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Stabilisierte Gleichspannungsquelle Die Erfindung betrifft eine stabilisierte
Gleichspannungsquelle zum Erzeugen einer konstanten Spannung an einem veränderlichen
Lastwiderstand mit zwei parallel geschaltetenieweils aus zwei Widerständen und einem
Widerstand und einer Zenerdiode bestehenden Spannungsteilern, deren Abgriffe an
die Eingänge eines Differenzverstärkers angeschlossen sind.
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Derartige Einrichtungen dienen dem Zweck, an veränderlichen Lastwiderständen,
wie z.B. Gleichstrommotoren mit drehzahlabhängiger Gegen-EMK, deren Drehzahl auf
einen vorbestimmten Wert eingestellt werden soll, eine konstante Spannung zu erzeugen.
Es sind auch Anwendungsfälle bekannt, in denen der veränderliche Lastwiderstand
nicht unmittelbar an von den Meßfühlern auf
konstante Spannung überwachte
Punkte der Schaltung angeschlossen werden kann, wenn also z.B. durch Störschutzfilter
RUckwirkungen auf die stabilisierte Gleichspannungsquelle eliminiert werden müssen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen,
mit der die Spannung an einem veränderlichen Lastwiderstand konstant gehalten werden
kann, der über konstante Vorwiderstände, wie z.B. Leitungswiderstände oder Drosselspulen
an eine Stromquelle mit konstanter EMK und konstantem Innenwiderstand angeschlossen
ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Innenwiderstand
eines Netzgerätes dadurch als negativer Widerstand ausgebildet ist, daß derjenige
Punkt der Parallelschaltung der Spannungsteiler, an dem die Zenerdiode liegt, aufgetrennt
und in die Trennstelle zwischen die Spannungsteiler ein vorbestimmter einstellbarer
Widerstand geschaltet und gleichzeitig in der Speiseleitung angeordnet und vom Laststrom
oder einem dem Laststrom proportionalen Strom durchflossen ist. Auf diese Weise
ist es möglich, durch eine sehr einfache Veränderung der Schaltung einer bekannten
stabilisierten Gleichspannungsquelle, deren Innenwiderstand als einstellbaren negativen
Widerstand vorbestimmter Größe auszubilden. Dabei ist der einstellbare Widerstand
lediglich auf den Wert des bekannten konstanten Vorwiderstandes einzustellen damit
sich der jeweils erforderliche negative Widerstand ergibt.
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Dabei ist es vorteilhaft, den einen Spannungsteilerwiderstand direkt
mit einem Punkt der Speiseleitung zu verbinden und den einstellbaren Widerstand
zwischen die Anschlußpunkte des Spannungsteilerwiderstandes und eines Meßfühlers
zu schalten.
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Es ist auch möglich, daß der Spannungsteilerwiderstand des an den
nicht invertierenden Eingang des Differenzverstärkers angeschlossenen Spannungsteilers
mit dem Schleifer des in die Speiseleitung geschalteten einstellbaren WidersL verbunden
wird.
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Eine andere Variante der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß
der einstellbare Widerstand hochohmig ausgebildet und parallel zu einem in der Speiseleitung
angeordneten kleineren Festwiderstand geschaltet ist, so daß nun ein dem Laststrom
proportionaler Teilstrom über den zum Einstellen des negativen Widerstandes verwendeten
Widerstand fließt.
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Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, daß es mit
sehr einfachen Mitteln möglich ist, bei jeder stabilisierten Gleichspannungsquelle
deren Innenwiderstand als negativen Widerstand auszubilden und an spezifische Anwendungsfälle
anzupassen.
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Mit der Erfindung ist es möglich, an den Enden eines veränderlichen
Lastwiderstandes eine konstante Gleichspannung zu erzeugen, wenn Leitung und/oder
sonstige Vorwiderstände praktisch konstant sind, ohne daß es erforderlich ist, an
den Lastwiderstand Potentialabgriffe des Netz gerätes anzuschließen.
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Schaltungsanordnungen, bei denen es unmöglich ist Fühlerleitungen
anzuschließen, lassen sich erst durch die Erfindung verwirklichen.
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Ein anderer Vorteil der Erfindung ergibt sich bei der Spannungsversorgung
eines Halbleiterdetektors für nukleare Teilchen. Um das Rauschen klein zu halten
und damit die Energieauflösung zu vergrößern, wird dem Detektor die Polarisationsspannung
über einen Hochohmwiderstand (z.B. lo M Ohm bis einige 1 ooo M Ohm) zugeführt. Der
veränderliche Detektor-Leckstrom erzeugt an dem Hochohmwiderstand einen Spannungsabfall,
der ein Schwanken der Polarisationsspannung und Fehler bei der Messung verursacht.
Die hohe Impedanz des Detektoranschlusses erschwert den Anschluß von Fühlern, die
außerdem die Kapazität des Detektors erhöhen und damit dessen Energieauflösung herabsetzen.
Diese Schwierigkeiten werden durch die Erfindung vollständig behoben.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt
und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigen
Figur 1 Ubersichtsschaltbild
einer stabilisierten Gleichspannungsquelle mit negativem Innenwiderstand, Figur
2 Ersatzschaltbild einer stabilisierten Gleichspannungsquelle mit negativem Innenwiderstand,
Figur 3 Schaltungsdetails mit weiteren Möglichkeiten zur Realisierung des negativen
Innenwiderstandes.
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Fig. 1 zeigt eine stabilisierte Gleichspannungsquelle mit negativem
Gleichstrom-Innenwiderstand. Das Netzgerät 1 besteht im wesentlichen aus einer Speisespannungsquelle
2 mit deren Quellwiderstand 3, dem.Emittierfolger-Transistor 4, dem Differenzverstärker
5 mit der Spannungsverstärkung v und den aus den Festwiderständen 6 und 7 sowie
dem Festwiderstand 8 und der Zenerdiode 9 bestehenden Spannungsteilern, deren Abgriffe
lo und 11 auf die Eingänge des Differenzverstärkers 5 geschaltet sind. Die Festwiderstände
6 und 8 sind am Punkt 12 der Schaltung miteinander verbunden und über den Meßfühler
13 an die Ausgangsklemme 14 des Netz gerätes 1 angeschlossen. Die Klemme 15 der
Zenerdiode 9 ist über den zweiten Meßfühler 16 direkt mit der zweiten Ausgangsklemme
17 des Netzgerätes 1 verbunden. Der Festwiderstand 7 ist am Punkt 18 an die Speiseleitung
angeschlossen, in der zwischen den Punkten 17 und 18 ein einstellbarer Widerstand
19 zum vorbestimmten Einstellen des negativen Gleichstrom-Innenwiderstandes angeordnet
ist. Der veränderliche Lastwiderstand 20 liegt über Vorwiderstände 21 an den auf
Spannungskonstanz überwachten Ausgangsklemmen 14 und 17 des Netzgerätes 1.
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Das Ersatzschaltbild dieser Anordnung zeigt Fig. 2, in der der Widerstand
22 den einstellbaren negativen Gleichstrom-Innenwiderstand darstellt. Die Spannung
U am Lastwiderstand 20 ist L
wenn E die EMK der Spannungsquelle 23 ist. Wird mit dem einstellbaren Widerstand
19 ein negativer Innenwiderstand R22 = - R21 eingestellt, so wird UL = E, also unabhängig
von dem veränderlichen Lastwiderstand.
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Bei aroßer Verstärkuna v ailt anaenähert für den neaativen Innenwiderstand
wenn der über den aus dem Wider-Stand ts und der Zenerdiode w geDiiaeten bpannungsteller
riieuenae Strom gegenüber dem Laststrom vernachlässigbar klein ist.
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Der negative Innenwiderstand wird durch den Widerstand R19 einem stellt,
da R6 tind b die Größe der EMK bestimmen, die nicht verändert werden soll. Mit der
Zenerspannung z gilt für die EMK
Fig. 3a zeigt einen Lösungsvorschlag, bei dem der Spannungsteilerwiderstand an den
Schleifer des einstellbaren Widerstandes 19 angeschlossen ist. In Fig. 3b ist eine
andere Lösungsvariante dargestellt mit einer Anordnung des einstellbaren Widerstandes
19 zwischen den Punkten 15 und 18 der Schaltung und einem dazu parallel in die Speiseleitung
zwischen die Punkte 17 und 18 geschalteten kleineren Festwiderstand 24.
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Es ist auch möglich, den Widerstand 19 in die Emitterleitung des Transistors
4 zu schalten, wenn die Zenerdiode 9 mit dem Widerstand 8 und die Anschlüsse der
Spannungsteiler an die Eingänge des Differenzverstärkers vertauscht werden.
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Anstelle des Emitterfolgers kann bei Vertauschen der Eingänge des
Differenzverstärkers auch ein Kollektorverstärker verwendet werden.