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Empfindliche Meßgeräte, die zu ihrem Betrieb einen Hilfsstrom benötigen,
wie dies z. B. bei Gasanalysegeräten der Fall ist, werden üblicherweise mit eigenen
Stromversorgungseinrichtungen versehen, die die Stärke des Hilfsstromes auf einen
konstanten Wert unabhängig von der jeweiligen Belastung einregeln. In Strom- und
Spannungskonstanthalteeinrichtungen werden üblicherweise zur Darstellung von Bezugsspannungen,
die die Strom- bzw. Spannungssollwerte repräsentieren, Z-Dioden oder andere nichtlineare
Stabilisierungselemente, z. B. Siliziumdioden, verwendet (USA.-Patentschriften 2
889 512, 2 904 742, 3 100 863). Um aber eine hohe Stabilität der Ausgangsgröße zu
erreichen, müssen die Stabilisierungselemente mit einem möglichst konstanten Strom
betrieben werden. Bei Einrichtungen zur Einregelung eines konstanten. Stromes ist
aber hierzu ein erhöhter Aufwand, wie z. B. eine zusätzliche Spannungsquelle und
allenfalls eine eigene Transistorschaltung zur Vorstabilisierung des die Stabilisierungselemente
durchfließenden Stromes, erforderlich, um die Ausgangsgröße nicht nur unabhängig
von Belastungsschwankungen, sondern auch unabhängig von Schwankungen der Netzspannung
zu machen.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Stromversorgungseinrichtung mit
Regler zur Erzielung eines konstanten Speisestromes, die mit vertretbarem Aufwand
eine hohe Konstanz des Speisestromes aufweist; zur Regelung des Speisestromes ist
ein mit seiner Emitter-Kollektor-Strecke in den Speisestromkreis eingeschalteter
Stelltransistor vorgesehen, dessen Basis an den Kollektor eines in Abhängigkeit
von der Abweichung der Speisestromstärke von ihrem Sollwert gesteuerten Vorstufentransistors
angeschlossen ist, dessen Steuerspannung aus der Spannungsdifferenz zwischen dem
Spannungsabfall an einem vom Speisestrom oder einem Teilstrom desselben durchflossenen
Widerstand und dem Spannungsabfall an einer Z-Diode gewonnen ist. Erfindungsgemäß
ist in den Stromkreis der Z-Diode ein am Basispotential des Vorstufentransistors
liegender Widerstand und zwischen der Verbindung des Widerstandes mit einem Pol
des Speisestromkreises und dem Emitter des Vorstufentransistors eine weitere Z-Diode
eingeschaltet.
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Es ist bereits eine als Zweipol ausgebildete Schaltung zur Stromstabilisierung
bekanntgeworden, bei der in einem Schaltungszweig eine Z-Diode, die Emitter-Kollektor-Strecke
eines Transistors und ein Widerstand in Reihe geschaltet sind (USA.-Patentschrift
3 255 402). Die hier erzielte Stabilisierung des Gesamtstromes an den Klemmen des
Zweipols ist aber nicht für den Strom im Z-Diodenzweig wirksam.
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Als Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung eine Stromversorgungseinrichtung
dargestellt, die über einen Transformator 1 aus dem Netz gespeist wird. Die Sekundärspannung
des Transformators 1 wird mittels einer Gleichrichterschaltung 2 gleichgerichtet,
wobei die Welligkeit der erhaltenen Gleichspannung durch einen dem Gleichspannungsausgang
parallelgeschalteten Kondensator 3 beseitigt wird. Der Ausgangsstrom der Gleichrichterschaltung
2 wird über die durch verstärkte Linien angedeuteten Leitungen den Ausgangsklemmen
4 und 5 der Stromversorgungseinrichtung zugeführt.
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Die Stromversorgungseinrichtung regelt den über die Ausgangsklemmen
4, 5 an den (nicht dargestellten) angeschlossenen Verbraucher gelieferten Speisestrom
auf einen konstanten Wert, unabhängig vom jeweiligen Innenwiderstand des Verbrauchers
und von Schwankungen der Netzspannung, solange die Schwankungen des Innenwiderstandes
und des Netzes innerhalb gewisser Grenzen bleiben. Als Stellglied zur Regelung des
Speisestromes dient ein in die zur Ausgangsklemme 4 führende Leitung mit seiner
Emitter-Kollektor-Strecke eingeschalteter Stelltransistor 6. Die Regelung des Speisestromes
erfolgt auf Grund eines Vergleiches des Spannungsabfalles, den der Speisestrom an
einem Widerstand erzeugt, mit einer konstanten Spannung, die dem Sollwert des Speisestromes
entspricht.
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In die zur Ausgangsklemme 5 führende Leitung ist daher ein Widerstand
7 mit zwei zueinander in Serie liegenden Parallelwiderständen 8 und 9 eingeschaltet.
Mittels eines stellbaren Abgriffes wird vom Widerstand 9 eine von dem die Widerstände
8 und 9 durchfließenden Teilstrom des Speisestromes erzeugte Spannung abgegriffen,
die als Maß für den Istwert des Speisestromes herangezogen wird. Eine dem Sollwert
des Speisestromes entsprechende konstante Vergleichsspannung wird von einer Zenerdiode
10 abgegriffen, die über die Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors 11 und
einen in Serie liegenden Widerstand 12 parallel zum Ausgang der Gleichrichterschaltung
2 angeschlossen ist. Der Abgriff des Widerstandes 9 ist mit der Basis des Transistors
11 verbunden; der Spannungsabfall an der an den Emitter des Transistors 11 angeschalteten
Z-Diode 10 ist in Bezug auf die Basis-Emitter-Strecke entgegengesetzt gerichtet
der an den Widerständen 8 und 9 auftretenden Spannung, so daß an der Basis-Emitter-Strecke
des Transistors 11 eine der Abweichung des Speisestromes von seinem Sollwert proportionale
Spannung auftritt.
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Die Steuerung des in den Speisestromkreis eingeschalteten Stelltransistors
6 erfolgt mittels eines Vorstufentransistors 13, der mit seinem Kollektor an die
Basis des Stelltransistors 6 angeschlossen ist. Der Emitter des Vorstufentransistors
13 ist über einen
Widerstand 14 an den negativen Pol der Ausgangsspannung
angeschlossen.
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Beginnt der Speisestrom von seinem Sollwert abzuweichen, beispielsweise
durch Netzspannungsschwankungen bedingt, so ändert sich die Emitter-Kollektor-Spannung
des Transistors 11 entsprechend der Größe der Abweichung des Speisestromes von seinem
Sollwert. Der Kollektor des Transistors 11 ist mit der Basis des Vorstufentransistors
13 verbunden, und es verändert sich somit das Basispotential des Vorstufentransistors
13 mit der Emitter-Kollektor-Spannung des Transistors 11. Da das Emitterpotential
des Transistors 11 durch die Z-Diode 10 konstant gehalten wird, wirkt
sich eine Änderung der Emitter-Kollektor-Spannung des Transistors 11 auf das Basispotential
des Vorstufentransistors 13 aus; die Polung und Bemessung aller Spannungen ist nun
so getroffen, daß eine durch eine Änderung des Speisestromes hervorgerufene Änderung
des Basispotentials .des Vorstufentransistors 13 über den Stelltransistor 6 den
Speisestrom gegensinnig zur ursprünglichen beeinflußt.
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Die Zuverlässigkeit der beschriebenen Regelung hängt wesentlich von
der Konstanz der Emitterpotentiale der Transistoren 11 und 13 ab. Das Emitterpotential
des Transistors 11 wird nun durch die Spannung an der Z-Diode 10 bestimmt, deren
Konstanz aber wesentlich von der Konstanz des die Z-Diode 10 durchfließenden Stromes
abhängt.
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Erfindungsgemäß ist nun auf einfache Weise eine Stabilisierung. der
Emitterpotentiale beider Transistoren 11, 13 mit Hilfe einer einzigen zusätzlichen
Z-Diode 15 erzielt. Diese ist zwischen -den positiven Pol der Ausgangsspannung der
Gleichrichterschaltung 2 und den Emitter des Transistors 13 eingeschaltet und stabilisiert
somit zunächst unmittelbar das Emitterpotential des Transistors 13. Da der Spannungsabfall
zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors 13 sehr gering ist und sich auch
nur wenig ändert, erstreckt sich die stabilisierende Wirkung der Z-Diode 15 auch
auf den dem Kollektor des Transistors 11 vorgeschalteten Widerstand 12. Durch die
damit erzielte Konstanthaltung des Spannungsabfalles am Widerstand 12 wird
auch eine Konstanthaltung des. Stromes durch diesen Widerstand 12 und somit auch
durch die Z-Diode 10 erzielt. Es werden also durch die zusätzliche Verwendung einer
einzigen Z-Diode 15 die Emitterpotentiale beider Transistoren 11 und 13 zugleich
stabilisiert und unabhängig von Schwankungen der Netzspannungen.
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Die Ausstattung des Widerstandes 9 mit einem veränderbaren Abgriff
dient zum Ausgleich von Exemplarstreuungen der Z-Diode 10. Durch Einschaltung allfälliger
Parallelwiderstände zum Widerstand 7 können verschiedene Werte des Speisestromes
abgeglichen werden. Das Regelverhalten der Stromversorgungseinrichtung kann durch
Parallelschaltung eines Widerstandes 16 zum Stelltransistor 6 beeinflußt werden.
Schließlich kann zur Glättung des Ausgangsstromes ein zwischen der Ausgangsklemme
4 und dem negativen Pol der Ausgangsspannung der Gleichrichterschaltung 2 ein Kondensator
17 vorgesehen werden.