DE1563612A1 - Spannungsstabilisierungseinrichtung - Google Patents

Description

Dr. Herbert Scholl Pateatcawalt ■ Anmeld«: N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken

AkteNftJ PHN- 1320 Anmeldung vomt 13. Oktober 1966

No Ye Philips* Gloeilampenfabrieken, Eindhoven / Holland "Spannungsstabilisierungseinrichtung*

Die Erfindung betrifft eine Stabilisierungseinrichtung zum Liefern einer Spannung eines zwischen mindestens zwei vorbestimmten Werten gewählten Wertes, welche Einrichtung ein elektronisches Stabilisierungselement in Reihe zwischen der %u stabilisierenden Spannung und der stabilisierten Spannung enthält> wobei der Steuerelektrode dieses Elementes über einen Gegenkoppelkreis eine Spannung zugeführt wird, die dem Unterschied zwischen einem Teil der stabilisierten Spannung und einer festen Bezugsspannung proportional ist α

Es ist bekannt, daß Spannungsstabilisierungseinrichtungen Speisequellen zu schaffen erlauben, deren Innenwiderstand im normalen Betrieb vernachlässigbar klein ist im Vergleich zu dem des Be·» lastungskreises* Die Größe der Ausgangsspannung solcher Einrichtungen läßt sich bequem auf verschiedene Werte einstellen, ζ·Β· indem ein Bruchteil dieser Ausgangsspannung mit verschiedenen Quellen fester Bezugsspannung verglichen wird, wobei das Resul» tat dieses Vergleichs der Steuerelektrode einer Röhre oder eines Transistors zugeführt wird, um einen stabilen Wert der momentan gewünschten Spannung zu erhalten*

Die nacheinander erhaltenen stabilen Werte können ζ·Β« an aktiven oder passiven elektronischen Teiles angelegt werden um bestimmte Merkmale dieser Teile zu messen! es sind bereits automatische Einrichtungen bekannt, wodurch solche Messungen mit großen Schnell heiten ausgeführt werden können« Die Heß-Geschwindigkeit wird jedoch begrenzt durch die Unfähigkeit der mit Elektronenröhren oder

009821/0526
PHN- 1320 - 2 ·

Transistoren versehenen Stabilisierungeschaltungen, innerhalb einer hinreichend kurzen Zeit von einem Spannungswert auf einen anderen tiberzugehen· Der zwischen dem Ausgang und der Stabilisierungsröhre oder dem Stabilisierungstransistor dieser Einriohtung eingeschaltete Gegenkopplungskreis enthält einen Dämpfungs·· kreis, der meistens durch ein RC-Integrationsnetzwerk gebildet wird und der dazu dient ein Oszillieren der Einrichtung zu verhüten· Dieses Hetzwerk hat jedoch den lachteil, daß er «ine hohe Zeitkonstante in den Regelkreis einführt·

Die vorliegende Erfindung verringert diesen Nachteil· Die Spannungsstabilisierungeeinrichtung nach der Erfindung enthält dazu im normalen Betrieb gesperrte Mittel, die im Stande sind, die Ladung der Kapazität des Integrationsnetzwerkes bei der Wahl einee neuen Wertes der stabilisierten Spannung schnell zu ändern·

Die erwähnten, im normalen Betrieb gesperrten Mittel enthalten vorzugsweise zwei Transistoren komplementärer Typen, die derart polarisiert sind, daß sie normalerweise gesperrt sind, wobei die Basis eines Transistors mit der Basis des anderen und eine der zwei anderen Elektroden des einen Transistors mit der entsprechenden Elektrode des anderen verbunden ist, während der Verbin— dungspunkt der erwähnten Basen mit einem der Enden des Widerstandes des Integrationsnetzwerkes und der Verbindungspunkt der zwei anderen, miteinander verbundenen Elektroden mit dem anderen Ende dieses Widerstandes verbunden ist·

Bei einer plötzlichen Änderung der Bezugsspannung entsteht im Regelkreis eine erhebliche Störung des Grleichgewichtzustands, wodurch in Abhängigkeit von dem Sinne der Änderung der eine oder andere der Transistoren während des größten Teiles der Übergangsperiode leitend wird· Die Umschaltzeit des Stabilisierungskreises durch den leitenden Transistor wird durch Beschleunigung der Aufladung oder der Entladung des Dämpfungskondensators vermindert·"

Selbstverständlich ist die Erfindung auch bei StabiliBierungsschaltungen zur Lieferung von mehr als zwei Spannungswerten und

009821/0526

bei Gleiohriohtaohaltungen Mit einem Stabilisierungskreis des "konstanten Stroe"-Typ· anwendbar*

Die Erfindung wird nachstehend an Hand beiliegender Zeichnung näher erläutert« in der

Fig· 1 das Frinsipsohaltbild einer Spannungeetabilisierungsein~ richtung Bit Elektronenröhren,

Fig« 2 die Einrichtung nach fig· 1 Bit der Terbesserung nach der Erfindung,

Fig· 3 Aas Prinsipsohaltbild einer Spannungsstabilislerungsein· riohtung mit Transistoren,

Fig· 4 die Einrichtung nach Fig* 3 alt der Verbesserung nach, der Erfindung zeigen·

Die in Fig. 1 dargestellte Spannungsstabilisierungseinrichtung enthält eine elektronische Verstärkerröhre Lj, deren Steuergitter eine Spannung sugeführt wird, die durch den Vergleich der Aus·» gangsspannung VS der Einrichtung mit einer der diaroh einen Us·· schalter I wählbaren Besugaspannungen Vj und Vg in einer VergleiohsTorrichtung OP, ε·Β· eines Differentialrerstärker, erhal* ten wird· Sie über einen Widerstand RLj sit einer Plusklesse VB, rerbundene Anode der Röhre Lj ist mit des Gitter einer «weiten Verstärkerröhr« L₂ über ein Integrationsnetswerk rerbunden, das Widerstände Rj*, R₂, einen Däspfungswiderstand R-, sowie einen Däspfungskondensator O^ enthält· Die Widerstände R^ und R, sind in Reihe «wischen der Anode der Röhre Lj und des Gitter der Röhre L^ geschaltet, während der Widerstand R₂ einerseits «it des Veraindungspunkt der Widerstände R₁ und R₅ und amdererseite mit der Minusklessi· VB₂ einer Spannunge^uell· rerbunden ist, deren Pluskleme an Erde liegt· Me aas der Pluskleme VB₁ user einen Widerstand RA₂ gespeiste Anode Aer Röhre I₂ ist sit des Gitter einer in Reihe geschalteten Regelröhre L₅ Yerbunden* deren Anode .

0098 21/0 526 -4-

BAD ORIGINAL ^;

auch die nicht geregelte Spannung YB₁ zugeführt wird und deren Kathode die Plusklemme der geregelten Spannung TS bildet· Der Kondensator C₁ ist «wischen dieser Kathode und dem Gitter der Röhre L₉ angeschlossen· Infolgedessen ist die Zeitkonetante des Inte- grationsnetswerkes annähernd gleich 12

). A₁ ♦ R₂

XKLe Wirkungsweise einer selohea Hnriehtumg ist folgende t Um Brmohteil βΎΰ der stabilisiertem gpmanmmg TS wird im der TorgleiehsTerriehtung OF alt eimer Be«ugsspannung Tf (eier T₂) τ·γ-glichen, dl· absolut fett 1st und durch eine Standardbatjberie, •in« Trockenbatterie oder eine Glimmröhre geliefert wird· Sie TergleicheTorrichtung C* liefert am Ausgang (Gitter der !Öhre L₁) eine Spannung! die nach Teretärkung durch die Röhren L₁ und Lg gleich -X(ßVS -T₁) ist und dem Gitter der IChre L₅ ««geführt WIrA₉ die im leihe «wischen der unetabiIieierten Spannung TB₁ und der stabilisiertem Spannung TS eingeschaltet ist« Eine Erhöhung ΔΤ8 Ten TS ergibt eine Terrimgerumg -KßOTS des Gitterpotential· der S5hr# Lx₉ wodurch der Petentialuntersohied «wischen der Anode und der Kathode dieser Röhre erhöht wird, se daß auf diese Weise die Spannung TS stabilisiert wird· Das Integrationsnetswerk R₁₉ R₂, R, und C₁ Terhtitet, daS die Einrichtung in Schwingung gerät·

Sin solches Integrationsnetswerk hat jedoch eine große Zeitkon-

R₁I₂

der Lag· T₁ dee Umschalters I entsprechenden Wert der Spannung TS auf den der Lage T₂ dieses Schalters entsprechenden Wert unmöglich ist·

Um diesen lachteil su beseitigen, wird die Einrichtung gemäß der Irfindumg dadurch Terbessert, daS sie mit einer Schaltung Terseham wird, weich·t wie im Üg· 2 gezeigt, Transistoren T₁ bsw· T₂, des mpn- »xw· des pnp-Typs, «wei Widerstände RB₁ und Rl₂ umd eime Spaanmngstuelle B₁ emthait. Die Widerstände RB₁ und I)₂ dienen «mr Begrensung des Basisstroms der Transistoren T₁ und T₂* Eines der Smden dieser Widerstände ist mit dem Terbindungspunkt der Widerstände R₁ , R₂ und R- Terbunden.

009821 /0526 " ⁵ '

BAD ORIGINAL

R₁I₂ atante C₁(R, + ), wodurch ein schneller Obergang τοη dem

Die zwei Emitter der Transistoren Tj und Tg B±na mit dem Verbin· dungspunkt des Widerstands IU, des Kondensators O₁ und des Gitters der Röhre Lg verbunden·

Der Kollektor des Transistors Tj ist mit Erde und der des Transistors Tg mit der Minusklemme der Spannungsquelle Bj verbunden, deren Plusklemme an Erde liegt.

Die Transistoren Tj und T₂ werden derart polarisiert, daß im normalen Betrieb kein Strom durohgeleitet wird» Bei Auftreten einer starken Störung des Gleichgewichts des Kreises infolge eines Übergangs des Schalters I von seiner Stellung Vj nach seiner Stellung Vg oder umgekehrt, wird der Widerstand R, von einem Strom durchflossen, der durch die Aufladung oder Entladung des Kondensators Cj erzeugt wird· Dieser Strom erzeugt über dem Widerstand. R, einen Potentialunterschied, der zwischen den Verbindungspunkter der Basen und der Emitter der Transistoren Tj und Tg angelegt wird. Je nach der Richtung dieses Potentialunterschieds wird der eine oder der andere der zwei Transistoren entsperrt, so daß er den Widerstand R, kurzschließt.

Angenommen, Vg sei größer als Vj und der Umschalter I werde von seiner Stellung Vj in seine Stellung Vg gebracht, dann polarisiert der Aufladestrom des Kondensators G* die Basen d@r Transistoren Tj und Tg in negativer Richtung in bezug auf die Emitter ₉ wodurch der pnp-Transistor Tg leitend wird» Wenn der Umschalter I von seiner Stellung Vg in seine Stellung Vj übergeht, polarisiert der Entladestrom des Kondensators G₄ die Baaen der Transistoren in positiver Richtung in bezug auf &Ιθ Emitt@r₉ wodurch des? mpn-Transistor Tj leitend wird.

Wenn einer der Transistoren T₁ oder S₉ leitend wird_s ksssn

β CL

Kondensator Cj sich, je nachdem, ©to dor eine oder dor aadee© der Transistoren leitend ist, aus der Spasinungsquelle B_1- oder nach Erde entladen,,

In beiden MIl es. ;j±rd der Widerstand H* !stangesohl©03en" und die Zeitkonstante &©s In-fcegrationsaetzworkes wirel stark

009821/0526

Hierdurch wird der übergang der Ausgangsspannung TS von einem Wert auf einen anderen beschleunigt·

Wenn die Unterschiede zwischen den Spannungen Y₁ und V₂ erheblich sind, kann es notwendig sein, die Baeis-Emitter-Übergänge der Transistoren T₁ und T₂ ^Tor Durchschlag zu schützen, was duroh zwei Gruppen τοη in Reihe geschalteten Siliciumdioden (D₁ - D.) erfolgen kann, die zwischen dem Verbindungepunkt der Widerstände BB^ und HEv, und den Emittern der Transistoren T₁ und T₂ antiparallel geschaltet sind*

In einer praktischen Aueführung wurden, für die Schaltung gemäß der Erfindung, die folgenden Elemente verwendet:

T₁ = 2H 1564

T₂ - BOZ 11

RB₁, RB₂ « 22 kOhm

D₁-D₄ - OA 202

Die Spannungsstabilisierungseinriohtung nach Pig· 3 enthält einen Transistor T*- des npn-Typs, der einen Kollektorstrom liefert, der durch den Vergleich der Spannung YS, τοη der ein Bruchteil der Basis eines Transistors T, zugeführt wird, mit einer der durch Zenerdioden Z₁, Z₂ stabilisierten und der Basis des Transistors T, zugeführten Bezugsspannungen Y₁ und Y₂ erzeugt wird* Die Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors T_c bildet einen hohen dynamischen Belastungswiderstand für die miteinander verbundenen Skitter der Transistoren T, und T., so daß eine niedrige negative Spannimg für die Quelle YB₂ verwendet werden kann· Der Kollektor von Τ-, ist mit der Basis eines Verstärkertransistors Tq über ein Integrationsnetzwerk verbunden, das durch Widerstände R-tj» R₁₂ und einen Dämpfungskondensator C₂ gebildet wird* Der Kollektor des Transistors Tg ist direkt mit der Basis eines Transistors Τ» verbunden, dessen Emitter mit der Basis eines Transistor· Tg gekoppelt ist, dessen Kollektor die nicht geregelte Spannung YB₁ zugeführt wird und dessen Emitter die Plueklemaie der geregelten Spannung VS bildet« Die Wirkungeweise einer solche» Einrichtung

0 0 882 1/0626 - 7 ·

ist in Prinzip dieselbe wie die der Einrichtung nach. Pig· 1: Dae Resultat des Tergleichs eines Bruchteiles der Ausgangsspannuag TS mit einer Besugsspannung T₁ oder T₂ (gewählt Mittels des Umschalters I) wird nach Verstärkung der Steuerelektrode des Transistors Tg zugeführt, der in leih· zwischen der (nicht stabilisierten) Spannung TB₁ und der Spannung TS eingeschaltet ist« Der Qegenkeppelkr·!· enthält das Integrationen·tewerk Rj j, R₁₂ und O₂*

9m die Auflade« «4er tatladeseit «es Kemienaetera O₂ su verrim·* gern, wird der linrichtunf nach 4er Erfindung ein* Schaltung (siehe fig· 4) hinsugefügt, welche Transistoren Tq und Tj₀ des npn- »sw* pap-TjfSf folarisierumgsvlaerstämde R₁₇, Rjg, Rj^, I₂Q₉ R₂^₉ R₂₂ und einen Kondensator C- enthält. Sie Kollektoren der Transistoren T und T₁₀ sind Miteinander und mit der Basis des Teretärkertraneistore T₈ verbunden» während die Basen über den Widerstand I₂₁ miteinander verbunden sind· Die Basis τοη Tj₀ ist aultrdem über den Widerstand Rj₆ mit dem Kollektor τοη T₊ verbunden und die Basis vom T« ist über die in Reihe geschalteten Widerstände R₂₂ und B₁- mit der Quelle TB₂ verbunden· Der Emitter von Tg ist mit Erde und der Emitter von Tj₀ ist über den Wider» stand R₂₀ mit dem Terbindungspunkt der Widerstände Rq und Rj₀ der Kollektorkreise von T, und T₊ verbunden« Der Kondensator 0«, der durch den veränderbaren Widerstand Rj„ überbrückt wird_y verbindet den Emitter von Tj₀ mit dem von T₈, der direkt mit dem j Emitter von T₉ verbunden ist» Die einstellbaren Widerstände S₁- j und Rjn ermöglichen eine genaue Einstellung der Sehwelle dieser Schaltung, unabhängig von der Streuung der Eigenschaften der Einselteile · Wie bei dem vorhergehenden Beispiel tritt bei einer fietslichen Änderung der Besugsspannung eine erhebliehe Störung do· Oleiohgewiohts im Regelkreis amf· Dies bringt eine Änderung tor Kollektorspannung vom T₊ mit sieht wodurch in Abhängigkeit vom der Richtung der Inderung entweder 4er Transistor T₉ oder tor transistor Tj₀ leiten* wird, so daS entweder eine beeehlemnigte Aufladung von C₂ Über Tq oder eine beschleunigte Entladung über Sj₀ erfolgt· In beiden fällen wird die Dauer des Oberganges vom -einem Wert der Ausgangespannung auf den anderen erheblieh verringert· 00982 t /0526 Bal, of,w,al

In einer praktischen Ausführung wurden für die Schaltung nach der Erfindung die folgenden Elemente verwendet:

T₃,. T₄, T₅, T₇, T₈, T₉ - BSX 21

T₆ = 2ΙΓ 1613

T₁₀ « 2N 71U

Z_t * BZT 69

Z₂ « BZY 59

R. » 560 Ohm

E₅, R₇, Rj₅ * 4,7 kOhm

R₆, Rf. * 1 kOhm

R₈, R₉, R_t0 - 3,3 kOhm

R₁₁, R₂₁ » 15 kOhm

R₁₂ « 22 kOhm

a 5,6 kOhm * t kOha

IO

₁₇
R₁₈ »5,2 kOhm

R₁₇ »5 kOhe

m 500 Ohm R₂₀ β 1,8 kOhm

β 6,8 kOhm

C₂ - 1000 pF

C, β 10 /ul

YB₁ - + 35 V

YB₂ - - 12 ¥

Selbstverständlich lassen sich Abarten der vorstehend geschilderten Ausführungsformen durch Ersatz von Elementen durch äquivalente Teile innerhalb des Rahmens der Erfindung ausführen*

Patentansprüche:

0 09821/0526

Claims (2)

^1t563612

Patentansprüche

(T) Stabilisierungseinrichtung zum Liefern einer Spannung eines zwischen mindestens zwei vorbestimmten Werten gewählten Wertes, mit einem elektronischen Stabilisierungselement in Reihe zwischen der zu stabilisierenden Spannung und der stabilisierten Spannung, wobei der Steuelektrode dieses Elementes über einen Gegenkoppelkreis eine Spannung zugeführt wird, die dem Unterschied zwischen einem Teil der stabilisierten Spannung und einer festen Bezugsspannung proportional ist, welcher Gegenkoppelkreis auch ein Widerstands-Kapazitäts-Integrationsnetzwerk enthält, wodurch ein Oszillieren der Einrichtung verhütet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung in normalem.Betrieb gesperrte Mittel enthält, um die Ladung des Kondensators (Oj) des Integrationsnetzwerkes (Rj, R₂, R*» Cj) bei der Wahl eines neuen Wertes der stabilisierten Spannung (VS) schnell zu verändern·

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnten Mittel zwei Transistoren (Tj, T₂) komplementärer Typen enthalten, die derart polarisiert sind, daß sie im normalen Be» trieb gesperrt sind, wobei die Basis des einen Transistors mit der Basis des anderen und eine der zwei weiteren Elektroden des einen Transistors mit der entsprechenden Elektrode des anderen Transistors verbunden ist, und daß der gemeinsame Punkt dieser Basen mit einem der Enden des Widerstandes (R,) des Integrationsnetzwerkes (Rj, R₂, R«, Oj) verbunden ist und der gemeinsame Punkt der anderen miteinander verbundenen Elektroden mit dem anderen Ende dieses Widerstands verbunden ist«

3· Einrichtung mit Elektronenröhren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitter der erwähnten Transistoren (T^, T₂) mit dem gleichen Ende des Widerstands (R,) des Integrations»· netzwerkes verbunden sind, während der Kollektor des npn-Transi· stors (Ij) mit Erde und der Kollektor des pnp-Transietore (S₂) mit der Minusklemme einer Spannungsquelle (Bj) verbunden ist, deren Plusklemme an Erde liegt«

0 0 9821 /0526 · 10·

- ίο -

4· Einrichtung nach Anspruch 3₉ dadurch gekennzeichnet} daß die genannten Mittel ferner zwei Gruppen τοη in Reihe geschalteten Dioden (D* - D.) enthalten, die zwischen den gemeinsamen Punkt der Basen und dem.der Emitter anti-parallel geschaltet sind,

5· Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Basiskreise der Transistoren (T^, T₂) Strombegrenzungewiderstände (KBj, BB₂) enthalten.

6« Einrichtung mit Transistoren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektoren der zwei Transistoren (T,, T,) der erwähnten Mittel mit einem Ende des Widerstandes (R-jj) des Integrationsnetzwerkes (ß-j-ii &]?* ®2^ verbunden sind, während deren Basen mit dem Kollektor des Transistors (T.) verbunden sind, dessen Basis ein Bruchteil der Ausgangsspannung (YS) der Einrichtung zugeführt wird·

7· Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektoren der zwei Transistoren (T,, Tj₀) der erwähnten Mittel mit der Basis eines Verstärkertransistors (Tg) verbunden sind, der einen das genannte elektronische Element bildenden Transistor (T~) steuert·

8« Einrichtung nach Anspruch 7 t dadurch gekennzeichnet, daß die Emitter der zwei Transistoren (Tg, T^₀) der erwähnten Mittel mit dem Emitter des VerStärkertransistors (Tg) verbunden sind, der eine (Tq) unmittelbar und derjenige des Transistors (ϊ-jq) des komplementären Typs über einen Verbindungskondensator (C,).

9» Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungskondensator (C,) durch einen einstellbaren Widerstand (R₁₉) überbrückt wird (Pig· 4).

10· Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Basen der zwei Transistoren (Tg, T^₀) der erwähnten Mittel mit dem Kollektor des Transistors (Tj), dessen Basis ein Bruchteil

009821/0526 ..

• Il -

der Ausgangespannung (VS) der Einrichtung zugeführt wird, über einen gemeinsamen an die Basis des Transistors (T-«) des komplementären Typs angeschlossenen Widerstand (Rjα) und über einen, zwischen dieser Basis und der Basis des anderen der zwei Transistoren (Tq) angeschlossenen Verbindungswiderstands (!^j) verbunden sind, welch· letztere Basis über einen einstellbaren Widerstand (Rf-) mit einer Klemme einer Hilfsspannungaquelle verbunden ist«

009821 /0526