"Schalung zur Stabilisierung einer Gleichspannung unter Verwendung
von Zenerdioden" Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Stabilisierung einer
Gleichspannung unter Verwendung von Zenerdioden, von denen eine erste zusammen mit
einem ersten Widerstand einen Spannungsteiler bildet, an den die zu stabilisierende
Spannung gelegt wird. Es ist bekannt, daß man mit Zenerdioden Gleichspannungen stabilisieren
kann (NTZ, 1957, Heft.4! Seite 197, rechte Spalte). Bei der bekannten Stabilisierungsschaltung
wird in Reihe zu der Zenerdiode ein hochohmiger Widerstand geschaltet und an die
Reihenschaltung wird die zu stabilisierende Spannung gelegt. Die stabilisierte Spannung
wird an der Zenerdiode abgegriffen. Nachteilig an dieser bekannten Schaltung ist
der für manche Anwendungszwecke nicht ausreichende Stabilisierungsfaktor.
Es
ist weiterhin bekannt, daß man den Stabilisierungsfaktor
erhöhen, also die Stabilisierung verbessern kann, wenn man
mehrere
der oben beschriebenen Spannungsteiler hintereinander
schaltet, also
dem zweiten aus Widerstand und Zenerdiode be-
stehenden
Spannungsteiler die an der Zenerdiode des ersten Spannungsteilers
abgegriffene Spannung zuführt usw. ("NTZ", 1957, Heft 4, Seite
197, rechte Spalte, letzter Absatz des Unterabschnitte ').1). Zwar
erhält man, wie bereite gesagt, mit dieser
bekannten StabIlisierungsschaltung
eine ausgezeichnet atabili-$ierte Gleichspannung, jedoch ist bei dieser
Schaltungsanordnung nachteilig, daß die Eingangsspannung gegenüber
der ge-
wünschten stabilisierten Ausgangsspannung groß sein muß.
schließlich
ist es aus der "Nachrichtentechnischen Zeitschrift"'" 1957, Heft 4, Seite
198, Unterabschnitt 1.3 bekannt, in Netzgeräten Zenerdioden als Vergleichaspannungsquellen
auszunutzen. Diese bekannte Stabilisierungsschaltung hat den Nachteil, daß sie sehr
aufwendig ist. Die cbr Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht
darin, eine
Schaltung zu schaffen, die einen sehr großen Stabilisierungsfaktor
aufweist, bei der außerdem eine gegenüber der stabilisierten Ausgangsspannung nur
wenig größere Eingangsspannung benötigt wird, und die schließlich in ihrem Aufbau
einfach und damit billig ist.
Die erfindungsgemäße Schaltung zur
Stabilisierung einer Gleich-. spannung setzt ebenfalls einen Spannungsteiler voraus,
der aus einem Widerstand und einer Zenerdiode besteht. Die zu stabilisierende Spannung
wird auch bei der erfindungsgemäßen Schaltung an diesen Spannungsteiler gelegt.
Das Wesen der erfindungsgemäßen Schaltung ist jedoch darin zu sehen, daß diese erste
Zenerdiode in Flußrichtung betrieben wird, daß an den Abgriff des Spannungsteilers
die Basis eines Transistors gelegt ist,
dessen Basis-Emitteratrecke sowie ein hierzu in Reihe geschal-.
teter yiiderstand parallel zu der ersten Zenerdiode liegt,
daß
an die Ausgangsklemme des Transistors eine zweite in üblicher
Weise die Zenerspannung zur Stabilisierung ausnutzende Zener-
diode geschaltet ist, und daß der zweite Widozstand groß gegen-
über dem@differentiellen Widerstand der zweiten Zenerdiode
ist.
Bei der erfindungsgemäßen Schaltung braucht die Eingangßspannung
nur etwa um 0,7 V Über der stabilisierten Ausgangespannung
zu
liegen. Diese Spannung von 0,7 V ergibt sich aas der
Schwellen-
spannung der ersten Zenerdiode (etwa 0,6 Y) der hiervon abzu-
ziehenden, an deraai®E@it@ erece des T,r,--i?niist®re abfallen.
den Spannung sowie der Restspannung des Transistors. Die oben
-rwähnte Forderung nach einer Schzltung, die nur eine um weni®
Ves gegenäber der stabilisierten Spannung höhere Ei ngangsspan®
nung erf®zdert, wird somit bei der er Z indungsgemäßen Schaltung
sehr gu G er@ t161;, Die erfindungsgemäße Schal l? S.@,ng
ist außerdem.
im Vergleich zu der oben geschilderten Stabilisierungsschaltung,
bei der die Zenerdioden als Vergieichsspannungsquelle ausgenutzt werden, bedeutend
weniger aufwendig. Schließlich wird bei
der erfindungsgemäßen Schaltung auch
ein guter Stabilisierungs-
faktor S erzielt. Dieser ist nämlich:
Hierin bedeuten AUE die Änderung der Eingangespannung, AUA die entsprechende Änderung
der Ausgangsspannungt R1-.und R2 die Widerstandswerte des ersten, bzw. zweiten Widerstandee
und r7 und r2 die differentiellen Widerstände der ersten und zweiten oben erwähnten
Zenerdioden. Die oben angenommene Näherung gilt,
da wegen der Stromgegenkopplung
der erfindungsgemäßen Schaltung der Eingangswiderstand der Schaltung sehr groß gegenüber
den differentiellen Widerständen der Zenerdioden ist und außerdem auch die Widerstände
R'1 und R2 groß gegenüber diesen differentiellen Widerständen sind. Die differentiellen
Widerstände rl und r2 der Zenerdioden sind bekanntlich klein. Sie liegen beispielsweise
bei etwa 5Jt. Dagegen ist der Widerstand R'1 des Span-. nungsteilers gemäß üblicher
Dimensionierung $ehr groß von z. B.-5 k:Iim Vergleich zum differentiellen Widerstand
der ersten Zenerdiode D1. Vom zweiten Widerstand R2 wird gefordert, daß er größer
als der differentielle Widerstand der zweiten Zenerdiode ist. Er hat beispielsweise
einen Widerstand von etwa
'1W2. Damit ist der Stabilisierungsfaktor
S etwa 20 000, d. h. eine eingangsseitige Änderung der Spannung macht sich am Ausgang
in der Praxis nicht mehr bemerkbar."Shuttering for stabilizing a DC voltage using Zener diodes" The invention relates to a circuit for stabilizing a DC voltage using Zener diodes, a first of which, together with a first resistor, forms a voltage divider to which the voltage to be stabilized is applied. It is known that DC voltages can be stabilized with Zener diodes (NTZ, 1957, Issue 4! Page 197, right column). In the known stabilization circuit, a high-resistance resistor is connected in series with the Zener diode and the voltage to be stabilized is applied to the series circuit. The stabilized voltage is tapped at the Zener diode. The disadvantage of this known circuit is the inadequate stabilization factor for some applications. It is also known that increase the stabilization factor, so can improve the stabilization, when switching a plurality of the voltage dividers described above, one behind the other, that the second loading resistor and Zener diode voltage standing dividing the tapped at the Zener diode of the first voltage divider voltage supplies, etc. ("NTZ", 1957, No. 4, page 197, right column, last paragraph of subsection ') .1). While, as said ready obtained with these known stabilizer circuit a awarded $ atabili- ierte DC voltage, however, is disadvantageous in this circuit arrangement, that the input voltage with respect to the desired stabilized output voltage must be large. Finally , it is known from the "Nachrichtenentechnische Zeitschrift"'"1957, No. 4, page 198, subsection 1.3, to use Zener diodes as comparison voltage sources in power supplies. This known stabilization circuit has the disadvantage that it is very expensive. The object on which the cbr invention is based consists To create a circuit which has a very large stabilization factor, in which, in addition, an input voltage which is only slightly higher than the stabilized output voltage is required, and which is ultimately simple and therefore cheap in its construction also requires a voltage divider consisting of a resistor and a zener diode. The voltage to be stabilized is also applied to this voltage divider in the circuit according to the invention it is driven that the base of a transistor is connected to the tap of the voltage divider, its base-emitter line as well as a connected in series.
teter yiiderstand is parallel to the first Zener diode that
to the output terminal of the transistor a second in the usual way
Way, the Zener voltage exploiting for stabilization
diode is switched, and that the second Widozstand is large
across the @ differential resistance of the second zener diode.
In the circuit according to the invention, the input voltage is required
only about 0.7 V above the stabilized output voltage
lie. This voltage of 0.7 V results from the threshold
voltage of the first Zener diode (about 0.6 Y) of the
pulling, at deraai®E @ it @ erece des T, r, - i? niist®re fall off.
the voltage as well as the residual voltage of the transistor. The above
- Mentioned demand for an estimate that is only one by less
In comparison to the stabilized tension, there is a higher input span®
tion required, is thus in the case of the ignition according to the circuit
very gu G er @ t161;, The scarf according to the invention l? S. @, Ng is also.
Compared to the stabilization circuit described above, in which the Zener diodes are used as a source of comparative voltage, this is significantly less expensive. Finally, a good stabilization factor S is also achieved in the circuit according to the invention. This is namely: Here AUE denotes the change in the input voltage, AUA the corresponding change in the output voltage R1 and R2 the resistance values of the first and second resistors and r7 and r2 the differential resistances of the first and second above-mentioned Zener diodes. The approximation assumed above applies because, because of the negative current feedback of the circuit according to the invention, the input resistance of the circuit is very large compared to the differential resistances of the Zener diodes and, moreover, the resistors R'1 and R2 are also large compared to these differential resistances. The differential resistances r1 and r2 of the Zener diodes are known to be small. For example, they are around 5Jt. In contrast, the resistance R'1 is the span. voltage divider according to the usual dimensioning $ or rather large from z. B. -5 k: I compared to the differential resistance of the first Zener diode D1. The second resistor R2 is required to be greater than the differential resistance of the second Zener diode. For example, it has a resistance of around '1W2. The stabilization factor S is thus around 20,000, ie a change in the voltage on the input side is no longer noticeable at the output in practice.
In der Zeichnung ist die erfindungsgemäße Schaltung darge#. stellt.
In den Eingangsklemmen 1 und 2 wird die zu stabilisierende Spannung U, +
AUE angelegt. Die in F1ußrichtung betriebene Zenerdiode D1 und der Widerstand
R'1, der, wie oben erwähnt, groß gbgenüber den differentiellen Widerstand der Diode
D'1 ist, bilden einen Spannungsteiler. Am Abgriff dieses Spannungsteilers ist die
Basis des Transistors T angeschaltet. Der Eiritter des Transistors T ist über den
Widerstand-R2 mit dem zweiten Aaschluß der Zenerdiode D1 verbunden. An den Rollektor
des Transistors T ist die zweite Zener.-di®de D2 angeschalteti an ihr wird die Ausgangsspannung
TJA + AUA abgegriffen (Ausgangsklemmen 3, 4). Wie bereits oben näher ausgeführt,
ist das AUA vernachlässigbar.In the drawing, the circuit according to the invention is Darge #. represents. The voltage U, + AUE to be stabilized is applied to input terminals 1 and 2. The Zener diode D1 operated in the flow direction and the resistor R'1, which, as mentioned above, is large compared to the differential resistance of the diode D'1, form a voltage divider. The base of the transistor T is connected to the tap of this voltage divider. The Eiritter of the transistor T is connected to the second Aaschluß of the Zener diode D1 via the resistor R2. The second Zener.-di®de D2 is connected to the roller gate of the transistor T and the output voltage TJA + AUA is tapped from it (output terminals 3, 4). As already explained above, the AUA is negligible.
Die Zenerdiode D1, die Widerstände R'1 und R2 und der Transistor T
bilden für die Zenerdiode D2 eine weitgehend spannungsunabhängige Stromquelle. Diese
Spannungsunabhängigkeit wird durch den mit der Zenerdiode D1 stabilisierten Spannungsteiler
erzielt, dessen Zenerdiode allerdings in Flußrichtung betrieben wird. Hierdurch
wird es ermöglicht, daß die Eingangsspannung nur wenig größer als die gewünschte
stabilisierte
Spannung sein muB. Durch den Widerstand R2 wird der Höchststrom der durch die Schaltteile
D'1, R'1 und R2 und T gebildeten Stromquelle bestimmt. Diese Stromquelle liefert
also einen eingeprägten, d. h. weitgehend konstanten Strom an die Zenerdiode D2.
Spannungsschwankungen der Eingangsspannung gehen somit nur noch durch den Stabilisierungsfaktor
des Basiskreises des Transistors T vermindert auf den Querstrom durch die Diode
D2 ein. Damit wird der Arbeitspunkt der Zenerdiode D2 stabilisiert und
es
kommen bei Spannungsänderungen am Eingang keine großen Stromänderungen
zustande. Durch die Zenerdiode D2 selbst wird die Stabilisierung weiter erhöht.
Die Stabilität der hierbei erzielten Spannung ist z. B. für eine elektronische Abstimmung
vollkommen ausreichend.The Zener diode D1, the resistors R'1 and R2 and the transistor T form a largely voltage-independent current source for the Zener diode D2. This voltage independence is achieved by the voltage divider stabilized with the Zener diode D1, the Zener diode of which, however, is operated in the forward direction. This enables the input voltage to be only slightly greater than the desired stabilized voltage. The maximum current of the current source formed by the switching parts D'1, R'1 and R2 and T is determined by the resistor R2. This current source therefore supplies an impressed, ie largely constant, current to the Zener diode D2. Voltage fluctuations in the input voltage are thus only reduced by the stabilization factor of the base circuit of the transistor T on the cross current through the diode D2. This stabilizes the working point of the Zener diode D2 and there are no large changes in current when the voltage changes at the input. The stabilization is further increased by the Zener diode D2 itself. The stability of the tension achieved here is z. B. perfectly adequate for electronic voting.