DE1762459A1

DE1762459A1 - Verstaerkerschaltung

Info

Publication number: DE1762459A1
Application number: DE19681762459
Authority: DE
Inventors: Babbs Richard Sydney
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1967-06-21
Filing date: 1968-06-21
Publication date: 1970-05-27
Also published as: GB1142824A

Description

Jü.V. Philips'Gloeilampenfabrieken, Eindhoven, Holland

Verstärkerschaltung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verstärkerschaltung, insbesondere auf eine Differenzverstärkerschaltung.

Die Erfindung besteht bei einem Differenzverstärker mit einem Transistorpaar, bei dem die Belastung für diesen Verstärker zwischen den Kollektorelektroden der genannten Transistoren angeschlossen ist, darin, daß die Kollektorelektrode jedes Transistors aus einer gesonderten Quelle konstanten Stroms gespeist wird, während die Emitterkreise der genannten Transistoren miteinander und mit einer weiteren konstanten Stromquelle verbunden sind, und außerdem Mittel mit den genannten Kollektorelektroden verbunden sind, aus denen ein Signal abgeleitet wird, das proportional dem Durchschnittswert der Potentiale zwischen den genannten zwei Kollektorelektroden ist, zur Steuerung der genannten weiteren konstanten Stromquelle, um den genannten Durchschnittswert im wesentlichen konstant zu halten.

Die Schaltungsanordnung der vorliegenden Erfindung ist besonders für Verstärkerbelastungen verwendbar, deren Impedanz sich mit dem sie durchfließenden Strom ändert.

Jede konstante Stromquelle kann einen Transistor aufweisen.

Die Erfindung ist von besonderer Bedeutung zur Messung der Lebensdauer von Primärbatterien oder des Ladungszustandes von Sekundärbatterien. Bei Sekundärbatterien kann die Verstärkerbelastung als Anzeige wirken, und sehr brauchbar sein

PHB 31 766m,, ...0 09822/1602 -2-

/S . / ^o UntenagCil i'·;.... „ .. ...„. _ ,..-., _w_^ „ o.* AfukruntfBgw. γ. 4.9.1957)

in elektrisch getriebenen Fahrzeugen, wie Kraftwagen, Gabelstaplern usw., bei denen die Verwendungsdauer des Fahrzeuges von dem Ladungszustand der Batterie abhängig ist. Das Anzeigeelement, daß die Belastung im Verstärker bildet, ist vorzugsweise ein Amperestundenzähler vom Coulometertyp und besteht aus einem gläsernen Kapillarrohr, das mit zwei durch einen wässrigen Elektrolytspalt getrennten Quecksilbersäulen gefüllt ist. Ein Strom, der proportional dem die Batterie durchfließenden Strom ist, wird durch den Amperestundenzähler geführt, und dieser Strom schickt dann Quecksilber über den Elektrolytspalt und läßt den Spalt sich längs der Rohrwand bewegen. Hit solchen Vorrichtungen ist die Spaltbewegung linear, auf das Zeitintegral des Stromes zu oder von der Batterie bezogen.

Die Erfindung bezieht sich auch auf ein System zum Messen der Lebensdauer oder des Ladungszustandes einer Batterie mit einem Verstärker nach der Erfindung, und auf ein Fahrzeug mit einem solchen System.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschema einer Batteriemeßvorrichtung mit einem Differenzverstärker nach der Erfindung und

Fig. 2 ein Schaltungsbild eines Differenzverstärkers nach der Erfindung.

In Fig. 1 ist die zu testende Batterie 1 über die Leitungen 2 und 3 mit einem Paar Ausgangsklemmen 5 und 6 verbunden, die entweder mit einer Belastung, z.B. dem Antriebsmotor eines elektrischen Kraftwagens oder eines Gabelstaplers, verbunden sind, oder durch die die Batterie 1 wieder aufgeladen werden kann. Die Leitung 3 enthält einen Widerstand 4 mit einem

. - 3 -009822/1602

kleinen ohmschen Wert, an dem eine kleine Spannung abfällt, die dem Lade- oder Entladestrom der Batterie entspricht. Über Leitungen 7 und 8 wird dieses Signal einem Differenzverstärker 9 zugeführt, dessen Ausgang einer Belastung 10 in Form eines Amperestundenzählers vom oben beschriebenen Typ zugeführt wird. Der Differenzverstärker 9 erhält seine Zufuhr aus der Batterie 1, und wie bei Sekundärbatterien kann die Klemmenspannung um + 15# von der Nennspannung der Batterie abweichen; wenn die Nennspannung 24 Volt ist, muß der Differenzverstärker imstande sein, eine lineare Ausgangsspannung zu liefern mit einer Speisespannung, die sich von 20,4 Volt bis 27,6 Volt ändert.

Ein obiger Anforderung entsprechender Differenzverstärker ist in Fig. 2 dargestellt. Die positive Speiseleitung 2 der Batterie ist mit der Klemme A verbunden, während die negative Speiseleitung 3 der Batterie mit der Klemme B verbunden ist. Der Signalwiderstand 4 der Figur 1 ist in Fig. 2 mit R.. angegeben, während die mit der Belastung oder der Ladungszufuhr verbundene negative Klemme 6 mit C angegeben ist.

Der Verstärkerteil der Schaltung wird durch zwei npn-Transistoren Tr₁ und Tr₂ gebildet; wobei die Emitterelektrode des Transistors Tr₁ über einen Widerstand R₂ mit einem ähnlichen, mit der Emitterelektrode des Transistors Tr« verbundenen, Widerstand R- verbunden ist. Die Belastung L ist unmittelbar zwischen den Kollektorelektroden der zwei Transistoren Tr₁ und Tr₂ verbunden. Die Basiselektrode des Transistors Tr₂ ist aus einem Spannungsteiler vorgespannt, der durch Widerstände R. und R₁- und ein Potentiometer V₂₁ gebildet wird, die zwischen einer gesteuerten positiven Speiseleitung D und der negativen Leitung des Kreises geschaltet sind, wobei die Basiselektrode unmittelbar mit dem Schleifkontakt des Potentiometers V₂ verbunden ist. Die Basiselektrode des Trans3 stors Tr₁ ist mit dem Verbindungspunkt zweier Widerstände R₆ uii Rr, verbunden, welche zwei Widerstände zusammen mit

- 4 009822/ 1 602

BAD ORIGINAL

dem Widerstand R₁ in Reihe zwischen der positiven gesteuerten Speiseleitung D und der negativen Leitung des Kreises liegen. Die Kollektorelektrode des Transistors Tr₁ ist mit der Kollektorelektrode eines pnp-Transistors Tr, verbunden, dessen Emitterelektrode über einen Widerstand Rg mit der gesteuerten Speiseleitung verbunden ist, und die Kollektorelektrode des Transistors Tr₂ist auf ähnliche Weise wie der Transistor Tr₁ über einen pnp-Transistor Tr. und einen Emitterwiderstand Rq verbunden.

Die Basiselektroden der Transistoren Tr, und Tr. sind miteinander verbunden und aus dem durch in Reihe zwischen der gesteuerten Speiseleitung und der negativen Leitung des Kreises geschaltete Widerstände R₁Q und R₁₁ gebildeten Spannungsteiler vorgespannt. Der gemeinsame Punkt der Emitterwiderstände R₂ und R^ für die Transistoren Tr₁ und Tr₂ ist mit der Kollektorelektrode eines npn-Transistors Tr^ verbunden, dessen Emitterelektrode unmittelbar mit der negativen Leitung des Kreises verbunden ist. Die Basiselektrode des Transistors Tr₅ ist mit dem Verbindungspunkt dreier Widerstände R₁₂* R₁* und R₁. verbunden, von denen die Widerstände R₁₂ und BL. vom gleichen Wert sind und deren vom gemeinsamen Punkt abgewendete Klemmen mit den Kollektorelektroden der Transistoren Tr₁ und Tr₂ verbunden sind, während die vom gemeinsamen Punkt abgewendete Klemme des Widerstandes 1^ mit der negativen Leitung des Kreises verbunden ist. Die gesteuerte Speiseleitung ist über einen gesteuerten Reihentransietor Tr^ von der Klemme A abgeleitet, dessen Basiselektrode aus einem Spannungsteiler vorgespannt ist, der durch einen Widerstand R₁₅ in Reihe mit einer Zenerdiode Z gebildet wird.

Die Transistoren Tr₁ und Tr₂ wirken wie ein Differenzverstärker, während die Transistoren Tr- und Tr. als Konstan-tstromquellen wirken, und daher arbeiten die Kollektorelektroden der Transistoren Tr₁ und Tr₂ je auf eine hohe Impedanz.

- 5 009822/1602

Der Strom durch jeden Transistor Tr, und Tr. ist fast gleich und wird durch die Emitterwiderstände Rg und Rq bestimmt, die von gleichem Nennwert sind, und durch die Vorspannung für ihre gemeinsamen Basiselektroden aus dem durch die Widerstände R₁₀ und R₁₁ gebildeten Spannungsteiler. Die Emitterkreise der zwei Transistoren Tr₁ und Tr₂ sehen auch die Kollektorelektrode des Transistors Tr^, der auch als Konstantstromquelle wirkt, wobei die Emitterwiderstände R₂ und R, der Transistoren Tr₁ bzw. Tr₂ einen niederohmigen Wert aufweisen und eine geringe Gegenkopplung bilden, die die Streuung in Neigung von einen Differenzverstärkerkreis zum anderen reduzieren. Die zwei Emitterwiderstände liefern auch eine Korrektur für die Empfindlichkeit des Verstärkers. Wenn kein Strom den Widerstand R₁ in einer Richtung durchfließt, wird das Potentiometer Vp₁ eingestellt, um einen Ausgleich für den Differenzverstärker zu geben, derart, daß kein Strom die Belastung L durchfließt. Wenn Strom den Widerstand R₁ in einer Richtung durchfließt, so wird der Spannungsabfall über dem Widerstand sich entweder addieren oder subtrahieren zum vom Basispotential für die Basiselektrode des Transistors Tr₁ und eine Änderung im Ausgleichszustand des Differenzverstärkers herbeiführen, um einen Strom in der einen oder anderen Richtung durch die Belastung fließen zu lassen. Ein kleiner Teil des die. Konstant-Stromtransistoren Tr, und Tr* durchfließenden Stromes durchfließt den von Widerständen R₁₂, R₁, und R₁. gebildeten Kreis, die eine Vorspannung für den weiteren Konstant-Stromtransistor Tr₁- liefern, um den Strom durch diesen Transistor festzulegen. Der Kollektorstrom des Transistors Tr₁- ist gleich der Summe der Emitterströme der Transistoren Tr₁ und Tr₂. Die Kollektorströme der Transistoren Tr, und Tr. sind gleich den gesamten Kollektorströmen der Transistoren Tr₁ und Tr₂ und den Strömen durch die Widerstände R₁₂» R₁-Z und R₁4. Unter normalen Umständen ändern sich die Potentiale an den Kollektorelektroden der Transistoren Tr₁ und Tr₂ in gleicher und entgegengesetzter Weise, und das Potential am Anschlußpunkt der Widerstände R₁₂ und R₁4» das proportional dem Durchschnittswert des

009822/1602 ' ⁶ '

Kollektorpotentials ist, bleibt unverändert. Die Vorspannung für den Transistor Tr,- bleibt konstant und seine Leitfähigkeit ist also unverändert. Wenn aus irgend einem Grunde, z.B. Temperaturänderung, der Durchschnittswert sich ändert, ändert sich die Vorspannung für die Basiselektrode des Transistors Tr^, um dessen Kollektorstrom derart zu ändern, daß die Änderung des Durchschnittswerts der Kollektorpotentiale auf den kleinsten, Wert verringert wird.

In einer praktischen Schaltungsanordnung, die ein maximales Eingangssignal über den Widerstand R₁ von + 5 Ampore lieferte für eine Speiseleitung von 24 Volt + 159t, hatten die Komponenten folgende Werte:

^R1	0,5	Ohm	5	9t
R₂	2,2	Ohm	5	9t
^R3	•2,2	Ohm	5	9t
^R4	12	kOhm	1	*
^R5	1,5	kOhm	1	*
^R6	12	kOhm	1	9t
R₇	1,5	kOhm	1	9t
R₁₂	10	kOhm	5	9t
^R13	390	Ohm	5	i>
^R14	10	kOhm	5	9t
^R15	1,2	kOhm	5
^V21	20	Ohm
	BCY	89
Tr₂	BCY	89
^R8	560	Ohm	5	*
R₉	560	Ohm	5	*
^R1O	2,2	kOhm	5	*
	3,9	kOhm	5
Tr₃	BCY	72
	BCY	72
Tr	BC	108
Z	BZY	94/C	AC

Patentansprüche; 009822/1602 - 7 -

Claims

Patentansprüche :

1.) Differenzverstärker mit einem Transistorpaar, bei dem die Belastung für den Verstärker zwischen den Kollektorelektroden der genannten Transistoren geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektorelektrode jedes Transistors aus einer gesonderten Konstant-Stromquelle gespeist wird, während die Emitterkreise der genannten Transistoren gemeinsam mit einer weiteren Konstant-Stromquelle verbunden sind und außerdem Mittel mit den genannten Kollektorelektroden verbunden sind, aus denen ein Signal abgeleitet wird, das proportional dem Durchschnittswert der Potentiale zwischen den genannten zwei Kollektorelektroden ist zur Steuerung der weiteren Konstant-Stromquelle, um den genannten Durchschnittswert im wesentlichen konstant zu halten.

2.) Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Konstant-Stromquelle einen Transistor aufweist.

3.) System zum Messen der Lebensdauer oder des Ladungszustandes einer Batterie mit einem Verstärker nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkerbelastung ein Anzeigeelement ist.

4.) System nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß das Anzeigeelement ein Amperestundenzähler vom Goulometertyp ist.

5.) System nach Anspruch A, dadurch gekennzeichnet, daß das Element aus einem Glaskapillarrohr besteht, das mit zwei Säulen Quecksilber gefüllt ist, die durch einen wässrigen Elektrolytspalt getrennt sind.

NeU2 Unterlag.. ,· .. : -— ~'\.-.;it.rungaflt».V.4,9.1967J

009822/1602

Leerseite