DE2241621C3

DE2241621C3 - Spannungsregeleinrichtung

Info

Publication number: DE2241621C3
Application number: DE2241621A
Authority: DE
Inventors: Aldo Monza Romano
Original assignee: ATES Co ELETTRONICI SpA MILANO IT; Ates Co Elettronici SpA Milano
Current assignee: STMicroelectronics SRL
Priority date: 1971-08-25
Filing date: 1972-08-24
Publication date: 1983-11-03
Also published as: CH558049A; DE2241621B2; ES398766A1; SE390847B; IT938775B; IL38202A0; DE2241621A1; FR2150273A1; FR2150273B1; JPS4831443A; GB1380761A; US3778698A

Description

a) die Spannungsregeleinrichtung ist als integrierte Schaltung ausgeführt,

b) dem Regler (C) ist ein erster externer Widerstand (R_n) parallel geschaltet, dessen erstes Ende mit der Ausgangsanschlußleitung (2) und dessen zweites Ende mit einer Bezugsanschlußleitung (3) verbunden ist,

c) es ist ein zweiter externer Widerstand (RJ) vergesehen, dessen erstes Ende mit der BtAigsanschlußleitung (3) und dessen zweites Ende mit einem für den Eingang und Ausgang der Spannungsregeleinrichtung gemeinsamen Punkt (Erde) verbunden ist.

d) der Emitter-Kollektor-Strecke des das Serienstellglied bildenden Transistors (T₀) ist die Emitter-KoIlektor-Sts-ecke eines weiteren Transistors (T\) über einen Stromspiegel parallel geschaltet, der aus zwei mit Basis und Emitter parallelgeschalteten Transistoren (Ti, T₁) besteht, von denen der eine Transistor (T_s) mit seinem Kollektor mit der BezugsanschlußleL'ung(3) verbunden -st,

e) der weitere Transistor (T₁) hat solche geometrischen Abmessungen, ei 3 sein Kollektorstrom zu dem des Serienstellgliedes proportional ist

Die Erfindung betrifft eine Spannungsregeleinrichtung gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs.

Das bevorzugte Anwendungsgebiet einer solchen Spannungsregeleinrichtung liegt bei der Stromspeisung von Gleichstrommotoren mit niedriger Leistung, wie sie überwiegend bei für den Massenkonsum bestimmten elektronischen Geräten für Tonaufzeichnung und -wiedergabe, wie Plattenspielern, Tonbandgeräten usw., verwendet werden.

Bei einer dem Oberbegriff des Patentanspruch entsprechenden, aus dem Buch »Stromversorgung elektronischer Schaltungen und Geräte« von S. W. Wagner, 1964, S. 458, bekannten Spannungsregeleinrichtung wird der als Serienstellglied wirkende Transistor über den Regler in Abhängigkeit von dem Spannungsabfall über einem als Stromsonde dienenden, im Ausgangsstrom liegenden Serienwiderstand gesteuert. Bei geeigneter Wahl des Serienwiderstandes im Verhältnis zu weiteren Widerständen der Spannungsregeleinrichtung ergibt sich ein negativer Innenwiderstand der Spannungsregeleinrichtung, d. h„ mit steigendem Strombedarf der nachgeschalteten Last erhöht sich die an die Last abgegebene Ausgangsspannung.

Bei einer aus »Regelungstechnische Praxis und Prozeß-Rechentechnik«, 1971, S. M 34 und M 35 bekannten Spannungsregeleinrichtung fließt über eine Bezugsanschlußleitung lediglich ein geringer Steuerstrom, und die von einer Treiberstufe konstant gehaltene Spannung, die an einem externen Widerstand zwischen der Bezugsanschiußleitung und der Massenanschlußleitung abgegriffen wird, bildet daher einen durch das Verhältnis dieses externen Widerstandes zu einem weiteren externen Widerstand gegebenen Anteil der Ausgangspannung. Durch Variieren des Abgriffs an dem einen externen Widerstand ist dieser Anteil einstellbar, wodurch der Sollwert der Ausgangsspannung eingestellt werden kann. Dabei ist auch eine Abhä jgigkeit der Regelung vom Ausgangsstrom vorgesehen, und zwar dienen hierzu ein als Stromsonde wirkender weiterer externer Widerstand und ein nachgeschalteter Transistor, die auf die Regelung im Sinne einer Strombegrenzung einwirken.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Spannungsregeleinrichtung mit negativem Innenwiderstand gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs zu schaffen, die als integrierte Schaltung ausgeführt ist, möglichst wenig externe Bauteile und möglichst wenig erforderliche Anschlußleitungen an der integrierten Schaltung aufweist.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs angegebenen Merkmale gelöst

Bei der erfindungsgemäßen integrierten Schaltungseinrichtung wird die Größe des negativen Innenwiderstands durch E isteilen des zweiten externen Widerstands eingestellt während der erste externe Widerstand ähnlich wie bei der bekannten Einrichtung zur Einstellung des Werts der Ausgangsspannung dient Als externe Bauteile sind im wesentlichen nur die beiden externen Widerstände erforderlich, so daß ein hoher Integrierungsgrad und der daraus resultierende Vorteil

J5 der geringen Abmessungen und des geringen Herstellungsaufwandes sich ergeben. Die relativ geringe Anzahl von notwendigen Anschlüssen zu der integrierten Schaltung hat zur Folge, daß das Gehäuse, welches gewöhnlich einen beträchtlichen Kostenfaktor des

■to fertigen Produktes bildet, relativ einfach herstellbar ist. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend im Zusammenhang mii der Zeichnung näher beschriebet.

Die zu stabilisierende Eingangsspannung V_1n wird zwischen der Anschlußleitung 1 der integrierten Schaltung C/und Erde angelegt. Die Spannung V_1n wird von der in der integrierten Schaltung befindlichen Konstanthalteschaltung A stabilisiert, die aus dem Transistor T₀ und dem Regler Cbesteht. Die stabilisierte Spannung V_n hegt zwischen den Anschlußleitungen 2 und 3 der integrierten Schaltung.

Die Anschlußleitungen 2 und 3 sind mit den Enden des Widerstands Rh verbunden, der einem geerdeten Widerstand Rj vorgeschaltet ist. Die Ausgangsspannung Voi τ wird an den Enden des aus den beiden hintereinandergeschalteten Widerständen R₀ und Rj bestehenden elektrischen Zweiges abgenommen.

Die Schaltung B in der integrierten Schaltung mißt den Strom, der durch die Konstanthalteschaltung fließt.

und liefert der Anschlußleitung 3 eine Komponente des zum Strom h proportionalen und somit mit dem Laststrom Im it linear veränderlichen Stroms /j.

Bei der im folgenden beschriebenen Betriebsweise des Spannungskonstanthalters wird die Spannung V₀

gegenüber einer Änderung der Eingangsspannung V_1n, der Temperatur und der Last als konstant angenommen. Die Ausgangsspannung Votir der Speiseschaltung ist gleich:

*. lh+-2-

Der Strom /₃ ist die Summe einer gegenüber einer Änderung von I_in und I_0UT konstanten Komponente I₀ und einer zum Ausgangsstrom I₁ der Anschiußleitung 2 proportionalen Komponente.

Daher bekommt man:

I₃ =

(2)

wobei K konstant ist.

Wenn man in Gleichung (1) den so gewonnenen Ausdruck für den Strom I₃ einsetzt, erhält man:

= V₀

+ |i (1

+ Rak +

(3)

Gemäß der oben gemachten Annahme ändern die beiden ersten Ausdrücke von Gleichung (3) sich nicht mit V.„ und Inm und bilden den konstanten Teil der Ausgangsspannung, welche durch Einwirkung auf den Widerstand R_b regulierbar ist. Der zweite Ausdruck KRJoirr von Gleichung (3) ist ein zum Laststrom proportionaler Teil der Ausgangsspannung und verursacht in der Speiseschaltung einen negativen Ausgangswiderstand, der gleich KR₁ ist, wobei der Widerstand negativ genannt wird, weil die Ausgangsspannung mit dem Ansteigen der Belastung ansteigt — im Gegensatz zu dem Verhalten bei normalen stabilisierten Speiseschaltungen.

Der Wert von KR₁, soll wenig geringer oder im Grenzfall gleich sein dem Widerstand der Last, z. B. der Wicklung des gespeisten Motors, um zu verhindern, daß die positive Charakteristik das System unstabil werden läßt.

Der Wert der Ausgangsspannung wird dadurch reguliert, daß auf Rb eingewirkt wird, ohne daß dies den Wert des Ausgangswiderstands verändert; der Ausgangswiderstand hängt nämlich nur von R₃ ab, da K eine nur von inneren Parametern der Schaltung abhängige Konstante ist

In der Schaltung B besteht die auf den Strom I₂ ansprechende Stromsonde aus dem Transistor Ti, dessen physikalische Merkmale insofern identisch sind mit denen des Transistors T₀, als er gleichzeitig mit ihm

ίο und mit denselben Diffusionsschritten hergestellt wird, und dessen geometrische Ausmaße gegenüber denen des Transistors T₀ so sind, daß er einen zum Kollektorstrom von T₀ proportionalen Kollektorstrom liefert Demzufolge ist der durch Ti fließende Strom proportional zum Strom h; dieser durchfließt den Transistor T₂, der mit dem Transistor T₃ einen Stromspiegel bildet. Der Kollektorstrom des Transistors Ts, der somit proportional zum Strom I₂ ist, wird zur Anschlußleitung 3 geführt.

Die Widerstände R-, und Ry haben die Funktion, die geometrische Dimensionierung des Transistors Ti gegenüber dem Transistor T₀ we.r/ger kritisch zu gestalten, indem sie eine elektrische 'Kompensation ermöglichen. Dieselbe Funktion haben die Widerstände R₃ und Rt für den Stromspiegel der Transistoren T₁ und T..

Die beschriebene Schaltung vermeidet eine Stromsonde außerhalb der integrierten Schaltung, wie sie vom Stand der Technik her bekannt ist, um eine positive Charakteristik im Regler C einzuführen. Auf diese Weise wird die Anzahl der für die integrierte Schaltung notwendigen Anschlüsse herabgesetzt, da die Notwendigkeit entfällt, in die integrierte Schaltung das von der Stromsonde abgenommene Signal einzuführen.

Das Substrat der integrierten Schaltung kann mit der Anschlußleitung 3 oder mi' einem vierten geerdeten Anschluß verbunden sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Spannungsregeleinrichtung mit negativem Innenwiderstand, bei der als Serienstellglied ein Transistor zwischen der Eingangsanschlußleitung und der Ausgangsanschlußleitung liegt, wobei der Transistor von einem Regler gesteuert ist und der negative Innenwiderstand durch eine laststromabhängige Kompensation bewirkt wird, gekennzeichnet durch die Gesamtheit folgender Merkmale: