DE2064907C3

DE2064907C3 - Doppelseitig gerichteter Verstärker zum Steuern von Gleichstrommotoren

Info

Publication number: DE2064907C3
Application number: DE2064907A
Authority: DE
Inventors: Giorgio Dipl.-Ing. Caluso Turin Bonzano (Italien)
Original assignee: Honeywell Information Systems Italia SpA
Current assignee: Bull HN Information Systems Italia SpA
Priority date: 1969-07-17
Filing date: 1970-07-17
Publication date: 1980-05-29
Also published as: DE2036374B2; FR2051805A1; DE2064907B2; FR2051805B1; US3656041A; DE2036374A1; DE2036374C3; DE2064907A1

Description

Die Erfindung betrifft einen doppelseilig gerichteten Verstärker zum Steuern von Gleichstrommotoren gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, der insbesondere zur Verwendung in Datenarbeitssystemen bestimmt ist.

Ein in zwei Richungen arbeitender Verstärker zum Steuern eines Gleichstrommotors ist durch die US-PS 34 50 973 bekannt, mit einem Spannungsvoi verstärker, der aus einer ersten und einer zweiten Spannungsquelle gespeist wird, die die gleiche Amplitude und gegenüber dem Erdpotential einander entgegengesetzte Polarität aufweisen. Diese bekannten Verstärker müssen stabilisiert sein, um einen von Spannungsänderungen nicht beeinträchtigten Betrieb zu bewirken. Die Kosten derartiger Stabilisierungsstromkreise sind außerordentlich hoch.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verstärker der eingangs erwähnten Art einfache Stabilisierungsstromkreise zu schaffen, daß zum Speisen der Leistungsstufen auch unstabilisierte Energiequellen verwendet werden können, wodurch sich die Kosten erheblich senken lassen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung dargestellt, die nachstehend erläutert werden.

Fig. 1 ist ein Schaltbild eines in zwei Richtungen arbeitenden Verstärkers gemäß der Erfindung;

F i g. 2 zeigt ein gemäß Anspruch 2 gegenüber F i g. 1 abgewandeltes Schaltbild.

Der in zwei Richtungen arbeitende Verstärker steuert die Stromspeisung für den Motor 1. Der Verstärker enthält einen Spannungsverstärker mit zwei Differentialstufen und mit einer Endstufe bei Verwendung der Transistoren T₉, Ti₀, Ti,, Tu, T_u und Tu sowie einen Stromverstärker mit einander komplementären Transistoren Ti5, T₁₀ für die erste Stufe und mit einander nicht komplementären Transistoren Tu, T₎₈ für die zweite Stufe. Die Leistungsstufe hat zwei einander parallelgeschaltete Leistungstransistoren Tw, T20 für den positiven Ausgang und entsprechend zwei einander parallelgeschaltete Leistungstransistoren T₂,, T₂₂ für den negativen Ausgang.

Der Differentialverstärker der ersten Stufe enthält die NPN-Transistoren T,_o und Tu, deren Kollektor mit der stabilisierten Spannung + VA gespeist wird, und zwar der erste über den Widerstand Rio und der zweite über den veränderlichen Widerstand R_n. Die Emitter beider Transistoren Ti₀ und T_u sind an den Kollektor des Transistors Tq angeschlossen, dessen Emitter über den Widerstand Rn an die stabilisierte negative Spannung — VA angeschlossen ist. Die stabilisierten Spannungen + VA und — VA werden jeweils aus zwei an der Speiseanschlüsse 33 und 34 angelegten, nicht stabilisierten Speisungsspannungen + V bzw. — K mit im wesentlichen gleicher Amplitude gewonnen und sind gegenüber der Bezugsspannung, die üblicherweise die Erdspannung ist, symmetrisch angeschlossen.

Das Stabilisieren der Spannungen + VA und - VA wird mit Hilfe von zwei an sich bekannten Stabilisicrungskreisen erzielt, enthaltend jeweils die Zenerdiode Z\ bzw. Z₂ und den Widerstand R_u bzw. /?,₈.

Eine Zenerdiode Z₃ ist zu dem Emitter des Transistors T9 und zu dem Widerstand Ru parallelgeschaltet und hält im Zusammenwirken mit dem Widerstand R]₉ die Basis von Tg auf einer gegenüber der stabilisierten negativen Spannung — VA konstanten Spannung. Somit wird der über den Widerstand /?i₂ fließende Strom und folglich auch die Summe der über die Transistoren T_i0 und Tn fließenden Ströme auf einem konstanten Wert gehalten.

Die Basis des Transistors Tio ist über einen

Widerstand Ri an den Eingangsanschluß 15 angeschlossen, an den die Signalspannung angelegt wird. Die Basis des Transistors Tu ist an eine Stelle 35 angeschlossen, die für die Widerstände Au und Ru gemeinsam ist, die einen Spannungsteiler bilden, von dem ein Anschluß geerdet und der andere Anschluß an den den Motor 1 speisenden Anschluß 17 angeschlossen ist.

Wie nachstehend näher erläutert werden wird, wird auf diese Weise Rückkopplungswirkung erzielt.

Wenn der Motor 1 stillsteht und über ihn kein Strom fließt, haben beide Stellen 17 und 35 Erdpotential (OV). Wenn außerdem der Eingangsanschluß 15 ebenfalls OV aufweist, müssen gleiche Ströme über die Transistoren Γιο und T^-U fließen, und deshalb weisen die beiden Kollektoren, wenn Rw gleich Rw ist, die gleiche Spannung auf. Dieser Zustand wird erreicht, indem notfalls der veränderliche Widerstand Ru fein nachgestellt wird, um zufällige wesentliche Unterschiede in dem Transistorwiderstand auszugleichen Jedoch werden diese Unterschiede im allgemeinen sehr klein sein, da die Transistoren so zusammengestellt sind, daß sie möglichst gleiche Kennlinien aufweisen.

Die Kollektorspannung von Tio und Tu werden jeweils an die Basis der Transistoren T12 bzw. T₁J vom entgegengesetzten Typ (PNP) angelegt, die den zweiten Differentialverstärker bilden, indem ihre Emitter gemeinsam an den mit der stabilisierten positiven Spannung + VA gespeisten Widerstand #15 angeschlossen sind. Der Kollektor von Ti 2 ist geerdet, während der Kollektor von T_n über den Widerstand R\_b an die stabilisierte negative Spannung — VA angeschlossen ist. Dieser zweite Differentialverstärker wird durch die aus dem ersten Differentialverstärker kommenden Signale symmetrisch betrieben. Die Tatsache, daß für die beiden Verstärker Transistoren von einander entgegengesetzten Typen verwendet werden, hat zur Folge, daß durch Kompensation die Tetnperaturdriftwirkung erheblich verringert wird.

Der Kollektor von Tu ist an die Basis des Transistors T]₄ angeschlossen, dessen Emitter an die stabilisierte negative Spannung — VA angeschlossen ist, während sein Kollektor über den Widerstand R₂u und die Diode D mit der stabilisierten positiven Spannung + VA gespeist wird.

Diese Verstärkerstufe ist die letzte des Spannungsvorverstärkers und hat zwei Ausgänge bei 36 und 37, die in ihrer Spannung um den Spannungsabfall an der Diode D voneinander abweichen. Im Ruhezustand, d.h. beim Fehlen eines Signals, sind die Spannungen an den Ausgängen 36 und 37 gegenüber Erde symmetrisch, d. h. die erste ist knapp positiv und die andere knapp negativ.

Wenn an den Eingang 15 ein positives Signal angelegt wird, wird der Transistor Tio stärker leitend und nimmt deshalb mehr Strom auf, wobei der über Tp fließende Strom entsprechend abnimmt. Die Spannung am Kollektor von Tio und folglich an der Basis von T12 nimmt ab, während die Spannung am Kollektor von Tn und folglich an der Basis von Tu zunimmt. Der Widerstand von Tu und somit der Spannungsabfall an dem Emitter und Kollektor nimmt zu, während die Spannung an der Basis von ~i ·, -'iimmt.

Der über Tu fließende Strom nimmt ab, so daß die Spannungen an den Stellen 36 und 37 zunehmen. Selbstverständlich tritt beim Anlegen eines negativen Signals an den Eingang 15 das Gegenteil ein, so daß dann die Spannung an den Stellen 36 und 37 abnehmen.

Der Unterschied zwischen diesen Spannungen, der gleich dem Spannungsabfall an der Diode D ist, verändert sich praktisch nicht.

Auf den vorstehend beschriebenen Spannungsvorverstärker folgt ein Stromverstärker, dessen erste Stufe aus zwei zueinander komplementären Transistoren TU und -, TU gebildet ist, von welchen der erste beispielsweise vom NPN-Typ und der zweite vom PNP-Typ ist. Der Transistor TU ist mit seinem Kollektor über den Widerstand foi an die stabilisierte positive Spannung + VA angeschlossen, während sein Emitter an die Stelle

in 38 angeschlossen ist

Der Kollektor des Transistors Tie wird mit der stabilisierten negativen Spannung — VA unmittelbar gespeist, während der Emitter über den Widerstand R₂₂ an die Stelle 38 angeschlossen ist

-, Die Spannungen der Stellen 36 und 37 werden jeweils an die Basis des Transistors Ti 5 bzw. TU in der Weise angelegt, daß beim Fehlen eines Eingangssignals beide Transistoren sich in einem Zustand verringerter Leitfähigkeit, d. h. nahe dem Sperrzustand, befinden.

>n Wenn an dem Eingang 15 ein positives Signal angelegt wird, gehen beide Stellen 36 und 37 auf positive Spannung über.

Da die Transistoren TU und Ti& von einander entgegengesetzten Typen sind, wird der erstgenannte

>·-, stärker leitend und der zweite schwächer leitend. Der Kollektor von T^ ist an die Basis des Transistors Ti 7 angeschlossen, während der Emitter des Transistors Tk, an die Basis des Tansistors Tis angeschlossen ist. Die Transistoren Ti 7 und Ti₈ sind vom gleichen Typ PN P und

J₁₁ bilden jeweils mit den Widerständen R₂₃ und R₂A bzw. Λ25 und fob eine Verstärkerstufe, bei welcher jeder Transistor als »Emitterfolge« geschaltet ist und eine erhebliche Verstärkung des Ausgangsstromes bewirkt.

Jeder der Transistoren T17, Ti₈ betreibt jeweils ein

j-, Paar Transistoren TU und T20 bzw. T_2] und T22. leder dieser Transistoren mit den Widerständen fo₇, fo«, R₂*, Rio, Ri\. Ri₂. Ra. Ria, Ris, Rib, Rn, Ra bildet einen Emitterfolgekreis. Der den Transistor Tw enthallende Kreis ist dem den Transistor T20 enthaltenden Kreis

.in parallelgeschaltet und beide Kreise werden mit der positiven Spannung + V gespeist, während der den Transistor T21 enthaltende Kreis und der den Transistor T22 enthaltendende Kreis einander parallelgeschaltet sind und mit der negativen Spannung — V gespeist

π werden. Beim Fehlen eines Signals befinden sich die vier Transistoren T19, T20, T₂] und T22 in einem schwach leitenden Zustand nahe dem Sperrzustand, so daß folglich nur ein verhältnismäßig schwacher Strom von dem Anschluß 33 aus über sie zu dem Anschluß 34 fließt,

-„ι während die Stelle 38 Null-Spannung (OV)aufweist.

Beim Auftreten eines positiven Signals am Eingang 15 wird die Basis des Transistors Tu positiver und der Transistor T15 stärker leitend, während die Basis des Transistors TU positiver wird und die Leitfähigkeit von

γ, T]b abnimmt. Folglich wird die Stelle 38 positiv, was eine positive Zunahme der Spannung an der Stelle 35, d. h. an der Basis des Transistors Tn, bewirkt, so daß der Unterschied zwischen den über Tio und Tn fließenden Strömen abnimmt.

bo Somit wird eine negative Rückkopplungswirkung erzielt mit ihren bekannten Vorteilen hinsichtlich der Stabilität und der Störungssignalunempfindlichkeit des Verstärkers.

Die Zunahme der Leitfähigkeit von T15 und die

1,', Abnahme der Leitfähigkeit von T16 bewirken die Abnahme der Basisspannung von T17 bzw. die Zunahme der Basisspannung von Ti₈. Der erstgenannte (Tu) wird somit stärker leitend, während der letztgenannte (Ti₈)

schwächer leitend wird. Unter diesen Umständen bewirkt die verringerte Spannung am Emitter von Tu die Zunahme der Leitfähigkeit von Ti₉ und T₂₀, während die verringerte Leitfähigkeit von Tie die Abnahme der Leitfähigkeit von T21 und Γ22 bewirkt, so daß Tig und T20 nunmehr einen stärkeren positiven Strom und T₂\ und T22 einen schwächeren negativen Strom dem Anschluß 17 zuführt.

Als Folge erhält der an dem Anschluß 17 liegende Motor 1 einen positiven Strom und wird somit, wie erforderlich, beschleunigt. Im gegenteiligen Fall, d. h. beim Anlegen eines negativen Signals an den Anschluß 17, wird dem Motor ein negativer Strom mit Bremswirkung zugeführt.

Es sei bemerkt, daß der Anschluß 17 unmittelbar mit der Stelle 38 verbunden ist und daß demzufolge die Speisespannung in den auf die Stufe aus zueinander komplementären Transistoren (T^ und T^) folgenden Stromverstärkungsstufen nicht stabilisiert zu werden braucht. Die, wie beschrieben, mit Hilfe der Zenerdioden Z\ und Zi und den Widerstände /?₁₇ und /?is erzielte Stabilisierung der Spannung an den Stellen 31 und 32 gewährleistet, daß die Spannung an der Stelle 38 lediglich durch das Signal am Eingang 15 und nicht durch die zufällige Schwankung der Speisespannung + Kund — Kbeeinträchtigtwird.

Somit können die möglichen Schwankungen der die nachfolgenden Stufen speisenden, nicht stabilisierten Spannung auf die den Motor 1 speisende Spannung an der Stelle 17 keinen Einfluß haben. Da der zum Speisen der Stufe aus den zueinander komplementären Transistoren Ti5 und Tie und der vorangehenden Stufe benötigte Strom erheblich schwächer ist als der zum Speisen der nachfolgenden Leistungsstufen benötigte Strom, wird eine beachtliche Einsparung an Kosten und Abmessungen der Einzelteile für den Stabilisierungskreis gegenüber denen erzielt, die notwendig sind zum Stabilisieren der durch die Speisungseinheiten an den '< Anschlüssen 33 und 34 gelieferten Spannungen + Kund -K.

Mit der Ausführung nach Fig.2 läßt sich ein zufriedenstellendes Ergebnis bei noch geringeren Kosten der Stabilisierungsbestandteile erreichen.

ι» Diese Ausführung weicht von der nach Fig. 1 darin ab, daß auch die Speisespannung für die zueinander komplementären Transistoren T\s und Ti₆ nicht stabilisiert ist, sondern nur die Speisespannung für die vorangehenden Stufen. Mit Hilfe dieser Ausführungen sind die durch die Widerstände Rao und Ra\ sowie durch die Zenerdiode Za und Zt erzielten stabilisierten Spannungen + VA und — VA an den Stellen 40 und 41 vorhanden, während an den Stellen 31 und 32 die nicht stabilisierten Spannungen + Kund — Kvorhanden sind.

Der zu stabilisierende Strom wird weiter verringert, so daß sich daraus eine zusätzliche Kostensparung ergibt. In diesem Fall sind die Spannungen an den Stellen 36 und 37 und somit die jeweils an die Basis der Transistoren Ti₅ und T_t6 angelegten Spannungen von

r. den zufälligen Schwankungen der Spannungen + Kund — Kunabhängig.

Die Auswirkung einer solchen Schwankung auf die Spannung an der Stelle 38 ist jedoch, obwohl sie theoretisch nicht Null ist, völlig vernachlässigbar. Sie

je wird nämlich durch Einwirkung der Veränderungen in dem infolge dieser Spannungsschwankung über die Basis-Emitter-Verbindungen der Transistoren Tj₅ und Tie fließenden Strom auf die Veränderungen in Spannungsabfall an diesen Verbindungen verringert.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Doppelseitig gerichteter Verstärker zum Steuern von Gleichstrommotoren in beiden Dreh-Richtungen, der von einer ersten und einer zweiten Energiequelle mit der gleichen Amplitude und entgegengesetzten Polaritäten mit Bezug auf das Erdpotential gespeist wird und einen Spannungs-Vorverstärker und eine Leistungsstufe aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsvorverstärker (T9—T14) von einer ersten und einer zweiten stabilisierten Spannungsqi>elle (+ VA, — VA) mit gleicher Amplitude und entgegengesetzter Polarität über Spannungseingangsanschlüsse (31, 32 in F i g. 1; 40, 41 in Fi g. 2) gespeist ist und mit zwei Ausgangsanschlüssen (36, 37) versehen ist, die über eine vorgespannte Diode (D) zum Liefern von zwei Ausgangssignalen verbunden sind, die ein Spannungsniveau besitzen, das um den konstanten Spannungsabfall Längs der der Diode differiert, und daß die Leistungsstufe ein doppelseitig gerichteter Stromverstärker (TX5—T22) ist, der von einer ersten und einer zweiten unstabilisierten Spannungsquelle (+V, —V) mit engegengesetzter Polarität über Spannungseingangsanschlüsse (33,34) gespeist 1st, und zwei mit den Ausgangsanschlüssen (36, 37) des Vorverstärkers verbundene Eingangsansdilüsse aufweist, wobei eine erste Emitterfolgestufe einen ersten Transistor ^T 15) des NPN-Typs, dessen Basis an einen der Eingangsanschlüsse (33) angeschlossen ist, dessen Kollektor mit einer positiven Spannung (+ VA oder +V) über einen ersten Widerstand (R 21) und dessen Emitter an den Ausgangsanschluß (38-17) dieses Stromverstärkers (T15-T22) angeschlossen ist, und einen zweiten Transistor (T 16) des PNP-Typs hat, dessen Emitter über einen Widerstand (R 22) an denselben Ausgangsanschluß (38-17), dessen Basis an den anderen (37) der Eingangsanschlüsse und dessen Kollektor an eine negative Speisespannung (— VA oder — V) angeschlossen ist, wobei der doppelseitig gerichtete Stromverstärker weiterhin Leistungsstufen (Ti9— T22) aufweist, die aus zwei Gleichstrom-Verstärkern mit einer oder mehreren in Kaskade geschalteten Emitterfolgestufen bestehen, wobei die eine fT17, 7*19, T20) der Leistungsstufen zwischen die positive unstabilisierte Spannungsquelle (+ V) und den Ausgangsanschluß (17) geschaltet ist und durch die Spannung am Kollektor des ersten Transistors (T 15) ausgesteuert ist und wobei die andere (T 18, T21, T22) der Leistungsstufen zwischen die negative unstabilisierte Spannungsquelle {—V) und den Ausgangsanschluß (17) geschaltet ist und durch die Spannung am Emitter des zweiten Transistors (TiB) angesteuert ist.

2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisespannung (+ VA, — VA) für die erste Stufe (T 15, 7Ί6) des Stromverstärkers stabilisiert sind.