DE1513534C3 - Geregeltes Netzgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Netzgerät mit einem Regelverstärker mit mindestens einer Transistorstufe, in deren Steuerkreis eine der Ausgangsspannung proportionale Meßspannung mit einer Normalspannung entgegengesetzter Polung in Reihe geschaltet ist, unter Verwendung eines im Steuerkreis angeordneten Halbleiterelementes zur Kompensation der Temperaturabhängigkeit des Transistors.

In der Nachrichtenübertragungstechnik werden häufig aus Gründen einer hohen Übertragungsqualität sehr konstante Versorgungsspannungen für die einzelnen Übertragungsgeräte benötigt. Das trifft vor allem für Modulatoren pulscodemodulierter Systeme zu. Geregelte Netzgeräte sind bekannt. Sie sind meistens so aufgebaut, daß auf den Netztransformator und den nachgeschalteten Gleichrichter ein Stellglied, das häufig aus widerstandsgesteuerten Transistoren besteht, folgt, welches von einer Stellgröße gesteuert wird. Die Stellgröße wird dadurch erzeugt, daß die Ausgangsspannung des Netzgerätes mit einer von einem Bezugsnormal gelieferten Spannung verglichen wird, wodurch sich aus der Differenz beider Spannungen die Stellgröße ergibt. Derartige Netzgeräte liefern bereits eine relativ konstante Ausgangsspannung. Für hochkonstante Ausgangsspannungen jedoch müssen auch eventuell durch Temperaturschwankungen auftretende Fehler vermieden werden. Eine Fehlregelung kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß, durch Schwankungen der Umgebungstemperatur verursacht, die Emitter-Basis-Spannung des im allgemeinen in einen Regelverstärker eingebauten Vergleichstransistors ebenfalls Schwankungen unterworfen ist. Diese Schwankungen führen dann zu Ausgangsspannungsschwankungen im Netzgerät.

Es ist auch bereits eine Schaltung für niedrige Ausgangsspannungen bekannt, in der als Bezugsspannungsquelle für kleine Spannungen eine Reihenschaltung von zwei in Durchlaßrichtung betriebenen Dioden verwendet wird. Die stark temperaturabhängige Durchlaßspannung der Dioden und damit die Bezugsspannung wird durch die Auswahl eines Regeltransistors mit einer gleichsinnigen Temperaturabhängigkeit der Basis-Emitter-Strecke vermindert, indem als weitere Maßnahme der Dioden- oder Transistorstrom entsprechend variiert wird. Beim bekannten handelt es sich um eine Sonderschaltung, deren Verwendung auf Schaltungen mit sehr kleinen Bezugsspannungen beschränkt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Schaltung zur Kompensation der Temperaturabhängigkeit des Regeltransistors anzugeben, die allgemein anwendbar ist.

ίο Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Normalspannungsquelle eine für den Basisstrom in Sperrichtung gepolte Diode in Reihe geschaltet und über einen Widerstand mit der Basis des Transistors im Regelverstärker verbunden ist und daß das Gehäuse des Transistors und das der Diode durch Kontaktmittel auf gleichem Temperaturniveau gehalten sind. Durch diese Maßnahmen erhält man den Vorteil, daß die im Vergleichstransistor durch Temperaturschwankungen verursachten Spannungsschwankungen in einfacher Weise kompensiert werden, so daß die dem Stellglied zugeführte Stellgröße von Temperaturschwankungen weitgehend unabhängig wird. Kompliziert aufgebaute Kompensationsschaltungen lassen sich auf diese Weise vermeiden.

Bildet man den Vergleichstransistor als Siliziumtransistor aus, so werden die die Temperaturkompensation am Vergleichstransistor störenden Sperrstromeffekte weitgehend ausgeschlossen.
An Hand der bekannten Schaltungsanordnung nach F i g. 1 und des Ausführungsbeispiels nach F i g. 2 sowie der Diagramme nach den Fig. 3 und 4 wird die Erfindung näher erläutert.

F i g. 1 zeigt das Blockschaltbild eines in üblicher Weise aufgebauten Netzgerätes. Die gleichzurichtende Spannung wird über den Netztransformator 1 einer Gleichrichterschaltung 2 zugeführt. Dem Ausgang dieses Gleichrichters ist ein Stellglied 3 nachgeschaltet. Die Ausgangsspannung Lk am Ausgang des Stellgliedes wird dem Regelverstärker, der aus mehreren Verstärkerstufen bestehen kann, zugeführt. Der Transistor der ersten Verstärkerstufe dient hierbei als Vergleichstransistor. Am Eingang dieses Vergleichstransistors liegt ebenfalls die von einem Bezugsnormal gelieferte Bezugsspannung Ub. Die durch den Vergleich erhaltene Stellgröße, die im speziellen Fall als Regelstrom /0 erhalten wird, wird dem Stellglied zugeführt. Das Stellglied ist im allgemeinen als gesteuerter Transistor oder als Transistorkaskadenstufe ausgebildet.

F i g. 2 zeigt eine Detailschaltung mit der erfindungsgemäßen Anordnung der Halbleiterdiode. Der Transistor 71 ist der im Regelverstärker enthaltene Vergleichstransistor. In Reihe zur Bezugsspannung Ub liegt eine in Durchlaßrichtung geschaltete Diode D.

Wie aus F i g. 3 ersichtlich ist, tritt eine Kompensation der thermischen Effekte des Transistors Ti auf, wenn Sperrstromeffekte in dem aus Stabilisationsgründen notwendigen Widerstand R\, der prinzipiell auch entfallen kann, genügend klein gehalten werden. Es ist deshalb vorteilhaft, für Ti einen Siliziumtransistor einzusetzen. Außerdem müssen die Gehäuse von Diode und Transistor durch gute wärmeleitende Verbindung, wie z. B. eine massive Schelle, auf gleicher Temperatur gehalten werden. Es wird vorausgesetzt, daß die Verlustleistungen Nvi bzw. /Vw von Transistor bzw.

Diode temperaturunabhängig sind. Im Diagramm nach F i g. 3 sind die Verhältnisse mit Hilfe von Wärmewiderständen und Wärmeströmen Nv dargestellt. Durch die waagrechten Linien soll dabei das Temperaturniveau

angedeutet werden, wobei in der Reihenfolge von unten nach oben die Niveaulinien für Umgebungstemperatur, Gehäusetemperatur und Sperrschichttemperatur von Diode und Transistor angeordnet sind. Die Schelle zur wärmeleitenden Verbindung von Transistor und Diode wird hierbei als wärmewiderstandsfrei angenommen. Man erkennt, daß bei konstanten Verlustleistungen die Temperaturdifferenz zwischen der betreffenden Sperrschicht und der Umgebung zwar bei Diode und Transistor verschieden, aber unabhängig von der Umgebungstemperatur konstant ist. Das bedeutet, daß Diode und Transistor bei Schwankung der Umgebungstemperatur gleiche Sperrschichttemperaturschwankungen erfahren. Infolge der hohen Regelverstärkung und der weitgehenden Temperaturunabhängigkeit der Stromverstärkungen der Transistoren ist der Strom Ic und damit auch der Basisstrom praktisch auch temperaturkonstant.

Für die Gleichung der Spannungsschwankungen Lk am Ausgang ergibt sich die nicht näher abgeleitete Formel, wenn man annimmt, daß der Temperaturdurchgriff £>rbei Diode und Transistor gleich ist:

Δ Ui = Dt(A Tsp\-A Tspi).

Hierbei stellt Δ Lk die Spannungsschwankung, Drden Temperaturdurchgriff und Δ Tsp\ bzw. Δ Tspi die Sperrschichttemperaturschwankungen von Transistor und Diode dar. Aus der Gleichung erkennt man, daß bei gleicher Sperrschichttemperaturschwankung die Ausgangsspannung konstant bleibt.

Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel ergaben Messungen, daß bei langsamer Erwärmung des Vergleichstransistors um rund 20°C die Ausgangsspannungsschwankungen unter 3 mV geblieben sind.

Im Diagramm nach F i g. 4 ist die Spannungsschwankung Δ Lk über der Gehäusetemperatur aufgetragen. Die Kurve 1 zeigt die Spannungsschwankungen bei unkompensierten und die Kurve 2 bei kompensierten Temperaturschwankungen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Netzgerät mit einem Regelverstärker mit mindestens einer Transistorstufe, in deren Steuerkreis eine der Ausgangsspannung proportionale Meßspannung mit einer Normalspannung entgegengesetzter Polung in Reihe geschaltet ist, unter Verwendung eines im Steuerkreis angeordneten Halbleiterelementes zur Kompensation der Temperaturabhängigkeit des Transistors, dadurch gekennzeichnet, daß der Normalspannungsquelle (Ub) eine für den Basisstrom in Sperrichtung gepolte Diode (D) in Reihe geschaltet und über einen Widerstand (R\) mit der Basis des Transistors (T\) im Regelverstärker verbunden ist und daß das Gehäuse des Transistors und das der Diode durch Kontaktmittel auf gleichem Temperaturniveau gehalten sind( Fi g. 2).

2. Netzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelverstärker mit Siliziumtransistoren bestückt ist.