität der Betriebsspan- anderen über eine Diode mit dem Emitter eines

   nung und der Diode allerdings umzukehren. zweiten, den gleichen Leitfähigkeitstyp auf-

   weisenden Transistors verbunden ist, dessen Emitter an das andere Ende der Last angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor des zweiten Transistors (3) mit dem positiven (+U_ß) bzw. negativen Pol der Spannungsquelle verbunden ist und daß zwischen die Basis des zweiten und den Kollektor des ersten Transistors (2) ein Widerstand (13) parallel mit einem dritten Transistor (16) geschaltet ist, dessen Basis von einem Verstärker ansteuerbar ist, dessen Eingangssignal von einem zwischen den Emitter des ersten und den negativen (-Ub) bzw. positiven Pol der Spannungsquelle geschalteten Widerstand (11) abgreifbar ist.
2. 2. Transistor-Leistungs-Endstufe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter des zweiten Transistors (3) über einen Widerstand (18) mit dem Emitter eines vierten Transistors (1) eines einstufigen Verstärkers, dessen Ausgang die Basis des ersten Transistors (2) speist, und über einen weiteren Widerstand (10) mit dem Emitter eines fünften Transistors

   (15) eines einstufigen Verstärkers verbunden ist, dessen Ausgang die Basis des dritten Transistors

   (16) speist, und daß zwischen die Basis des fünften Transistors (15) und den Kollektor des ersten Transistors (2) eine Diode (17) geschaltet ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen