DE1763788A1

DE1763788A1 - Spannungsbegrenzerschaltung mit gesteigerter Strombelastbarkeit

Info

Publication number: DE1763788A1
Application number: DE19681763788
Authority: DE
Inventors: Vaclav Dipl-Ing Pribyl
Original assignee: Czech Academy of Sciences CAS
Current assignee: Czech Academy of Sciences CAS
Priority date: 1967-08-16
Filing date: 1968-08-08
Publication date: 1971-11-25
Also published as: FR1572905A; CH493885A; AT294252B; NL6808955A; GB1233406A

Description

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PATENTANWALT

27. 11. 1969 Anw.-Akte: 75. 99

PATENTANMELDUNG

Aktenzeichen: P 17 63 788. 6-32

Anmelder: Ceskoslovenskfi fikademie ved., Praha 1

"Spannungsbegrenzerschaltung mit gesteigerter Strombelastbarkeit¹¹

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung eines Spannungsbegrenzers mit gesteigerter Strombelastbarkeit, insbesondere fUr Impulsspannungen mit einem elektronischen Stabilisator des "Reihenschaltungstyps" entsprechender Anordnung«, "Reihenschaltungstyp" eines Spannungsstabilisators bedeutet hierbei einen Stabilisator, in dem ein Regelglied in Reihe mit einer Last angeordnet ist_o Der Rückkopplungspfad des Regelgliedes enthält einen Verstärker der Abweichung der Ausgangsspannung von einer Vergleichsspannung_o

Bekannte Spannungsbegrenzer arbeiten mit einer elektronischen Schaltung, die die Gleichrichtereigenschaften von Dioden anwenden, wobei diese Dioden klassische Vakuum- oder Halbleiter-Dioden sein können. Im allgemeinen besteht ein Spannungsbegrenzer großer Genauigkeit aus einem Arbeitswiderstand und einer mit diesem in Reihe geschal-

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teten Diode,wobei der Wert des Arbeitswiderstandes von höherer Größenordnung als der Widerstand der Diode in der Durchlaßrichtung sein muß. Infolgedessen ist aber die Größe des aus dem Begrenzerausgang entnommenen Stromes begrenzt, wobei der Begrenzerausgang an die gemeinsame Ausfuhrungsleitung der Diode und des Arbeitswiderstandes angeschlossen ist«, Die Eingangsklemme des Begrenzers ist an die zweite Leitung des Widerstandes und die Diodenklemme an die Quelle einer Vergleichsspannung angeschlossen·

Die Polarität der Diode wird entsprechend der Polarität der zu begrenzenden Spannung gewählte Im Falle der Begrenzung einer Spannung mit wechselnder Polarität können zwei Dioden und selbstverständlich auch zwei Quellen einer Vergleichsspannung angewendet werden, wobei diese Quellen verschiedene absolute Spannungswerte nach dem geforderten Begrenzerpegel besitzen können·

Die erwähnte, bisher angewendete prinzipielle Begrenzerschaltung besitzt sowohl Vorteile, als auch Nachteile. Zu den Vorteilen gehört vor allem eine einfache Schaltung und eine daraus folgende Betriebsverläßlichkeit, niedrige Anforderungen an die Instandhaltung und niedrige Herstellungskosten. DengegenUber steht der wesentliche Nachteil des Begrenzers, nämlich seine niedrige Belastbarkeit, die zwar zu einem gewissen MaBe gesteigert werden kann, jedoch nur auf Kosten einer verringerten Genauigkeit des Begrenzerpegels·

Der Erfindung liegt vor allen die Aufgabe zugrunde, die vorerwähnten Nachteile des bekannten Standes der Technik bei Schaltungsanordnungen fUr genaue Spannungebegrenzer zu beseitigen, also eine

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Steigerung der Strombelastbarkeit bei Aufrechterhaltung, bzw_o Vergrößerung der Genauigkeit und Stabilität der begrenzten Ausgangsspannung zu erreichen.

Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß bei einer Spannungsbegrenzerschaltung, insbesondere fUr Impulsspannungen mit gesteigerter Strombelastbarkeit, der aus einem elektronischen Spannungsstabilisator des Reihenschaltungstyps, d₀ h. einem Stabilisator, besteht das Regelglied «it einer Last in Reihe geschaltet ist. In der Ruckkopplung des Regelgliedes befindet sich ein Verstärker der Abweichung der Ausgangsspannung von einer Vergleichsspannung. Der erfihdungsgenäße Spannungsbegrenzer mit gesteigerter Strombelastbarkeit besteht weiterhin aus einer Speisequelleg welche dem Regelglied und der Vergleichsspannung die notwendige Energie liefert und aus einem Verstärker der Abweichung der Ausgangsspannung von der VerJLeichsspannung,, Der Ausgang der Speisequelle ist einerseits an den ersten Eingang des Regelgliedes, andererseits an den Eingang der Quelle der Vergleichsspannung angeschlossene Der zweite Eingang des Regelgliedes ist an den Ausgang des Verstärkers der Abweichung angeschlossene Der Abweichungsverstärker besitzt drei Eingänge, von denen der der erste den eigentlichen Begrenzereingang bildet; der zweite ist an den Ausgang der Quelle der Vergleichsspannung und der dritte an den Ausgang des Regelgliedes angeschlossene Dieser Ausgang bildet gleichzeitig den Ausgang des genauen Spannungsbegrenzers · Die Durchfuhrung der Speisequelle und des Verstärkers der Vergleichsspannung erfordert keine besonderen Maßnahmen und besitzt keine Besonderheiten, da allgemein bekannte Kreise angewendet werden können. Die Schaltung des Regelgliedes ist auch eine allgemein bekannte, aber mit Rück-

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sieht auf die erforderlichen Frequenzeigenschaften, d. h. mit Rücksicht auf die Forderung einer maximalen .Steilheit der Impulsanlaufkanten ist es zweckmäßig, Kreiselemente, insbesondere Halbleiterkreiselemente mit einer garantierten maximalen Grenzfrequenz anzuwenden,, An den Abweichungsverstärker werden einerseits die gleichen Anforderungen, wie an die Kreise des Regelg^iedes gestellt, andererseits, mit Bezug auf seine Eingänge, ist dieser Verstärker derart angeordnet, daß die Üblichen zwei angewendeten Eingänge, nämlich der zweite und dritte Eingang, den gleichen Zwecken dient wie bei der Anwendung eines Abweichungsverstärkers als Bestandteil eines Stabilisators einer Gleichspannungsquelle· Der erste Eingang ist derart gestaltet, daß der laufend verwendete Speiseeingang des Abweichungsverstärkers herausgeführt und als Zuleitung angewendet wird fUr die Spannung, die genau abgegrenzt werden soll«. Mit Vorteil kann innerhalb und außerhalb des Verstärkers der Abweichung eine Kompensation der Einschwingerscheinungen "durchgeführt werden.

Ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschema eines Spannungsbegrenzers mit gesteigerter Strombelastbarkeit und

Fig. 2 ein Ausfuhrungsbeispiel eines Abweichungsverstärkers in

einem Spannungsbegrenzer mit gesteigerter Strombelastbarkeit.

Figur 1 zeigt eine Spannungsquelle 1, ein Regelglied 2, die Quelle einer Vergleichsspannung, einen Abweichungsverstärker 4, den Ausgang 3 der Speisequelle 1, den Speiseeingang 6 des Regelgliedes 2, den Eingang 7 der Quelle der Vergleichsspannung 3, den Steuerein-

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gang 8 des Regelgliedes 2, den Ausgang 9 des AbweichungsverstUrkers 4. Der erste Eingang 10 des Abweichungsverstärkers 4 ist gleichzeitig der Eingang 11 des Spannungsbegrenzers. Der zweite Eingang des Abweichungsverstärkers 4 ist mit 12 und dessen dritter Eingang mit 14 bezeichnet. Es ist der Ausgang 13 der Quelle 3 der Vergleichsspannung, der Ausgang 15 des Regelgliedes 2 ist gleichzeitig auch der Ausgang 16 des Spannungsbegrenzers mit gesteigerter Strombelastbarkeit. Der Ausgang 5 der Speisequelle 1 ist einerseits an den Eingang 6 des Regelgliedes 2, andererseits an den Eingang 7 der Quelle der Vergleichsspannung angeschlossen. Der Eingang 11 des Spannungsbegrenzers mit gesteigerter Strombelastbarkeit ist mit dem ersten Eingang 10 des Abweichungsverstärkers 4 verbunden dessen Ausgang 9 mit dem Steuereingang 8 des Regelgliedes 2 verbunden ist. Der Ausgang 15 dieses Regelgliedes 2 bildet gleichzeitig auch den Ausgang 16 des Spannungsbegrenzers mit gesteigerter Strombelastbarkeit, andererseits ist er mit dem dritten Eingang 14 des Abweichungsverstärkers 4 verbunden, dessen zweiter Eingang 12 an den Ausgang der Quelle 3 der Vergleichsspannung angeschlossen ist*

Fig₀ 2 ist ein Ausführungsbeispiel der Schaltung eines Abweichungsverstärkers 4 gemäß Figur 1, fUr die Anwendung in einem Spannungsbegrenzer mit gesteigerter Strombelastbarkeit. Die Schaltung ist im wesentlichen die gleiche wie die Schaltung des Abweichungsverstärkers, der in stabilisierten Spannungsquellen angewendet wird und aus einem zwischen der Eingangsklemme 10 und der Ausgangsklemme 9 geschalteten Arbeitswiderstand 17 besteht„ Zwischen der Eingangs klemme 9 und dem Kollektor des Transistors 18 des n-p-n-Typs ist eine Diode 19 derart geschaltet, daß die Anode der Diode mit der Auegangsklemme 9 verbunden ist. Der zweite Eingang 12 des Abwei-

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chungsverstärkers ist mit dem Emitter des Transistors 18 und dessen dritter Eingang 14 ist Über den Widerstand 20 mit der ersten äußeren Leitung eines Potentiometers 21 verbunden, dessen Gleitkontakt an die Basis des Transistors 18 angeschlossen ist» Zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors 18 ist eine Diode 22 derart geschaltet, daß ihre Kathode mit der Basis des Transistors 18 verbunden ist_o Der zweite äußere Leiter des Potentiometers 21 ist mit dem ersten Leiter des Widerstandes 23 verbunden, dessen zweiter Leiter Über den Widerstand 24 an einen Rheostat 25 angeschlossen ist„ Ein Leiter des Rheostats 25 ist geerdet. Im Abweichungsverstärker sind die folgenden Korrektionsglieder geschaltet;

Ein Kondensator 26 in Parallelschaltung mit einem Widerstand 17, der zwischen der ersten Eingangsklemme 10 und der Ausgangsklemme 9 angeordnet ist, weiter die Reihenschaltung eines Widerstandes 27 und eines veränderlichen Kondensators 28, die zwischen der ersten Eingangsklemme 10 des Abweichungsverstärkers und der gemeinsamen Leitung der zwischen dem Potentiometer 21 und dem Rheostat 25 geschalteten Widerstände 23 und 24 angeordnet ist» Die dem Eingang 11 des Spannungsverstärkers mit gesteigerter Strombelastbarkeit zugeführte veränderliche Spannung wird Über den Widerstand 17 im Abweichungsverstärker 4 Über dessen Ausgang 9 dem Eingang 8 des Regelgliedes 2 zugeführt, an dessen Ausgang eine Spannung erscheint, die praktisch den gleichen Wert besitzt wie die Spannung am Eingang 11, vorausgesetzt,, daß diese Spannung kleiner ist als der eingestellte Begrenzerpegel, der einerseits durch die Spannung der Quelle 3 der Vergleichsspannung mit positiver Polarität, die an dessen Eingang 13 erscheint, andererseits durch die Werte des Spannungsteilers, der aus Widerständen 20, 23,

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dem Potentiometer 21 und dem Rheostat 25 besteht, bestimmt wird. Der Begrenzerpegel kann grob durch das Potentiometer 21 und fein durch den Rheostat 25 eingestellt werden. Unter der Voraussetzung, daß die dem Eingang 11 des Spannungsbegrenzers mit gesteigerter Strombelastbarkeit zugeführte Spannung größer ist, als der eingestellte Begrenzerpegel, steigt auch die Spannung am Ausgang 15 des Regelgliedes 2 an. Diese Spannung wird jedoch Über den dritten Eingang 14 den Abweichungsverstärker 4 zugeführt. Infolgedessen beginnt der Strom durch den Transistor 18 zu fließen. Dieser Transistor 18 war bisher gesperrt, d. h. kein Strom floß durch ihn. Der durchfließende Strom verursacht einen Spannungsabfall am Widerstand 17 und die Spannung am Ausgang 9 fällt ab_o Deshalb fällt auch die Spannung am Ausgang 15 ab. Durch die beschriebene Kopplung wird also erreicht, daO die Spannung am Ausgang 15 des Regelgliedes 2 den eingestellten Begrenzerpegel nicht Überschreiten kann_o

Die in Figur 2 dargestellten Dioden 19 und 22 schützen den Transistor 18 in der Zeit, in der die Spannung am ersten Eingang 10 des Abweichungsverstärkers 4 kleiner ist als die Spannung im Ausgang 13 der Quelle 3 der Vergleichsspannung, bzw» kleiner ist als der eingestellte Begrenzerpegeio Die erwähnte Beschreibung der Funktion und der neuen Wirkungen beziehen sich auf den Fall, bei welchem der Begrenzer im Bereich eines positiven Begrenzungspegels der Spannung arbeitet.

Soll der Begrenzer im Bereich eines negativen Begrenzungspegels arbeiten, muß man statt eines Transistors 18 des n-p-n-Typs einen Transistor des p-n-p-Typs verwenden und die Polarität der Dioden 19

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und 22 muß umgekehrt werden· Gleichzeitig ist es auch notwendig, die Polarität des Ausganges 5 der Speisespannungsquelle 1 und die Polarität des Ausganges 15 der Quelle 3 der Vergleichsspannung zu ändern. Im Regelglied 2 muß der Transistor des n-p-n-Typs durch einen des p-n-p-Typs ersetzt werden.

Durch die Verbindung von zwei einzelnen Spannungsbegrenzern mit gesteigerter Strombelastbarkeit, von denen einer im Bereich eines positiven Begrenzungspegels und der zweite im Bereich eines negativen Begrenzungspegels arbeitetj derart, daß die Eingänge 11 und Ausgänge 16 miteinander verbunden werden, kann ein Begrenzer gebildet werden, der in einem gewissen Bereich gleichzeitig im positiven und negativen Begrenzungspegel arbeitet.

Die Anwendungsmöglichkeit des erfindungsgemäßen Spannungsbegrenzers ist allseitig. Insbesondere findet er Anwendung im Gebiet der Analog-Rechentechnik und Überall dort, wo eine sehr genaue Spannungsbegrenzung, insbesondere bei Impulsen an einer kleinen Ausgangsimpedanz, z. B. in der Größenordnung von Zehnteln Ohm und sogar weniger erreicht werden soll.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Schaltungsanordnung eines Spannungsbegrenzers, insbesondere für Impulsspannung mit gesteigerter Strombelastbarkeit, bestehend einerseits aus einem elektronischen Stabilisator, in dem ein Regelglied in Reihe mit einer Belastung geschaltet ist, andererseits aus einem Verstärker der Abweichung einer Ausgangsspannung von einer Vergleichsspannung, aus einer Speisequelle und aus einer Quelle einer Vergleichsspannung, wobei der Ausgang der Speisequelle einerseits an den ersten Eingang des Regelgliedes, andererseits an den Eingang der Quelle der Vergleichsspannung angeschlossen ist, während der zweite Eingang des Regelgliedes an den Eingang des Verstärkers der Abweichung der Ausgangsspannung von der Vergleichsspannung, der zweite Eingang des Abweichungsverstärkers an den Ausgang der Quelle der Vergleichsspannung und der dritte Eingang an den Ausgang des Regelgliedes angeschlossen ist, welcher gleichzeitig mit dem Ausgang des Spannungsbegrenzers verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Eingang (1O) des Verstärkers (4) der Abweichung, der durch Abschaltung und Herausführung eines gewöhnlich verwendeten Einganges entsteht, den Eingang (11) eines Spannungsbegrenzers mit gesteigerter Strombelastbarkeit bildet.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb und außerhalb des Verstärkers (4) der Abweichung der Ausgangsspannung von der Vergleichsspannung Impedanzen für die Kompensation von Einschwingerscheinungen geschaltet sind.

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