DE1939652A1

DE1939652A1 - Filter circuit for filtering out an interfering alternating voltage superimposed on a direct current

Info

Publication number: DE1939652A1
Application number: DE19691939652
Authority: DE
Inventors: Lindenmeier Dr-Ing Heinz
Original assignee: Hans Kolbe and Co
Current assignee: Hans Kolbe and Co
Priority date: 1969-08-05
Filing date: 1969-08-05
Publication date: 1971-02-11

Description

Siebschaltung zum Aus siebe einer einem Gleichstrom überlagerten Störwechselspannung Die Erfindung betrifft eine Siebschaltung zum Aussieben einer einem Gleichstrom überlagerten Störwechselspannung, mit einer vorzugsweise reellen Längsimpedanz und mit einem Querimpedanzzweig. Sieve circuit for off sieves superimposed on a direct current Interference alternating voltage The invention relates to a filter circuit for filtering out a interference voltage superimposed on a direct current, with a preferably real one Series impedance and with a transverse impedance branch.

Bei üblichen Siebschaltungen, wie man sie z.B. in Netzgeräten benutzt, verwendet man oft als Längsimpedanz eine Induktivität und als Querimpedanz eine Kapazität. Die gesiebte Gleichspannung wird hierbei an der Kapazität abgegriffen. Induktivität und Kapazität wirken als frequenzabhängiger Spannungsteiler: Für eine Gleichspannung hat die Induktivität nur einen sehr niedrigen Widerstand, die Kapazität dagegen den Widerstandswert unendlich, so daß der volle Wert der Gleichspannung an der Kapazität auftritt. With conventional filter circuits, such as those used in power supplies, one often uses an inductance as the series impedance and one as the shunt impedance Capacity. The filtered direct voltage is tapped at the capacitance. Inductance and capacitance act as a frequency-dependent voltage divider: For one DC voltage, the inductance has only a very low resistance, the capacitance on the other hand, the resistance value is infinite, so that the full value of the direct voltage occurs at the capacity.

Für eine Wechsel spannung dagegen hat die Induktivität einen mit zunehmender Frequenz zunehmenden Widerstand, während der Widerstand der Kapazität mit steigender Frequenz abnimmt. Der an der Kapazität abgegriffene Anteil einer Wechselspannung nimmt also mit steigender Frequenz ab.For an alternating voltage, however, the inductance has an increasing Frequency increases resistance, while the resistance of capacitance increases with increasing Frequency decreases. The portion of an alternating voltage tapped from the capacitance so decreases with increasing frequency.

In der Praxis hat sich nun gezeigt, daß diese bekannten Siebschaltungen zur Stromversorgung von Tranßistorschaltungen deshalb ungeeignet sind, weil die erforderlichen Induktivitäten und Kapazitäten zu groß und zu schwer sind, vor allem im Vergleich mit den Transistors schaltungen selbst, die bekanntlich sehr leicht sind und sehr wenig Raum beanspruchen. Man hat versucht, diesen Nachteil dadurch zu umgehen, daß man als Längsimpedanz keine Induktivität, sondern einen ohmschen Widerstand verwendet. In practice it has now been shown that these known filter circuits for the power supply of transistor circuits are therefore unsuitable because the required Inductors and capacitances are too big and too heavy, especially when compared with the transistor circuits themselves, which are known to be very light and very take up little space. Attempts have been made to circumvent this disadvantage in that no inductance is used as the series impedance, but an ohmic resistance.

Hierdurch ergeben sich jedoch unerwünschte Verluste im Gleichstromkreis. Außerdem ist die Siebung in manchen Fällen nicht mehr ausreichend. Ferner kennt man Spannungsregler mit aktiven Bauelementen, also mit Transistoren, Röhren oder Glimmstreeken. Gewöhnlich wird bei diesen Regelgeräten ein Transistor als regelbarer Längswiderstand verwendet. Dabei besteht jedoch die Gefahr, daß bei einem Kurzschluß aufder Verbraucherseite dieser Längstransistor zerstört wird.However, this results in undesirable losses in the direct current circuit. In addition, in some cases sieving is no longer sufficient. Also knows voltage regulators with active components, i.e. with transistors, tubes or Glimmstreeken. Usually in these control devices a transistor is used as a controllable one Series resistance used. However, there is a risk that in the event of a short circuit on the consumer side this series transistor is destroyed.

Schutzschaltungen hiergegen sind für viele Anwendungsfälle zu aufwendig.Protection circuits against this are too expensive for many applications.

Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, eine einfache Siebschaltung zu schaffen, die vorzugsweise für niedrige Spannungen geeignet ist und gegen Kurzschlüsse an ihrem Ausgang weitgehend unempfindlich ist. It is therefore an object of the invention to provide a simple filter circuit to create, which is preferably suitable for low voltages and against short circuits is largely insensitive at its output.

Erfindungsgemäß wird dies bei einer eingangs genannten Siebschaltung dadurch erreicht, daß im Querimpedanzzweig die Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors angeordnet ist, und daß aiesem Transistor über einen Blindwiderstand, vorzugsweise einen Kondensator, ein von 'der 8törwechselspannung abhängiger Steuerstrom zuführbar ist, so daß diese Störwechselspannung im Betrieb durch eine gegenläufige Widerstandsänderung des Transistors reduziert wird. Bei geeigneter Bemessung läßt sich mit einer solchen, sehr einfach aufgebauten Schaltung eine sehr starke Reduzierung des Störspannungsanteils erreichen. Außerdem beansprucht eine solche Biebschaltung nur etwa 1/10 des Volumens, das eine äquivalente Siebschaltung konventioneller Bauweise, d.h. mit Induktivität und Kapazität, beanspruchen würde. According to the invention, this is done in the case of a filter circuit mentioned at the outset achieved in that the emitter-collector path of a transistor in the shunt impedance branch is arranged, and that aiesem transistor via a reactance, preferably a capacitor, a control current dependent on the interfering alternating voltage can be supplied is, so that this interference AC voltage during operation by an opposing change in resistance of the transistor is reduced. With a suitable dimensioning, it is possible to use such a The very simple circuit results in a very strong reduction in the interference voltage component reach. In addition, such an operating circuit only takes up about 1/10 of the volume, an equivalent filter circuit of conventional construction, i.e. with inductance and capacity.

In weiterer Ausgestaltung der erfindung wird die Siebschaltung mit Vorteil so ausgebildet, daß der Querimpedanzzweig einen Widerstand zur Stabilisierung des Ruhestroms des im Querimpedanzzweig liegenden Transistors aufweist, der mit der Emitter-Kollektor-Strecke dieses Transistors in Reihe geschaltet ist. In a further embodiment of the invention, the filter circuit is with Advantageously designed so that the shunt impedance branch has a resistance for stabilization of the quiescent current of the transistor lying in the shunt impedance branch, which with the emitter-collector path of this transistor is connected in series.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Siebschaltung ist dadurch gekennzeichnet, daß dem im Querimpedanzzweig angeordneten Transistor ein Steuertransistor vorgeschaltet ist, dem seinerseits im Betrieb über einen Blindwiderstand ein von der Störwechsels,pannung abhängiger Steuerstrom zuführbar ist. Bei dieser Schaltungsreise wird die Wirkung der Siebschaltung erheblich verbessert. Dabei werden zweckmäßig der im Querimpedanzzweig angeordnete Transistor und der Steuertransistor als zueinander komplementäre Transistoren ausgebildet, um die richtige Phasenlage des Steuerstroms bezüglich der anliegenden Störwechselspannung zu gewährleisten. A particularly advantageous embodiment of the filter circuit is thereby characterized in that the transistor arranged in the shunt impedance branch is a control transistor is connected upstream, which in turn in operation via a reactance of the disturbance change, voltage-dependent control current can be supplied. In this circuit journey the effect of the filter circuit is considerably improved. Doing so will be expedient the transistor arranged in the shunt impedance branch and the control transistor are mutually exclusive Complementary transistors designed to ensure the correct phasing of the control current with regard to the applied interference AC voltage.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im -folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen. Further details and advantageous developments of the invention result from those described below and shown in the drawing Embodiments.

Es zeigen: Pig.lein erstes lusführungebeispiel einer erfindungegemäßen 8iebschaltung, Fig. 2 ein zweites AusfAhrungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Siebschaltung, be dem ein zusätzlicher 8teuertransistor vorhanden ist, und Fig. 3 eine Siebschaltung, die bei geringeren AneprUchen an die Störfreiheit geeignet ist. They show: Pig. A first example of an embodiment according to the invention 8 filter circuit, FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of a filter circuit according to the invention, in which an additional control transistor is present, and FIG. 3 shows a filter circuit, which is suitable for less interference-free requirements.

Die in Fig. 1 dargestellte Siebschaltung ist zum Anschluß -an eine Gleichstromquelle mit der Spannung s vorgesehen, s.B. an einen Gleichstromdynamo, oder an einen ransiormator--mi-t--nachgeschaltetem Gleichrichter. Der Ton derartigen Stromquellen gelieferte Gleichstrom besteht aus einer Gleichspannung, der eine Störwechselspannung überlagert ist.om positiven Anschluß der Gleichstromquelle führt ein als Längsimpedanz dienender Widerstand 1 zu einem Ausgang, an den im Betrieb ein geeigneter Gleichstromverbraucher, z.B. eine Transistorschaltung anschließbar ist. An diesem Ausgang tritt eine Spannung II, auf, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. Die negativen Anschlüsse von Stromquelle und Verbraucher sind wie dargestellt direkt miteinander verbunden. Der positive Verbraucheranschluß ist über einen Widerstand 2 mit dem Kollektor eines npn-Transistors 3 verbunden, dessen Emitter mit dem negativen Anschluß verbunden ist, während seine Basis über einen als Blindwiderstand dienenden Kondensator 5 mit dem positiven Verbraucheranschluß und über einen zur Einstellung des Arbeitspunkts dienenden Widerstand 4 mit dem Kollektor dieses Transistors verbunden ist. Der Widerstand 2 und die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors 3 bilden zusammen den Querimpedanzzweig der vorliegenden Siebschaltung. Der Widerstand 1 kann z.B. einen Wert von 200 Ohm haben. The filter circuit shown in Fig. 1 is for connection to a DC source with voltage s provided, see B. to a DC dynamo, or to a ransiormator - mi-t - downstream rectifier. The sound such Direct current supplied to current sources consists of a direct voltage, which is an interfering alternating voltage The positive connection of the direct current source leads to a series impedance Serving resistor 1 to an output, to which a suitable direct current consumer during operation, e.g. a transistor circuit can be connected. A voltage appears at this output II, as shown in FIG. The negative connections from power source and consumers are directly connected to one another as shown. The positive one The consumer connection is via a resistor 2 to the collector of an npn transistor 3, the emitter of which is connected to the negative terminal, while its Base via a capacitor 5 serving as a reactance with the positive consumer connection and via a resistor 4, which is used to set the operating point, to the Collector of this transistor is connected. The resistor 2 and the emitter-collector path of the transistor 3 together form the shunt impedance branch of the present filter circuit. Resistor 1 can, for example, have a value of 200 ohms.

Die Schaltung nach Fig. 1 arbeitet wie folgt: Wenn die Eingangsspannung UE eine reine Gleichspannung ist, verhält sich der Transistor 3 wie ein stabiler Widerstand, über den ein bestimmter Ruhestrom abfließt, dessen Größe mit dem Widerstand 4 einstellbar ist. Enthält dagegen die Gleichspannung Us einen Anteil einer Störwechselspannung, so wird diese Störwechselspannung über den Kondensator 5, der ihr nur einen geringen Durchgangswiderstand entgegensetzt, unmittelbar auf die Basis des Transistors 3 übertragen und steuert diesen so, daß die Störwechselapannung einen scheinbar kleinen Widerstand vorfindet, über den sie praktisch kurzgeschlossen wird. The circuit of Fig. 1 operates as follows: When the input voltage UE is a pure DC voltage, the transistor 3 behaves like a stable one Resistance through which a certain quiescent current flows, its magnitude with the resistance 4 is adjustable. If, on the other hand, the direct voltage Us contains a component of an interfering alternating voltage, so this interfering alternating voltage across the capacitor 5, which is only a small one Opposed volume resistance, directly to the base of transistor 3 transmit and control this in such a way that the interference voltage is apparently small Finds resistance, through which it is practically short-circuited.

Bei der Schaltung nach Fig. 2 wird ebenfalls als Längsimpedanz ein Widerstand 1 verwendet,, an den auf der Verbraucherseite direkt der Kollektor eines npn-ransistors 6 angeschlossen ist, dessen Emitter direkt mit dem negativen Anschluß verbunden ist, während seine Basis direkt mit dem Kollektor eines pnp-Transistors 7, und über einen Widerstand 8 mit dem negativen -Anschluß verbunden ist. Der Emitter des Transistors 7 ist mit dem positiven Verbraucheranschluß verbunden, während seine Basis über die Parallelschaltung eines als Blindwiderstand dienenden Kondensators 9 und eines Widerstands 10 mit dem negativen Anschluß verbunden ist. Der Widerstand 8 dient in bekannter Weise zur EinstelIung des Arbeitspunkts des Transistors 6, und der Widerstand -10 zur Einstellung des Arbeitspunkts des Transistors 7. In the circuit according to FIG. 2, a series impedance is also used Resistor 1 is used, connected to the collector of one on the consumer side npn transistor 6 is connected, the emitter of which is connected directly to the negative terminal while its base is connected directly to the Collector one pnp transistor 7, and connected via a resistor 8 to the negative terminal is. The emitter of transistor 7 is connected to the positive consumer connection, while its base is connected in parallel with one serving as a reactance Capacitor 9 and a resistor 10 is connected to the negative terminal. The resistor 8 is used in a known manner to set the operating point of the Transistor 6, and the resistor -10 for setting the operating point of the transistor 7th

Die Schaltung nach Fig. 2 arbeitet im Prinzip gleich wie diejenige nach Fig.'1: Wenn die Gleichspannung i am Eingang der Siebschaltung keinen Störspannungsanteil enthält, wirken die beiden Transistoren 6 und 7 als konstante Widerstände, über die ein bestimmter konstanter Ruhestrom fließt. The circuit according to FIG. 2 works in principle in the same way as that According to Fig. 1: If the direct voltage i at the input of the filter circuit has no interference voltage component contains, the two transistors 6 and 7 act as constant resistors, over which flows a certain constant quiescent current.

Tritt dagegen am Eingang ein positiver Störimpuls auf, so wird dieser über den Kondensator 9 auf die Basis des Transistors 7 übertragen und macht diesen stärker leitend, so daß auch der Transistor 6 einen stärkeren Basisstrom erhält und sein Widerstandswert abnimmt. Hierdurch wird die Wirkung dieses Störimpulses weitgehend aufgehoben. Bei einem bestimmten Ausführungsbeispiel änderte sich beispielsweise der Gleichstromwiderstand des Transistors 6 bei einer Änderung der Betriebsspannung von 9 V auf 14 V von 2800 Ohm auf 1370 Ohm. Hierdurch ergibt sich eine Spannungsteilung von 1 t 1,08 auf 1 : 1,16 für die angelegte Gleichspannung.If, on the other hand, a positive interference pulse occurs at the input, it will be transferred via the capacitor 9 to the base of the transistor 7 and makes this more conductive, so that the transistor 6 also receives a stronger base current and its resistance value decreases. This will reduce the effect of this glitch largely repealed. For example, in a particular embodiment, changed the direct current resistance of the transistor 6 with a change in the operating voltage from 9 V to 14 V from 2800 ohms to 1370 ohms. This results in a voltage division from 1 t 1.08 to 1: 1.16 for the applied DC voltage.

Für die Störimpulse dagegen ändert sich der Querwiderstand, also der dynamische Widerstand des Transistors'6, im gleichen Spannungsbereich von 15 Ohm auf 0,2 Ohm, d.h. wenn der Längswiderstand 1 einen Wert von 200 Ohm aufweist, ergibt sich eine Spannungsteilung von 1 : 14 bis 1 : 1000 für die Störwechselspannung. Hieraus ersieht man, daß mit der Schaltung nach Fig. 2 eine sehr starke Reduzierung des Störwechselspannungsanteils möglich ist.For the interference pulses, however, the transverse resistance changes, i.e. the dynamic resistance of transistor'6, in the same voltage range of 15 ohms to 0.2 Ohm, i.e. if the series resistance 1 has a value of 200 Ohm a voltage division of 1: 14 to 1: 1000 for the interfering alternating voltage. From this it can be seen that with the circuit according to FIG. 2 a very strong reduction of the interference AC voltage component is possible.

Bei der Schaltung nach Fig. ist an die Verbraucherseite des Längswiderstands 1 ebenfalls der Kollektor eines npn-Transistors 11 angeschlossen, dessen Emitter mit dem negativen Anschluß verbunden ist, während seine Basis über die'Parallelschaltung eines Kondensators 12 und eines Widerstands 13 an den positiven Verbraucheranschluß angeschlossen ist. Auch hier wirkt im Betrieb die Störwechselspannung über den Kondensator 12 direkt auf die Steuerelektrode des Transistors 11 und verändert dadurch dessen Widerstand, so daß sich eine entsprechende Reduzierung des Störwechselspannungs-Anteils ergibt. Die Schaltung nach Fig. 3 eignet sich besonders für Fälle, wo relativ geringe Ansprüche gestellt werden, z.B. für Fälle, wo der Funkstörgrad S nach VDE 0875 § 4a als ausreichend anerkannt wird und der Gleichspannwigsmittelwert UB der Quelle während des Betriebs sich nicht stark ändert. In the circuit according to Fig. Is on the consumer side of the series resistance 1 also connected to the collector of an npn transistor 11, the emitter of which with the negative terminal is connected while its base is over The parallel connection of a capacitor 12 and a resistor 13 to the positive Consumer connection is connected. Here, too, the interfering alternating voltage acts during operation via the capacitor 12 directly to the control electrode of the transistor 11 and changed thereby its resistance, so that there is a corresponding reduction in the parasitic AC voltage component results. The circuit of Fig. 3 is particularly suitable for cases where relatively low Claims are made, e.g. for cases where the radio interference level S according to VDE 0875 § 4a is recognized as sufficient and the DC mean value UB of the source does not change much during operation.

Claims

1. Filter circuit for jus-sieving a direct current superimposed Interference alternating voltage, with a preferably real series impedance and with a Transverse impedance branch, characterized in that in the transverse impedance branch (2, 3; 6; 11) the Emitter-collector path of a transistor (3; 6; 11) is arranged, and that this Transistor via a reactance, preferably a capacitor (5g9g12), a control current dependent on the interfering AC voltage can be supplied, so that this Interference alternating voltage during operation due to an opposing change in resistance of the transistor is reduced.

2. Filter circuit according to claim 1, characterized in that the Transverse impedance branch a resistor (2) to stabilize the quiescent current in the transverse impedance branch lying transistor (6), which with the emitter-collector-8trecke this Transistor (6) is connected in series.

3. Screen circuit according to claim 1 or 2, characterized in that that the transistor (6) arranged in the shunt impedance branch has a control transistor (7) is connected upstream, which in turn in operation via a reactance (9) from the disturbance change, voltage dependent control current can be supplied.

4. filter circuit according to claim 3, characterized in that the in the shunt impedance branch arranged transistor (6) and the control transistor (7) as mutually complementary transistors are formed.