DE2014351A1

DE2014351A1 - Schaltungsanordnung zur Regelung eines Stromes

Info

Publication number: DE2014351A1
Application number: DE19702014351
Authority: DE
Inventors: Wolfgang 6430 Bad Hersfeld. M Kraft
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1970-03-25
Filing date: 1970-03-25
Publication date: 1971-11-11
Also published as: BE764531A; FR2085030A5; LU62832A1; AT305434B; GB1349275A; CH520446A; NL7103807A; US3702946A

Description

ET-Dr. Wi/cb ο Π 1 / Q C 19. Mär« 1970 201 4 3b Ί

V 151

Firma ZUSE KG
Bad Herefeld

SCHALTUNGSANORDNUNG ZUR REGELUNG ψ' EINES STROMES

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Regelung der Amplitude von Stromimpulsen in einer Serienkombination, bestehend aus einem Lastwiderstand, einer Emitterkollektorstrecke eines ersten Transistors, aus einem ohmschen Widerstand und aus einer Betriebsspannungsquelle.

Bei einer bekannten Schaltungsanordnung der oben genannten Gattung wird der Strom durch den Lastwiderstand mittel· eine· Transistors und eines Transformators geschaltet, über eine Wicklung dieses Transformators werden Steuerimpulse zugeführt und eine zweite Wicklung dieses Transformators ist einerseits an die Basis und andererseits an den Emitter eine· Transistors angeschlossen. Bei dieser bekannten Schaltungsanordnung

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iat der ohm»ehe Wideratand im Laststromkreie wesentlich größer als der Laatwideratand, ao daB der Strom fast nur durch den ohmachen Widerstand beeinflußt wird und nicht durch den Laetwideretand. Da hinsichtlich de· ohmachen Widerstände β mit relativ geringen Toleransen von + 1 % gerechnet werden kann, iat ea möglich, die Amplitude der Stromimpulae im Laatatromkreia weitgehend konstant zu halten, ohne daß eine besondere Regeleinrichtung erforderlich wäre. Dies besonders dann, wenn keine temperaturbedingten Änderungen im Laststromkreis berücksichtigt werden müssen.

Diese bekannte Schaltungsanordnung hat jedoch den Nachteil, daß im Laststromkreia eine relativ große Leiatung verbraucht wird, weil bei vorgegebenem Strom wegen de· großen ohmschen Wideretande· eine relativ hohe Spannung erforderlich ist. Weitere Schwierigkeiten sind dann zu erwarten, wenn mit temperaturbedingten Änderungen einzelner Schaltungaparameter su rechnen ist.

Die Erfindung besweckt eine Schaltungsanordnung anzugeben sur . Amplitudenregelung von Stromimpulaen in einem Laststromkreis, =R

die eineraeits eine relativ geringe Leistung verbraucht und die andererseits toleranzbedingte und temperaturbedingte Änderungen von Schaltungsparametern weitgehend ausregelt. Insbesondere bezweckt die Erfindung ein« Schaltungsanordnung ansugeben, die sich für einen relativ weiten Temperaturbereich von beispielsweise - 55°C bis + 125°C eignet.

Erfindungsgemtß iat bei einer Schaltungsanordnung der eingang·

genannten Gattung der Betrag des ohmschen Widerstandes kleiner

1098Λ6/0607 . ₃ .

al· der Betrag de· Lastwideretande·. An einem der beiden Pole der Betrieb· spannung und an einem Schaltung spunkt liegt eine Referenzspannung an. Außerdem ist die Basis des ersten Transistors einerseits an den Sc haltung spunkt angeschlossen, an dem die Referenzspannung anliegt und andererseits ist die Basis über eine steuerbare Schalterstrecke an einen Schaltung« punkt konstanten Potentials angeschlossen. In vielen Fällen ist es zweckmäßig, den Betrag des ohmschen Widerstandes im Verhältnis 1 : 2 bis 1 : 5 kleiner au bemessen als der Betrag des Lastwiderstandes.

Die erfindungsgemäfle Schaltung zeichnet sich durch geringen Leistungsverbrauch aus, weil der Betrag des ohmschen Widerstandes klein im Vergleich sum Betrag de· Lastwider Standes ist und bei vorgegebenem Strom eine relativ kleine Betriebsspannung erforderlich ist. Die verbrauchte Leistung, die sich als Produkt des Strome· und der Betriebsspannung darstellt, ist somit ebenfalls klein. AuSerdem hat die erfindungsgem&Se Schaltung den Vorteil, da β si« toleranabedingte Änderungen des Stromes durch den Lastwideretand ausregelt. SchlieUlich ist die erfindungsgemftfle Schaltung mit geringem technischen Aufwand realisierbar, weil der erste Transistor eine Doppelfunktion ausübt, in dem er eineraeit· den Strom durch den La etwider stand achaltet und andererseits «int steuerbare Änderung der am ohmschen Widerstand .anliegenden Spannung ermöglicht, wodurch eine Regelung de· Strome· durchführbar ist.

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Ee ist zweckmäßig, als steuerbare Schaltetrecke die Emitter-Kollektorstrecke eines zweiten Transistors vorzusehen. Auf diese Weise wird über die Basis des ersten Transistors der Strom im Lastatromkreis geschaltet.

Es ist außerdem zweckmäßig, die Basis des ersten Transistors über eine Diode an den Schaltungspunkt anzuschließen, an dem die Referenzspannung anliegt. Diese Diode soll in Durchlaßrichtung betrieben werden. Die an diese Diode anliegende Spannung (Restepannung) soll einen angenähert gleichen Temperaturgang wie die Bas is emitter spannung des ™

ersten Transistors aufweisen. Auf diese Weise werden temperaturbedingte. Änderungen der Spannung am Emitter des ersten Transistors weitgehend vermieden. Insbesondere kann als Diode ein dritter Transistor vorgesehen sein, dessen Kollektor und dessen Basis an die Basis des ersten Transistors und dessen Emitter an den Schaltungepunkt angeschlossen ist, an den die Referenzspannung anliegt.

Wenn eine Honetante Referenzspannung anliegt, dann bleibt die Amplitude ^j

der Stromimpulse weitgehend konstant. Mittels einer von einer Größe abhängigen Referenzspannung können Stromimpulse erzeugt werden, deren Amplitude ebenfalls von dieser Größe abhängig ist. Insbesondere ' können mittels einer temperätürabhängigen Referenzspannung Stromimpulse, erzeugt werden, deren Amplitude von der Temperatur abhängig ist. Eine derartige temperaturabhängige Referenzspannung kann mittels einer weiteren Diode gewönnen werden, die einerseits an einen Pol der Betriebsspannung und andererseits an den Schaltungspunkt angeschlossen ist, an demdie Referenzspannung anliegt.

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Bei einem bevorzugten Aueführungebeispiel der Erfindung sind als Lastwiderstände Leitungen eines Matrixspeicher a, beispielsweise Inhibitleitungen vorgesehen, durch die Stromimpulse geleitet werden, deren Amplitude von der Temperatur abhängig ist. Die erfindungsgemäfle Schaltungsanordnung ermöglicht somit die Anschaltung . (zeitlich nacheinander) mehrerer Lastwiderstände, deren Beträge nicht genau abgleichbar sind.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand ^^ der Figuren 1 bis 4 beschrieben, wobei in mehreren Figuren dargestellte gleiche Bauteile und Signale mit gleichen Bezugs zeichen dargestellt sind. Es zeigen:

Fig. 1 ein Aueführungebeispiel der Erfindung, bei dem

die Referenzspannung unabhängig von der Betriebsspannung ist,

Fig. 2 ein Aueführungsbeispiel, bei dem die Referenzspannung

^ mittels einer Diode in Abhängigkeit von der Betriebs

spannung gewonnen wird,

Fig. 3 und 4 Diagramme, anhand derer die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung nach Figur Z erläutert wird.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 besteht aus den Transistoren 1 und 2, aus den ohmschen Widerstanden 4 (56 ohm) und 10 (1,2 ohm), aus dem Lastwiderstand 5 (5,1 ohm) und aus der Diode 6. An Klemme 7 und an Masse sind die Pole einer Betriebsspannung (5 Volt) angeschlossen. Der Betrag de· Widerstandes 10 ist somit wesentlich

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kleiner als der Betrag de· Lastwider Standes 5.

Es wird vorausgesetzt, dall die an Klemme 7 und an Masse anliegende Betriebsspannung mit einer Toleranz von + 2 % konstant bleibt. Aufgrund von fertigungsbedingten und alterungsbedingten Gründen sind die Beträge des ohmschen Widerstandes 10, des Wideretandes der Emitterkollektor strecke des Transistors 1 und des La stwider Standes 5 nur innerhalb gewisser Toleransen realisierbar. Für den ohmschen Widerstand 10 beträgt diese Toleranz + 1 %. Für die Emitterkollektorstrecke des Transistors 1 wird eine Toleranz von + 25 % und für den g|

Lastwiderstand 5.wird eine Toleranz von + 7 % vorausgesetzt. Außerdem wird angenommen, daß bei Änderungen der Temperatur im Bereich von - 50 C bis + 125 C Änderungen des ohmschen Widerstandes 10 um+ 1 %, Änderungen des Widerstandes der Emitterköllektor strecke des Transistors 1 um + 10 % und des Lastwiderstandes 5 um H- 5 % auftreten.

Die in Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung bezweckt die Amplitude

der Stromimpulse i in bestimmter Weise zu regeln. Trotz der voraus- φ

gesetzten toleranzbedingten und texnperaturbedingten Änderungen soll diese Regelung mttglichst genau erfolgen (zulässiger Fehler + 1 %).

Beispielsweise kann die Forderung bestehen, die Stromimpulse i

unabhängig von der Temperatur konstant zu halten. Es kann aber auch gefordert werden, die Amplitude dieser Stromimpulse i in Abhängigkeit von der Temperatur oder in Abhängigkeit von einer anderen Grüße in

bestimmter Weise zu regeln* r

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Wenn über die Klemme 9 an die Basis des Traneistore 2 positive Impulse zugeführt werden, dann wird die Emitterkollektoratrecke des Traneistors 2 leitend, so daß über den Widerstand 4, über die Diode 6 und über die Basis des Transistors 1 ein Strom fließt. Damit wird die Emitterkollektorstrecke des Transistors 1 leitend und es entstehen Stromimpulee i im Laststromkreis. Die Amplitude dieser Stromimpulse i ist abhängig von der Referenzspannung, die zwischen Klemme 7 und dem Schaltungspunkt 8 anliegt. Wenn sich diese Referenzspannung ändert, dann ändert sich die Basisspannung am Transistor 1, ~ die E mitter spannung am Transistor 1 und der Spannungsabfall am ohmschen Widerstand 10. Aufgrund dieser Spannung β änderung am ohmschen Widerstand 10 wird die Amplitude der Stromimpulse i geregelt.

Falls Stromimpulse i erzeugt werden sollen, deren Amplitude unabhängig von der Temperatur konstant bleiben sollen, dann wird eine konstante Referenzspannung an Klemme 7 und den Schaltung β punkt β angelegt.

Die temperaturbedingten und toleranzbedingten Änderungen des Lastwiderstandes 5 und der Emitterkollektorstrecke des Transistors 1 werden durch Änderung der Spannung am ohmschen Widerstand auegeregelt. Wenn beispielsweise der Betrag des Lastwiderstandes 5 kleiner wird, dann wird die Kollektor spannung am Transistor 1 größer und bei konstanter E mitter spannung wird die Kollektoremitter spannung größer, so daß die Amplitude der Stromimpulse i konstant bleibt. Temperaturbedingte Änderungen der Bas is emitter spannung am Tran-

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- B - ■■■..-.■.

eietor 1 werden mittels der Diode 6 ausgeregelt. Diese Diode 6 wird in Durchlaßrichtung betrieben. Der Temperaturgang der Spannung (Restspannung) an dieser Diode 6 ist gleich dem Temperaturgang der Basisemitterspannung des Transistors Wenn somit die Restepannung an die Diode 6 größer wird, so erhöht sich auch die Basieemitterapannung am Transistor 1, so daß auf diese Weise temperattti'bedingte Änderungen der Emitterapannung dee Transistors 1 auegeregelt werden.

Falls Stromimpulse erzeugt werden sollen, deren Amplitude unabhängig von der Temperatur, aber von einer anderen Größe abhängig sein sollen, dann wird eine Referenzspannung angelegt, die sich mit dieser Größe ändert. Temperaturänderungen spielen dabei keine Rolle, weil diese wie bereite erwähnt, durch Änderung des Spannungsabfalls am ohmechen Widerstand 10 auegeregelt werden.

Falls Stromimpulse i erzeugt werden sollen, deren Amplitude sich in Abhängigkeit von der Temperatur andern seil, dann wird eine Referenzspannung angelegt« die sich in Abhängigkeit von der Temperatur ändert.

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Die Schaltungeanordnung nach Fig. 2 dient zur temperaturabhängigen Regelung der Amplitude der Stromimpulse i. Et wird ■omit eine Referenzspannung benötigt, die ebenfalls von der Temperatur abhängig ist. Diese Referenzspannung wird mittel· der Diode 12 gewonnen, die einerseits an Klemme 7 und andererseits an den Schaltungspunkt 8 angeschlossen ist. Auf diese Weise werden gleichseitig die Schwankungen der Betriebsspannung von ;+ 2 % unwirksam gemacht.

In der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 ist die Diode 6 ersetzt durch den Transistor 3, weil sich der Temperaturgang der Basisemitterspannungen der beiden Transistoren 1 und 3 besser angleichen läßt als der Temperaturgang der Diodenreatspannung (an der Diode 6) und der Basisemitterspannung des Transistor· 1. Es ist zweckmäßig, als Transistoren 1 und 3 Transistoren gleicher Type mit gleichem Temperaturverhalten zu wählen und den gleichen Texnperaturverhältnissen auszusetzen, beispielsweise dadurch, daß beide Transistoren im gleichen Gehäuse untergebracht sind. Der Widerstand 11 dient zur Ableitung des Stromes, der beim Abschalten über die Basis emitter strecke des Transistors 1 fliett. Als Transistoren 1 und 3 sind pnp-Transistoren und als Traneittor ist ein npn-Transistor vorgesehen, weil das an Klemme ? anliegend« Potential (+5 Volt) positiver ist al· das an Masse anliegende Potential (0 Volt). Es wäre denkbar, an Klemme 7 ein negativere· Potential als an Masse anzulegen. In diesem Fall mußten die Transistoren 1 und 3 npn-Transistoren sein und als Transistor 2 sollte ein pnp-

109846/0607 . _l0.

Transistor verwendet werden.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 2 ist als Stromtreiber geeignet zum Betrieb von Matrix-Speichern. Beispielsweise können mittels eines derartigen Stromtreibers Inhibit-Stromimpulse durch die Inhibitleitung von Matrix-Speichern getrieben werden. Falls ein derartiger Stromtreiber im Temperaturbereich von - 50°C bis 4- 125°C betrieben werden soll, ist es zweckmäßig, den Stromtreiber derartig auszulegen, daß der Strom i durch den Lastwiderstand 5 (die Inhibitleitung des Speicher·) gemäß der in Fig. 3 dargestellten Kurve Kl fließt. Die Abzisse bezieht sich auf die Temperatur, die Ordinate auf den Strom i. Durch den Laetwlderstand 5 soll somit bei - 55 C ein Strom i « 450 m A und bsi 4- 12S°C ein Strom i = 350 m A fließen entsprechend einer Stromiaderung von 1 ra ä/ C =

In Fig. 4 bezieht sich die Abzissenrichtung auf die Temperatur t, die Ordinate auf die Spannung U. Unter der Voraussetzung, daß ein Strom i gemäß der Kurv· Kl nach Fig. 3 durch den Lastwider· stand 5 benötigt wird, ist int Lastwiderstand 5 eine Spannung gemaß Kurve K2 erforderlich. K3 besieht sich auf die Spannung, die ander Emitterkollektorstrecke des Transistors 1 auftritt. Die Kurve K4 besieht sich auf die Spannung, die zwischen dem Emitter des Transistors 1 und Masse auftreten soll, um durch den Last· widerstand 5 den gemafl Kurv« Kl geführten Strom «u treiben.

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Die Kurven Kl - K4 berücksichtigen die extrem auftretenden Toleransen. Die Kurve K5 bezieht sich auf die an Klemme 7 und Masse anliegende Betriebsspannung.

Die Kurve K6 besieht sich auf die Ordinatendifferenz der Kurve K 5 und K4. Die Kurve K6 gibt somit jene Spannung an, die im ohmschen Widerstand 10 anliegen soll, um den gewünschten Strom i zu erzielen. Die Spannung entsprechend der Kurve K6 wird mittels der Diode IZ erzielt, die am Sc haltung β punkt 8 die Referenzspannung erzeugt. Diese Referenzspannung bewirkt bei der jeweiligen Temperatur genau den geforderten Strom i.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. ) Schaltungsanordnung zur Regelung der Amplitude von Steueritnpuleen

in einer Serienkombination, bestehend aus einem Lastwider stand, einer Emitterkollektorstrecke eines ersten Transistors, einem ohmechen Widerstand und einer Betriebs Spannungsquelle, dadurch gekennzeichnet, daß der Betrag des ohmechen Widerstandes (10) kleiner als der Betrag des Lastwider Standes (5) - vorzugsweise mindestens im Verhältnis 1 : 2 kleiner ist - daß an einem der beiden Pole (7, Masse) der Betriebs spannung und an einem Schaltungspunkt (8) eine Referenzspannung anliegt, und daß die Basis des ersten Transistors (1) einerseits an dem Schaltungepunkt (8) angeschlossen ist, an dem die Referenzspannung anliegt und andererseits über eine steuerbare Schalterstrecke (2) an einem Schaltung· punkt (Masse) konstanten Potentiale angeschlossen ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dall als steuerbare Schalterstrecke die Emitterkollektoretrecke eine· zweiten Transistors (2) vorgesehen ist. ■

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daft die Basis des ersten Transistors (1) über eine Diode (3, 6) an den Schaltungspunkt (8) angeschlossen ist und daß die Spannung an dieser

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Diode (3, 6) einen ähnlichen Temperaturgang wie die Basisemitter spannung des ersten Transistors (1) aufweist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Diode (6) ein dritter Transistor (3) vorgesehen ist, dessen Basis an die Basis des ersten Transistors (1) und dessen Emitter an den Schaltung spunkt (8) angeschlossen ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daQ die Referenzspannung in linearer Weise abhängig ist von der Betriebs spannung.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daQ die Referenzspannung temperaturabhängig ist.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 6, wonach der La et wider-IJP stand einerseits an einen Pol der Betriebsspannungsquelle und

andererseits über die Emitterkollektorstrecke des ersten Transistors, über den ohmschen Widerstand und über eine Klemme an den zweiten Pol der Betriebsspannung angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemme (7) über einen temperaturabhängigen Widerstand - vorzugsweise Ober eine weitere Diode (12) - an den Sc haltung β punkt (8) angeschlossen ist.

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