DE2000697A1

DE2000697A1 - Circuit arrangement for obtaining a constant reference voltage from a fluctuating DC voltage

Info

Publication number: DE2000697A1
Application number: DE19702000697
Authority: DE
Inventors: Hans-Joerg Kanzian
Original assignee: Goerz Electro GmbH
Current assignee: ABB Goerz AG
Priority date: 1969-01-09
Filing date: 1970-01-08
Publication date: 1970-07-23
Also published as: AT285747B

Description

Schaltungsanordnung zur Gewinnung einer konstanten Referenzspannung aus einer schwankenden Gleichspannung Bekannte Referenzspannungsschaltungen weisen vielfach einen relativ großen Eigenbedarf auf, da einerseits die Speise spannung wesentlich größer als die stabilisierte Ausgangsspannung, anderseits auch der Strom durch das Referenzelement oft wesentlich größer als der benötigte Verbraucherstrom sein muß. Der sich derart ergebende geringe Wirkungsgrad ist ein Nachteil, der ihre Anwendung einschränkt. Circuit arrangement for obtaining a constant reference voltage From a fluctuating DC voltage, known reference voltage circuits have often a relatively large personal requirement, because on the one hand the supply voltage much larger than the stabilized output voltage, on the other hand also the current the reference element often means that it is much greater than the required consumer current have to be. The resulting low efficiency is a disadvantage of theirs Application restricted.

Die Erfindung vermeidet diese Nachteile und schafft außerdem eine Schaltung, die eine von der Umge bungstemperatur sehr unabhängige Ausgangsspannung erzeugt. The invention avoids these disadvantages and also provides one Circuit that has an output voltage that is very independent of the ambient temperature generated.

Sie bedient sich hierbei in an sich bekannter Weise einer Zenerdiode, die jedoch einen großen dynamischen Zenerwiderstand besitzen kann, ras bedeutet, daß der Zenerstrom sehr klein gehalten werden kann. Hierdurch wird das Verhältnis von Speise strom zu Ausgangsstrom der schaltung sehr klein.It uses a Zener diode in a manner known per se, which, however, can have a large dynamic Zener resistance, ras means that the Zener current can be kept very small. This creates the relationship from supply current to output current of the circuit is very small.

Die Anordnung hat iilfolgedessen einen sehr hohen Wirkungsgrad und läßt sich besonders in batteriegespeisten Geräten mit Vorteil verwenden.The arrangement consequently has a very high degree of efficiency and can be used with advantage especially in battery-powered devices.

Die Erfindung betrifft demgemäß eine Schaltungsanordnung zur Gewinnung einer konstanten Referenzspannung aus einer schwankenden Gleichspannung, wobei in Serie zum Laststromkreis die Emitter-oliektorstrecke eines ersten Transistors und ein Widerstand liegen, dessen Spannungsabfall zur Steuerung dieses ersten Transistors mit Hilfe eines zweiten Transistors entgegengesetzten Leitungstypes dient, und wobei die Ausgangsspannung an einer mit dem ersten Transistor in Serie liegenden Zenerdiode abgreifbar ist und zeichnet sich dadurch aus, daß ein dritter Transistor, gleichen Leitungstypes wie der erste Transistor, mit seiner Emitter-Kollektorstrecke in Serie zu je einem Emitter-bzw. rollektorwiderstand an die Eingangaklemmen der Schaltung angeschlossen ist und dai3 seine Basis mit dem Emitter des ersten Transistors und sein Kollektor mit dem Emitter des zweiten Transistors verbunden ist. The invention accordingly relates to a circuit arrangement for extraction a constant reference voltage from a fluctuating DC voltage, where in Series to the load circuit the emitter-oliektorverbinders a first transistor and a resistor, the voltage drop of which is used to control this first transistor is used with the help of a second transistor of the opposite conductivity type, and wherein the output voltage is at a series with the first transistor Zener diode can be tapped and is characterized by the fact that a third transistor, same conductivity type as the first transistor, with its emitter-collector path in series with one emitter or. resistor to the input terminals of the Circuit is connected and dai3 its base to the emitter of the first transistor and its collector is connected to the emitter of the second transistor.

Weitere Einzelheiten der erfindung werden an Hand der Zeichnung erläutert, die in Fig. 1 die Orundsätzliche Schaltung und in Fig. 2 eine Variante derselben zur Kompensation eines gegebenen Temperaturkoeffizienten der Zenerdiode zeigt. Further details of the invention are explained using the drawing, the basic circuit in Fig. 1 and a variant of the same in Fig. 2 to compensate for a given temperature coefficient of the Zener diode.

In den beiden Figuren haben die Positionszeichen folgende Bedeutung: A und B sind die Eingangsklemmen, an welche die Speise-Gleichspannung anzuschließen ist. In the two figures, the position symbols have the following meaning: A and B are the input terminals to which the DC supply voltage is to be connected is.

C und D sind die Ausgangsklemmen, an denen die erzeute konstante Referenzsp.annung auftritt. T1 ist ein im Laststromkreis liegender Transistor (Serientransistor), der mit seinem Emitterwiderstand RE1 und gegebenenfalls einem Kollektorwiderstand Rci (Fig. 2) sowie einer Zenerdiode Z in Serie an die Eingangsspannung angeschlossen ist. Parallel zur Emitter-Kollektorstrecke des Transistors T1 liegt ein ohmscher Widerstand RStb der nur zwri starten der Schaltung erforderlich ist. Des weiteren liegt an den Kleben A und 3 die Serienschaltung der Emitter-Kollektorstrecke eines Transistors T3 init dessen Emitterwiderstand Rz3 unu einem Widerstand RE2. Am Verbindungsounkt des @ollektors des Transistors T3 und des Widsrstandes R2 ist der Emitter des Transistors T2 angeschlossen. Dieser Transistor ist vom entgegengesetzten Leitungstyp wie die beiden anderen Transistoren, hier also ein npn Transistor. Sein Kollektor ist mit der Basis des Transistors T1 und einem gollektorwiderstand RC2 verbunden. Mit USp ist die Eingangs-Speise spannung (Gleichspannung) bezeichnet und mit JSP der Speise strom der ganzen Anordnung, der über die Klemmen A, B fließt. JC1 bezeichnet den Kollektorstrom des Transistors T1 und JZ den Zenerstrom über die Zenerdiode Z. UA ist die Ausgangsspannung oder Referenzspannung.C and D are the output terminals at which the constant reference voltage is generated occurs. T1 is a transistor in the load circuit (series transistor), the one with its emitter resistor RE1 and possibly a collector resistor Rci (Fig. 2) and a Zener diode Z connected in series to the input voltage is. An ohmic one is parallel to the emitter-collector path of the transistor T1 Resistor RStb which is only required to start the circuit. Further the series connection of the emitter-collector path is due to the adhesive strips A and 3 Transistor T3 with its emitter resistor Rz3 and a resistor RE2. At the connection point the collector of the transistor T3 and the resistor R2 is the emitter of the transistor T2 connected. This transistor is of the opposite conductivity type to that two other transistors, here an npn transistor. His collector is connected to the base of transistor T1 and a collector resistor RC2. With USp is the input supply voltage (DC voltage) and JSP denotes the Feed current of the whole arrangement, which flows through the terminals A, B. JC1 called the collector current of the transistor T1 and JZ the zener current through the zener diode Z. UA is the output voltage or reference voltage.

ist der Laststrom und RL die Last, die an den Klemmen C, D liegt. In den Figuren sind weiters noch die Basis Emitter- und Kollektorspannungen jeweils mittels eines Pfeiles angedeutet. is the load current and RL is the load that is applied to terminals C, D. The figures also show the base emitter and collector voltages indicated by an arrow.

Die beschriebene Schaltung (Fig. 1) wirkt in folgenaer Weise: Der Serientransistor T1 wird über die Transistoren T2 und T3 durch eine Fehlerspannung angesteuert, die der Zenerstrom als Spannungsabfall am Widerstand RE1 verursacht, wodurch der Strom über den Widerstand REl und damit auch über die Zenerdiode Z konstant gehalten wird, solange die Belastung RL konstant bleibt. The circuit described (Fig. 1) works in the following way: The Series transistor T1 is triggered by an error voltage via transistors T2 and T3 triggered by the Zener current as a voltage drop across resistor RE1, whereby the current through the resistor REl and thus also through the Zener diode Z is constant is held as long as the load RL remains constant.

Dadurch wird eine konstante Zenerspannung, die zugleich die Ausgangsspannung ist, gewonnen. Diese Aus½angsspannung wird zur Einstellung üer Gleichstromarbeitspunkte aller Transistoren benutzt. Bei entsprecnender Dimensionierung der Widerstände RE3, RE2 und RC2 wird der Kollektorstrom des Transistors T1 unabhängig von Schwank@ngen der Umgebungstemperatur. Die Abgleichbedingun en für lautet mit guter Annäherung Es zeigt sich, daß der Spannungsabfall an RE3 nur sehr klein sein muß (ca. 0,5 V) wodurch sich die mindestens benötigte Speisespannung USp mit USpmin = UA + URE3 + UBE3 + UBE1 ergibt.As a result, a constant Zener voltage, which is also the output voltage, is obtained. This output voltage is used to set the DC operating points of all transistors. If the resistors RE3, RE2 and RC2 are dimensioned accordingly, the collector current of the transistor T1 is independent of fluctuations in the ambient temperature. The comparison conditions for reads to a good approximation It turns out that the voltage drop across RE3 only has to be very small (approx. 0.5 V), which results in the minimum required supply voltage USp with USpmin = UA + URE3 + UBE3 + UBE1.

Bei Verwendung handelsüblicher Transistoren ergibt sich in der Praxis, daß die minimalste Speisespannung nur um ca. 1,8 Volt größer sein muß als die stabilisierte Ausgangsspannung. When using commercially available transistors, in practice it results that the minimum supply voltage only has to be about 1.8 volts higher than the stabilized one Output voltage.

Der Widerstand RSt ist nur zum Starten der Schaltung nötig und beeinflußt die Stabilisierungseigenschaften sehr wenig, da der Strom IRSt auch durch den Widerstand RE1 fließt, an dem der Spannungsabfall gehalten wird. The resistor RSt is only necessary and influenced to start the circuit the stabilization properties very little, since the current IRSt also passes through the resistor RE1 flows, at which the voltage drop is held.

Die Fig. 2 zeigt eine Schaltung, welohe es erlaubt einen etwa vorhandenen Temperaturkoeffizienten der Zenerdiode zu kompensieren. Hierzu bedarf es einer entsprechenden Auslegung der Widerstände RE3 RE2 und R¢2 und des zusätzlichen Widerstandes RC1, welcher die schaltung von dem Einfluß des Innenwiderstandes der Zenerdiode Z unabhängig macht. Die Widerstandswerte müssen ftir diesen Fall der folgenden Gleichung genügen: FIG. 2 shows a circuit which allows any temperature coefficient of the Zener diode that may be present to be compensated. This requires an appropriate design of the resistors RE3, RE2 and R ¢ 2 and the additional resistor RC1, which makes the circuit of the influence of the internal resistance of the Zener diode Z independent. In this case, the resistance values must satisfy the following equation:

Claims

Claims: 1. Circuit arrangement for obtaining a constant Reference voltage from a fluctuating DC voltage, in series with the load circuit the emitter-collector streoke of a first transistor and a resistor are located, its voltage drop to control this first transistorf with the help of a second Transistor of opposite conductivity type is used, and where the output voltage can be tapped at a Zener diode connected in series with the first transistor, characterized in that a third transistor (T3) of the same conductivity type as the first transistor, with its emitter-collector section in series with one emitter each or collector resistor connected to the input terminals of the circuit arrangement is and that its base to the emitter of the first transistor (T1) and its collector is connected to the emitter of the second transistor (22).

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the emitter resistances of the second and third transistor and the collector resistance of the second transistor are dimensioned so that the temperature response of the circuit practically becomes zero.

3. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the temperature coefficient of the zener diode by means of an additional one in series with the zener diode (Z) switched resistor RC1 and corresponding dimensioning of the resistors RE3, 2 and R02 is compensated.

L e r s e i t e