DE1613684A1

DE1613684A1 - Spannungskonstanthalter

Info

Publication number: DE1613684A1
Application number: DE19671613684
Authority: DE
Inventors: Oesterle Adolph Gustav; Bambace Natale Joseph; Kenny Charles Robert
Original assignee: Singer General Precision Inc
Current assignee: Singer General Precision Inc
Priority date: 1966-08-10
Filing date: 1967-08-04
Publication date: 1970-12-03
Also published as: GB1143316A; US3408559A; BE702498A

Description

General Precision, Inc., Tarrytown, ΐΓ.Υ./ϋ3Α

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Wechselspannungskonstanthalter e Der WechseLepatmungskonstanthalter gemäß der Erfindung "bestellt im wesentlichen aus einem veränderbar ren Widerstand, der nur in einer Richtung stromdurchlässig ist uüd der so zwischen Eingang oind Ausgang des Konstanthalters liegt, daßVbei einer Veränderung der Eingängspannung Strom in dieser Richtung führt» Außerdem ist ein Steuerkreis vorgesehen, der die Ausgangsspannung des Konstanthalters auswertet und den Wert des Widerstandes so ändert, daß er Veränderungen der Ausgangsspannung entgegenwirkte Solch ein Stabilisator kann so ausgelegt seia, daß er in. Bezug auf Prequenzsohwankungen im Bereich von 5o Hz bie 4oo Hz unempfindlich ist·

Während des Betriebes liegt der Konstanthalter zwischen

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Wechselspannungsquelle und Lastο Er überwacht die an der Last abfallende Spannung und steuert den veränderlichen Wideretand so, daß an der Last unabhängig von der Netzspannung eine stabile Spannung anliegt, die an die Eigenschaften der Last angepaßt ist· Die Last kann ein beliebiger elektrischer Apparat oder eine Anlage sein, die eine im wesentlichen konstante oder stabile Eingangsgröße benötigt. Als Beispiel für eine solche Anlage sei ein Fernsehempfänger, ein Radiosender oder -empfänger aufgeführt«

Die WechselspannungscLuelle kann mit dem Eingang des Konstanthalters über einen Autotransformator gekoppelt sein, der die Versorgungsspannung auf eine Höhe bringt, die größer als die von der Last benötigte ist.

Der Steuerkreis enthält zwei Schaltungen zur Urzeugung einer stabilen Bezugsspannung und einer Spannung, die der an der Last abfallenden Spannung proportional ist₀ Das Verhältnis zwischen Bezugsspannung und fer an der Last abfallenden proportionalen Spannung dient als Ausgangspunkt zur Steuerung des veränderbaren Widerstandes.

Der Konstanthalter kann bei verschiedenen Versorgung»— spannungen, wie z.B· 11o V oder 220 V angewendet werden, wenn er entsprechend ausgelegt wird. Z.B. kann parallel zum veränderlichen Widerstand ein fester Widerstand gelegt werden, der zur Anpassung an die Yersorgungsspannungen dient,,

Die Erfindung wird an Hand einiger Ausführungsbeispiel· in Verbindung mit den Figuren näher erläutert·

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Pig.1 zeigt ein Blockschaltbild eines Konstanthalters gemäß der .vorliegendenErfindung;

Pig·2 zeigt das Schaltbild des Konstanthaltersin seinen Einzelheiten. ,

Ein in Fig_t1 mit To bezeichneter Generator hat zwei Ausgangsklemmen 13 und 13a. Der Ausgang 13 ist alt einem Autotransformator ,12 verbunden, dessen Ausgang mit dein durch die ge·· strichelte Linie umrandeten Konstanthalter verbunden ist. Der Konstanthalter besteht im wesentlichen aus der Parallelschaltung eines Widerstandes 2o miteinem veränderbarenWiderstand 21* Ein Ende der Parallelschaltung ist mit der AusgangsklemmeH verbunden , an der ein Anschluß einer Last 15 liegt. Mit der anderen Aus* gangsklemme 14a ist der andere Anschluß der Last 15 und die andere Kletäme 13a des Generators 1 ο verbunden.

Der Last 15 ist die Steuereinrichtung 22 parallelgeechaltet. Der yeränderfeare Widerstand 21 ist über eine Leitung 23 mit dem Ausgang der Steuerschaltung verbunden. Der Widerstand 2ο ist fest, während der Widerstand 21 veränderlieh oder dynamisch ist. v " ; '.■■.■ ' - ■

Der Generator to liefert eine Wechselspannung von z*B· 1:1 ο. T ί lojt oder 22o T -■ 1öji* Für einen Gener%>t^or;'. mitfein er Ausgangsspannung von 11ö V i ToJt besteht der feste Widerstand 2o z.B. aus zwei Widerständen von je 5Ohm/5ο Watt. Pur eine Ausgangsspannung des Generators von 22o Y - .loft besteht der feste Widerstand z.B. aus zwei Widerständen von je 5 Ohm und einem Wi-

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derstand von 1o Ohm, die jeweils eine Leistung von 5o Watt aufnehmen können.

Die Frequenz der vom Generator 1o gelieferten Wechselspannung soll imwesentlichen konstant sein und kann zwischen 5o uud 4oo Hz liegeno Die Frequenz kann sich aber auch mindestens von 5o bis 4oo Hz ändern.

Damit wird der Konstanthalter so universell verwendbar, ^v daß er an jedem Punkt der Erde eingesetzt werden kann. Zur Erläuterung der Erfindung sei angenommen, daß die Spannung 11o V - 1o# beträgt und eine Frequenz von 5o bis 4oo Hz hat.

In Fig.4 ist eine Ausführungsform des durch die gestrichelten Linien, in Fig. 1 umrandeten Konstanthalters gezeigt. B»r AutotransformatQr 12 ist dem Generator parallelgeschaltet und hebt die dem Konstanthalter gelieferte Spannung über die für die Last erforderliche Spannung an. Dadurch wird verhindert, daß die Versorgungsspannung unter die normale Amplitude sinkt· Damit ist sichergestellt, daß die kleinste Spannung, die dem Konstanthalter gele^Lfert wird, noch ausreicht, um der Last eine Spannung von der erforderlichen Mindestgröße zuzuführen,.

Der Zweig mit den festen Widerständen besteht aus zwei Widerständen 2o und 2oa. Der Zwtlg mit dem veränderlichen Widerstand enthält einen Brückenkreis mit den Dioden 31, 32, 33 lind 34» sowie die Kollektr^-Emitterstrecken der parallelgeechalteten Transistoren 35 und 36. Die Dioden und die Transietoren wirken zusammen und bilden zwei getrennte Wege für die Wechselspannung· Der.

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Widerstand jedes Zweiges hängt dabei von der Aufsteuerung der * beiden leistungstransistoren ab«, Der erste veränderbare Widerstand besteht aus der Diode32,den parallelen Emitter-Kollektor-Strekken der Transistoren 35 und 36» der Diode 33 und dem Widerstand 37β Der veränderbare Widerstand besteht aus dem Widerstand 37, der Diode 34» den parallelgeschalteten Kollektor-Emitter-Strekken der Transistoren 35und 36.undder Diode 31·

Dabei sollen beide Transistoren 35 und 36 möglichst gleiche Eigenschaften haben„ Dazu dienen die beiden Basiswiderstände 41 und 42o Diese sind am Punkt 43 an gemeinsames Potential gelegt, während die beiden Emitter an den Punkt 44 gelegt sind« Die Kollektoren der Transistoren 35 und 36 befinden sich auf einem Potential, das durch denjenigen Spannungsabfall bestimmt ist, der bei der gewünschten, an der Last liegenden Spannung erzeugt wird. Dazu ist zwischen den Punkt 43'Und die Kollektoren der beiden Transistoren 35-und 36 eine ZeKnerdiode 45 gelegte Erreicht der Spannungsabfall zwischen Kollektor und Emitter der Transistoren einen Wert, der der Durenbruchsspannung der Zenerdiode 45 entspricht, so erzeugt ein weiterer Spannungsanstieg einen wachsenden Stroa, der durch die -BasiswÄerstände 41 und 42 fließt, wodurch die Transistoren 35 und 36 stärker leitend werden_ound ein weitereirAnstieg des Spannungsabfalls zwischen Emitter und Kollektor verhindert wirdo

Die an der Iiast auftretende Spannung liegt an einer Transfprmatorwicklung 46 eines Transformatorä, der in der in Pig. ' 1 mit 22 bezeichneten Steuerschaltung vorgesehen ist» Die Sekun-

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därwicklungen 47 und 48 sind mit den Gleichrichterbrüoken 49 bzw« 66 verbunden und speisen diese mit einer der Lastspannung proportionalen Spannung.

Die Gleichrichterbrücke 49 formt die Wechselspannung in eine pulsierende Gleichspannung, die den zwischen den Leitungen 53 und 54 geschalteten Kondensator 5o auflädt» Dieser dient zur Glättung der Gleichspannung. Zwischen dem Punkt 57 und der Leitung 54 liegt eine/ Zenerdiode 55» die die Spannung zwischen dem Punkt 57 und der Leitung 54 konstant hält» Der Widerstand 56 dient der Strombegrenzung· Die konstante Gleichspannung wird über einen Widerstand 58 und eine Diode 59 dem Kollektor eines Transistors 6o zugeführt, dessen Emitter mit der Leitung 54 verbunden ist. Der Widerstand 58 dient als Shunt für die Kollektor-Basis— Restströme der Transistoren 35 und 36. Die Betriebsspannung wird der Bais des Transistors 6o über den Widerstand 61 und den Punkt 86 zugeführt.

Die Aussteuerung der beiden parallelgeschalteten Leistungstransistoren 35 ^und 36 wird durch die Aussteuerung des Transistors 6o bestimmt« Dies kommt daher, daß die Spannung zwischen den Punkten 43 und 44 die parallelen Transistoren 35 und 36 steuert. Das Potential am Punkt 43 wird den Basisanschlüssen der beiden Transistoren über die Basiswiderstände zugeführt, wahrend die Emitter der Transistoren über die Leitung 54, über den Punkt 44, die Diode 59 und der Kollektor-Emitter-Strecke des Transietore 6o zugeführt wird«

Der Transistor 60 wird über einen Differenzverstärker mit den beiden Transistoren 64 und 65 gesteuert, wobei der Kollektor des Transistors 64 mit dem iämitter des Transistors 60 über den Punkt 87, der Kollekter des Transistors 65 über den Punkt 86 mit der Basis des Transistors 60 verbunden ist* Die Emitter beider Transistoren 64 und 65 sind über einen gemeinsamen Widerstand 89 mit dem Aückleiter verbunden·

Die in der Wicklung 48 induzierte Wechselspannung wLrd mit der Brücke 66 gleichgerichtet, Öie Leitung68 ist dann in bezug auf die Leitung 67 positiv. Die Leitung 68spaltet sich in zwei Zweige auf, von denen der eine geregelt und der andere nicht geregelt ist. Der geregelte Zweig besteht aus der Leitung.69» den Widerständen 72, 73 und 74 und der Rückleitung 67. Zwίschem der Rückleitung 67 und dem Verbindungepunkt der Widerstände 72 und 73 liegt ein Siebkondeneator 76. Da dieser Zweig nicht geregelt ist, ändert sich seine Spannung Hit der Spannung der Traneformat orwicklung 46. Dadurch ist die an Abgriff 75 des Spannungstellers 73 abfallende Spannung der Spannung in der Transformatorwicklung 46 peportional. Die am Spannungsteiler 73 abgegriffene Spannung wird der Basis des-'Transistors- 65 zugeführt. Der Emitter des Transistors 65 ist mit der Bückleitung 67 über den Widerstand 89 verbunden· Die Aussteuerung des Transistors 65 hängt damit direkt von der Spannung an der Wicklung 46 ab. Dieses Verhältnis kann beliebig durch die Einstellung des Abgriffs 75 eingestellt werden·

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Der geregelte Stromzweig geht von der Leitung 68 aus und enthält einen Widerstand 79, einen Widerstand 81 und einen Siebkondensator 83, der zwischen der Leitung 7o und der Kückleitung 67 liegt. Dem Kondensatoijiet über einen Widerstand 81 eine weitere Zenerdiode 82 parallelgeschaltet, wodurch der Basis des 'i'ransistors 64 eine konstante Spannung zugeführt wird. Diese konstante Spannung dient als ^ezugsspannung. Die ungeregelte Spannung wird mittels eines Differentialverstärkers mit der Bezugsspannung verglichen. Der Emitter des Transistors 64 ist über die Rückleitung 67 über einen Widerstand 89 gekoppelt« Dadurch wird der Arbeitspunkt des Differentialverstärkere durch die Spannung zwischen den Punkten 86 und 87 bestimmt, die an die Emitter-Basisstrecke des Transistors 6o gelegt ist. Sind die Potentiale am Abgriff 75 und am Punkt 85 im wesentlichen gleich, so hat die Spannung an der Wicklung 46 die gewünschte Größe· Die Spannung an der Wicklung 46 kann durch Verstellen des Abgriffs 75 auf dem Widerstand 73 verändert werden»

Aus der vorhergehenden Beschreibung ging hervor, daß mit wachsender Generatorspannung die Spannung an der Last 15 ebenfalls steigt, und zwar über die erforderliche Größe hinaus· Der Spannungsanstieg an der Last wird auch der Wicklung 46 zugeführt, die in den Sekundärwicklungen 4? VLnd48 eine relativ größere Spannung induziert. Der Spannungsanstieg tritt im ungeregelten Strompfad auf, insbesondere am Abgriff 75, wo er als Kriterium zur Regelung benutzt wird. Der Transistor 65 wird damit stärker leitend,

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während der transistor 64 gemäß den Eigenschaften eines Differen— tialverstärkers weniger leitend wirdo Wird der transistor 64 weniger leitend, so wird auch<fer transistor 60 weniger leitend, so daßyder Strom zur Steuerung deg¹ veränderlichen Widerstandes dabei gleichzeitig herabgesetzt wird, wodurch· die Transistoren 35 und 36 ebenfalls schwächer leitend werden. Damit wird der durch die Transistoren 35 und 36 bestimmt veränderbare Widerstand erhöht» Das führt zu einem erhöhten Spannungsabfall zwischen den Klemmen 13 und 14, womit die an der Last anliegende Spannung verringert wird» -.'■■'.

^ Der Kreis arbeitet selbstkömpemsierend und regelt die gewünschte Spannung am Eingang einer Last selbsttätig ein„ Sinkt die Ausgangsspannung dea venerators, so sinkt damit gleichzeitig die für die Last erforderliche Spannung. Dementsprechend sinkt auch die am Abgriff 75 des Spannungsteilers 73 abfallende Spannung ο Damit wird der Transistor 65 schwächer leitend, während der Trasistor 64 stärker leitend wird» Durch den transistor 60 fließt daher mehr Strom, so daß die Leistungstransistoren 35 und 36 stärker leitend werden» Damit sinkt der Widerstand des veränderlichen Widerstandes und somit der Spannungsabfall zwischen den Klemmen 13 und 14© Damit steigt die Spannung an der Last, so daß die Spannung an der last auf die richtige Größe gebracht wird·

Der Konstanthalter nach der Erfindung ist unempfin^d lieh gegen 1 rquenzechwankungen _o Die frequenzgrenzen sind nur durch die.Größe der Blindwiderstände bedingte Mit dem Konstanthalter

werden auch Änderungen im Laststrom erfaßt, da diese eine Spannungsänderung an der Wicklung 46 hervorrufen» Diese Spannungsänderung wird auf die oben beschriebne Weise ausgeregelt»

Die vorliegende Erfindung ist an Hand eines Ausführungsbeispieles beschrieben worden. Im Rahmen der Erfindung sind jedoch noch andere Auaführungsbeispiele möglich.

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Claims

Wechselspannungskonstanthalter, dadurch .gekennzeichnet, daß zwischen Last (15) und Spannungsquelle (io) mindestens ein veränderbarer Widerstand liegt, de'r Strom nur in einer Richtung leitet, daß eine Steuereinrichtung (22) vorgesehen ist, die die Spannung an der Last auswertet, und daß die Steuereinrichtung (22) den Wert des veränderbaren Widerstandes gegenläufig zur Ausgangsspannung ändert·
2· Wechselspannungskonstanthalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der veränderbare Widerstand aus einer Gleichrichterbrücke (31,33532,54) besteht, an deren (rleichstromklemmMH die Kollektor-Emitterstrecken zweier parallelgeschalteter Transi^oren (35.»36) liegen.

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3. WechsiOgspannungskonstanthalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis-Emitter-Strecken der Transistoren (35,36) mit der Steuereinrichtung (22) verbanden sind.
4. Wedfiselspannungskonstanthalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkreis (22) einen '.transformator enthält, dessen Primärwicklung (46). parallel zur Last liegt, daß der Transformator zwei Sekundärwicklungen (47,48) hat, von denen die erste (47) der Speisung einer Bezügsspannungsquelle dient, die über einen Widerstand (58) einem weiteren Transistor (60) zugeführt wird, und daß die andere Sekundärwicklung (43) ein der Ausgangsspannung proportionales Signal liefert, daS zur Steuerung des weiteren Transistors (60) dient, daiV der Kollektorstrom des weiteren Transistors über einen Widerstand (58) geführt wird, und daß der Spannungsabfall in diesem Widerstand (58) den Basis-Emitter-Strecken der den veränderbaren Widerstand bildenden Transistoren (35,36) zugeführt wird«,
5o Wechselspannungskonstanthalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die der Ausgangsspannung proportionale Spannung dem Transistor (60) über einen Differentialverstärger zugeführt wird.
6. WecQs^espannungskonstanthalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Differentialverstärker aus zwei Transi-

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stören (64,65) besteht, daß der Basis-Emitter-Streeke des einen (64) die von der zweiten Sekundärwicklung (48) stammende geregelte Spannung zugeführt wird, daß der Bai s-Emitt erstrecke des anderen Transistors (65) die ungeregelte, von der Sekundärwicklung (48) des Transformators stamme.nde öleiclispannung zugefülirt wird, daß die Emitter der "beiden Transistoren (64,65) miteinander verbunden sind und daß die Kollektoren der beiden Transistoren mit dem Emitter bzw, der Basis des weiteren Transistors (6o) verbunden sind«,,

7ο -_ WechselspannungSiConstanthalter,nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem einen transistor des JJifferentialverstärkers (65) die ungeregelte Spannung über einen"veränderlichen Spannungsteiler (73) zugeführt wird, mit dem die gewünschte Ausgangsspannung des Stabilisators eingestellt v;i±dö

8o W^chselspannungskonstahthalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß parallel"zu dem veränderlichen Widerstand ein fester Widerstand (2o) liegt_o

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