DE2141921C3 - Kontinuierlich regelnder Thermostat - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen kontinuierlich regelnden Thermostat mit einer Brückenschaltung und einem mit seiner Eingangsstufe in eine Diagonale der Brückenschaltung eingeschalteten Transistorverstärker, und mit einerseits durch wenigstens einen Kaltleiter und wenigstens einen Widerstand und andererseits durch in Serie und in Sperrichtung zur Versorgungsspannung geschalteten Diodenstrecken gebildeten Brückenzweigen.

Bei einem derartigen, aus der deutschen Offenlegungsschrift 1523 384 bekannten kontinuierlich regelnden Thermostat benötigt man zur Erzielung großer Regelgenauigkeit Verstärker hohen Verstärkungsgrades, beispielsweise mehrstufige Transistorverstärker, sowie besonders empfindliche Elemente als Temperaturfühler, beispielsweise keramische. Kaltleiter, die sich durch einen hohen Temperaturkoeffizienten auszeichnen. Wegen exemplarischer Streuungen in der Stromverstärkung der einzelnen Transistoren und des hohen Gesamtverstärkungsgrades des Verstärkers ergeben sich jedoch sowohl bei verschiedenen Thermostaten als auch bei Austausch von Transistoren erhebliche Unterschiede in der Regelgenauigkeit sowie in der Größe des Einschaltstromes. Schwankungen im Einschaltstrom sind vor allem dann störend, wenn unerwartet große Ströme auftreten. Dies gilt insbesondere für den Endstufentransistor, über dessen Kollektor-Emitterstrecke der für die Beheizung des Thermostaten notwendige, relativ starke Strom fließt. Zu große Heizströme, die insbesondere beim Einschalten des Thermostaten auftreten, können jedoch einerseits leicht zu einer Überlastung der den Thermostaten speisenden Versorgungsquelle, andererseits zu einer Zerstörung des elektrisch aktiven Teils des Endstufen-Transistors, das nur eine äußerst geringe thermische Kapazität hat, führen.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin, einen Thermostaten der eingangs genannten Art zu schaffen, der bei hoher Regelgenauigkeit einfach im Aufbau ist und bei dem exemplarisch bedingte Streuungen des Einschaltstromes weitgehend vermieden werden.

ίο Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem solchen Thermostaten gemäß der Erfindung vorgesehen:

a) Als Heizwiderstand sind wenigstens zwei zueinander parallel geschaltete Endstufentransistoren in Darlingtonschaltung vorgesehen, bei denen zwischen die Emitterelektroden und einem Pol der Versorgungsspannung jeweils ein ohmscher Widerstand eingeschaltet ist;

b) ein weiterer Transistor ist mit seiner Kollektor-. elektrode mit der Basiselektrode des ersten Endstufentransislors verbunden, mit seiner Basiselektrode an die Emitterelektrode des zweiten Endstufentransistors angeschlossen und mit seiner Basis-Emitterstrecke parallel zu dem ohmschen Widerstand im Emitterkreis des zweiten

as Endstufentransistors geschaltet.

Die Erfindung wird dabei im kombinatoren Zusammenwirken der vorstehend genannten, je für sich mehr oder weniger, z. B. aus den Literaturstellen schweizerische Patentschrift 352854 bezüglich der Verwendung der Verlustleistung des Endstufentransistors für die Beheizung des Thermostaten; »Funk-Technik« 1968, Nr. 24, Seite 937, bezüglich der Verwendung eines ohmschen Widerstandes im Emitterkreis eines Endstufentransistors, dessen Emitterelektrode an die Basiselektrode eines weiteren Transistors angeschlossen ist, welcher mit seiner Kollektor-Emitterstrecke zwischen die Basiselektrode des Endstufentransistors und den mit der Versorgungsspannung verbundenen Anschluß des ohmschen Widerstandes eingeschaltet ist zur Strombegrenzung; deutsche Offenlegungsschrift 1 523 411 bezüglich der Benutzung zweier parallel geschalteter Endstufentransistoren als Heizwiderstände; »Transistor Circuit Engineering«, 1957 von R. F. Shea, Seiten 130 bis !33 bezüglich der Anordnung zweier Transistoren in einer sogenannten Darlingtonschaltung, bekannten Maßnahmen gesehen.

Durch das spezielle Zusammenwirken der Einzelmerkmale wird ein kontinuierlich regelnder Thermostat geschaffen, bei dem wenigstens zwei parallelgeschaltete Endstufentransistoren, die allein für die Beheizung des Thermostaten sorgen, mit einem einzigen weiteren Transistor auf besonders elegante und wirtschaftliche Weise sicher vor Überlastung und damit Zerstörung geschützt werden. Durch die Begrenzung des über die Endstufentransistoren fließenden Heizstromes auf ein für diese unschädliches Maß erreicht man zugleich auch einen Schutz der den Thermostaten speisenden Versorgungsspannungsquelle.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß bei Serienfertigung von Thermostaten Schwankungen in der Regelgcnauigkeit ebenfalls weitgehend vermieden werden. Ferner wirkt sich insbesondere bei der Serienfertigung vorteilhaft aus, daß die Begrenzung des Heizstromes des Thermostaten durch die Wahl des ohmschen Widerstandes festgelegt ist, so daß ein spezieller Abgleich eines jeden Thermostaten überflüssig ist.

Bei Verwendung von in Darlingtonschaltung aufgebauten, in einem Transistorgehäuse untergebrachten Endstufentransistoren ergibt sich neben einem hohen Verstärkungsgrad der weitere Vorteil, daß ein derartiger Doppeltransistor nur als ein Bauteil in Erscheinung tritt, was einen einfachen und problemlosen Aufbau des Thermostaten begünstigt.

Zur gleichmäßigeren Aufheizung des Thermostaten kann man in vorteilhafter Weise auch mehrere Endstufentransistoren kleinerer Verlustleistung parallel zueinander schalten. Man kann in einem solchen Fall beispielsweise in jede Emitterleitung einen ohmschen Widerstand einfügen und den Spannungsabfall an nur einem dieser Widerstände zur Steuerung des weiteren Transistors verwenden. '5

Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Der in der Figur dargestellte Thermostat liegt mit seinen beiden Anschlüssen 1, 2 an der Versorgungs- ^ao spannung U und weist eine Brückenschaltung und einen mit seiner Eingangsstufe in die Meßdiagonale der Brückenschaltung eingeschalteten, aus den Transistoren 71, 72, 73, 74 bestehenden Verstärker auf.

Die Brückenschaltung enthält in zwei Brückenzweigen in Serie zueinander und in Sperrichtung zur Versorgungsspannung U geschaltete Zenerdioden Zl, Z2, die über einen derart bemessenen ohmschen Widerstand RS gespeist werden, daß am Diagonalpunkt 3 und am Anschlußpunkt 4 der Brückenschaltuug konstante Spannungen vorliegen. Ferner enthält die Brückenschaltung einen mit dem als Heizwiderstand dienenden Endstufenlransistor 73 thermisch gekoppelten keramischen Kaltleiter K als Temperaturfühler, der am Diagonalpunkt 5 mit der Basiselcktrode des Transistors 71 und der Serienschaltung der ohmschen Widerstände R3, Rx, die der Vorgabe eines Sollwertes dienen, verbunden ist. Der Transistor 71 steuert über einen Vorwidersland R4 den als Heizwiderstand dienenden Endstufentransistor 73, der mit einem Transistor 72 in Darlingtonschaltung betrieben ist und deren Gehäuse mit gutem Wärmekontakt in eine metallische Platte 6, eingesetzt sind. Die metallische Platte 6 bildet dabei einen Teil des Thermostatengehäuses. Ferner ist zwischen die Emitterelektrode des Endstufcnlransistors 73 und den Anschluß 2 der Vcrsorgungsspannung U ein ohmscher Widerstand Rl eingefügt, der parallel zur Basis-Emittcrstrecke eines weiteren Transistors 74 liegt, dessen Basiselektrode mit der Emitterelektrode des Endstufentransistors 73 verbunden ist. Die Kollektorelektrode des weiteren Transistors 74 ist zur Basiselektrode des dem Endstufentransistor 73 in Darlingtonschaltung vorgeschalteten Transistors 72 geführt. Die Emitterelektrode des Transistors 72, ist mit der Basiselektrode des Endstufentransistors 73 und über einen Widerstand Rl mit dem Anschluß 2 der Versorgungsspannung U verbunden. Ferner ist ein Kondensator Cl zwischen der Kollektorelektrode des Transistors 71 und dem Anschluß 1 der Versorgungssnannung U zur Unterdrückung hochfrequenter Eigenschwingungen vorgesehen.

Mit dem in der Figur dargestellten Thermostaten erreicht man bei großer Regelgenauigkeit infolge des hohen Verstärkungsgrades des mehrstufigen Transistorverstärkers und des hohen Temperaturkoeffizienten des als Temperaturfühler verwendeten keramisehen Kaltleiter K, daß Streuungen des Einschaltstromes, die auf unvermeidbaren exemplarischen Streuungen der Eigenschaften der verwendeten Transistoren beruhen, weitgehend vermieden werden. Hierzu wird am Widerstand Al, der an den Emitter des Endstufentransistors 73 angeschlossen ist, ein dem Heizstrom proportionaler Spannungsabfall* gewonnen, mit dem der weitere Transistor 74 gesteuert wird. Beim Überschreiten der Schwellcnspannungder Basis-Emitterdiode des weiteren Transistors 74 wird dieser leitend, wodurch die Spannung an der Basis des Transistors 72 sinkt und der über den Endstufenlransistor 73 fließende Heizstrom begrenzt wird. Durch geeignete Wahl der Größe des Widerstandes Rl kann man ohne weiteren Abgleich den Einschaltstrom des Thermostaten auf einen gewünschten oder zulassigen Wert begrenzen, was eine wirtschaftliche Serienfertigung begünstigt. Ein Abgleich des Thermostaten besieht dann lediglich in der geeigneten Wahl der Summe der Widerstände R3 und Rx zur Vorgabe des gewünschten Temperatur-Sollwertes für den Thermostaten. Eine zusätzliche Begrenzung des Einschaltstromes des Thermostaten wird durch den Vorwiderstand A4 bewirkt, der die Auswirkung der relativ großen in der Meßdiagonale der Brücke auftretenden Regelabweichung auf den Verstärker beim Einschalten des Thermostaten, wenn also die Isttemperatur noch weit von der Solltemperatur entfernt ist, abschwächt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Kontinuierlich regelnder Thermostat mit einer Brückenschaltung und einem mit seiner Eingangsstufe in eine Diagonale der Brückenschaltung eingeschalteten Transistorverstärker, und mit einerseits durch wenigstens einen Kaltleiter und wenigstens einen Widerstand und andererseits durch in Serie una in Sperrichtung zur Versorgungsspannung geschalteten Diodenstrecken gebildeten Brückenzweigen, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

   a) Als Heizwiderstand sind wenigstens zwei zueinander parallel geschaltete Endstufentransistoren (Tl, 7*3) in Darlingtonschaltung vorgesehen, bei denen zwischen die Emitterelektroden und einem Pol der Versorgungsspannung jeweils ein ohmscher Widerstand (Rl, R2) eingeschaltet ist;

   b) ein weiterer Transistor (74) ist mit seiner Kollektorelektrode mit der Basiselektrode des ersten Endstufentransistors (Tl) verbunden, mit seiner Basiselektrode an die Emitterelektrode des zweiten Endstufentransistors ( T3) angeschlossen und mit seiner Basis-Emitterstrecke parallel zu dem ohmsehen Widerstand (Rl) im Emitterkreis des zweiten Endstufentransistors ('73) geschaltet.