DE2246285C3

DE2246285C3 -

Info

Publication number: DE2246285C3
Application number: DE19722246285
Authority: DE
Inventors: Adolf 8032 Graefelfing Poelzl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1972-09-21
Filing date: 1972-09-21
Publication date: 1978-03-09
Also published as: DE2246285A1; DE2246285B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Begrenzungeines Gleichstromes, welche zugleich als Sperrdrossel wirkt, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Schaltung ist aus der GB-PS 878922 bekannt. In der britischen Patentschrift 878 922 ist eine Gleichstromregelschaltung mit zwei zueinander komplementären Transistoren beschrieben, die bei Überspannung am Eingang den Transistor im Längszweig abschaltet, so daß an der Last keine Überspannung auftreten kann. Dies geschieht dadurch, daß nicht nur der Emitter dieses Längswiderstanties mit der E-jngangsspannungsquelle verbunden ist, sondern gleichzeitig über einen Kondensator sowohl die Basis des Längstransistors als auch der Kollektor des Quertransistors, der den Basisstrom für den Längstransistor liefert. Tritt um Eingang dieser Schaltung eine Überspannung auf, so wird die Basis des L.ängstransisiors so ausgesteuert, daß der Liingstransistor für die Dauer der Überspannung gesperrt ist. Im nicht gesperrten Zustand regelt der Quertransistor den Längstransistor so, daß am Ausgang eine konstante Spannung abgegc ben wird, wobei die Basisspannung des Quertransistors durch eine zusätzliche Gleichstromquelle, die als Referenzspannungsquelle dient, erzeugt wird. Eine Temperaturkompensation der beiden Transistoren läßt sich mit dieser Anordnung nicht erreichen, da die Kollektor-Emitter-Strecke des Quertransistors zwischen Basis und Kollektor des Längstransistors liegt.

In der Nachrichtenübertragungstechnik und insbesondere in der Trägerfrequenztechnik ist es erforderlich, den von einem Verstärker, insbesondere von dessen Enstufe aufgenommenen Gleichstrom zu begrenzen. Dies gilt besonders für Leitungsverstärker, z. B. Trägerfrequenzverstärker, bei denen eine Gegentakt-B-Kollektorschaltung wegen ihres guten Wirkungsgrades und niedrigen Innenwiderstandes bevorzugt wird. Bei Überlast, z. B. Kurzschluß, steigt der aufgenommene Versorgungsgleichstrom und damit die an der Schaltung auftretende Verlustleistung sprunghaft an. Ohne eine Begrenzung des Versorgungsgleichstromes würden die Transistoren, die aus Wirtschartlichkeits- und Platzgründen nach der

»5 Nennleistung des Verstärkers bemessen werden, schließlich thermisch überlastet und zerstört werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zu

3" schaffen, die in ihrer Begrenzerwirkung im wesentlichen unabhängig von Schwankungen der Umgebungstemperatur ist und außerdem unkompliziert in ihrem Aufbau ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Durch diese Mal¹ nahmen erreicht man, daß die Basiselektrode des längsgeschalteten Transistors über den weiteren Widerstand von dessen Kollektorelcktrode mit Gleichstrom versorgt wird und unerwünschte Wechselspannungen im Basis-Emitter-Kreis des iängsgescnaltcten Transistors durch den Kondensator weitgehend unterdrückt und somit unschädlich gemacht werden. Neben einer Strombegrenzung erhält man durch die Einschaltung des Kondensators damit auf einfache Weise eine Siebwirkung bis zu sehr kleinen Strömen. Die Siebwirkung wird mit dem weiteren und dem längsgeschalteten Widerstand und daran anschließend die Größe des zu begrenzenden Versorgungsstromes mit dem Spannungsteiler an der Basis des weiteren Transistors eingestellt. Im einzelnen wird die Siebwirkung um so wirkungsvoller, je größer die Widerstandswerte des weiteren und des längsgeschalteten Widerstandes und je kleiner die Impedanz des Kondensators für die zu erwartenden Frequenzen ist. Der über den Kondensator fließende Wechselstrom wird damit durch den weiteren Widersland eingeprägt. Da ferner an dem in die Emitterleitung des längsgeschalteten Transistors eingefügten Widerstand die Wechselspannung in der gleichen Amplitude anliegt wie am Kondensator, ist ersichtlich, daß die Güte der Siebwirkung mit wachsendem Widerstand zunimmt. Für den Fall, daß der Wert des weiteren Widerstandes festliegt, weil /.. B. bei gegebenem Gleichstrom ein bestimmter Spannungsabfall am längsgeschalteten Transistor nicht überschritten werden soll und zugleich auch tier Kapa/.itätswcrt des Kondensators nicht variiert werden kann, läßt sich die Siebwirkung durch Verändern des längsgeschalteten

Widerstandes einstellen.

Ferner erreicht man durch die Verwendung von thermisch gekoppelten Transistoren unterschiedlichen Leitfähigkeitstyps, daß sich deren Temperaturgänge kompensieren. Hierdurch wird mit geringem Aufwand zusätzlich eine im wesentlichen von der Außentemperatur unabhängige Strombegrenzerschaltung erhalten. Die thermische Kopplung beider Transistoren kann durch geringen Abstand, durch eine wärmeleitende Verbindung beider Transistorgehäuse, die Unterbringung beider Transistorsysteme in einem Gehäuse oder durch eine noch weitergehende Integration der Schaltung realisiert werden. Ferner ist von Vorteil, daß durch Wahl des Spannungsteilerverhältnisses des an der Basis des weiteren Transistors angeschlossenen Teilers die Größe des zu begrenzenden Stromes problemlos einstellbar ist. Da zudem auch die Güte der Siebung auf einfache Weise durch Dimensionierung des weiteren und des längsgeschalteten Widerstandes bzw. des Kondensators festzulegen ist, erhält man damit eine Begrenzerschaltung, die ohne großen Aufwand einer Vielzahl von Anwendungsfällen anzupassen ist.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist die Schaltungsanordnung, insbesondere einschließlich der Bauelemente des Verbrauchers, in integrierter Technik aufgebaut. Damit ist eine besonders enge thermische Kopplung der Transistoren der Beijrenzerschaltung gewährleistet, die Voraussetzung für äußerste Temperaturstabilität ist.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Im einzelnen zeigt

Fig. 1 eine Schaltungsanordnung zur Strombegrenzung, bei er zur Erzielung einer Siebwirkung zwischen die Basiselektrode des längsgeschalteten Transistors und den Minuspol der Versorgungsquelle ein Kondensator eingeschaltet ist, und

Fig. 2 ein Diagramm, aus dem die Abhängigkeit des Gleichstromes vom Belastungswiderstand bei der in Fig. 1 gezeigten Schaltung ersichtlich ist.

Durch die in Fig. 1 gezeigte Schaltungsanordnung wird der Versorgungsgleichstrom J eines Verbrauchers 1, der vorzugsweise ein Verstärker der eingangs genannten Art ist, begrenzt. Der Verstärker ist dabei mit einem Belastungswiderstand R_h abgeschlossen. Neben einem in den Pfad des Versorgungsgleichstromes J mit seiner Kollektor-Emitter-Strecke längsgeschalteten Transistors 7 vom npn-Typ ist ein weiterer Transistor 6 entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps, also vom pnp-Typ, vorgesehen. Der weitere Transistor 6 ist emitterscitig mit der Basiselektrode und kollektorseitig mit der Emitterelektrode des längsgeschalteten Transistors 7 verbunden und m^;t diesem thermisch eng gekoppelt. Ein Widerstand 5 ist ferner zwischen die Emitterelektrode des längsgeschalteten Transistors 7 und den Minuspol der Versorgungsquelle U_n eingeschaltet. Parallel zur Versorgungsquelle U_n liegt außerdem ein aus Teilwiderständen 3, 4 bestehender Spannungsteiler, dessen Mittelabgriff mit der Basiselektrode des weiteren Transistors 6 verbunden ist. Der zu begrenzende Versorgungsgleiehsirom J wird durch Wahl des Teilerverhältnisses des Spannungsteilers festgelegt. Die Teilwidcrstände 3, 4 können dabei hochohmig ausgelegt werden, was die gewünschte Integration der Schaltungsanordnung begünstigt. Sofern bei der Versorgungsquelle mit Spannungsschwiinkungen gerechnet worden muß, der /u begrenzende Strom aber unabhängig davon sein soll, so ist die Spannung am Teilwiderstand 4 durch allgemein übliche Maßnahmen zu stabilisieren. Ferner ist ein weiterer Widerstand 2 vorgesehen, über den die Emitterelektrode des weiteren Transistors 6 mit Gleichstrom versorgt wird. Der weitere Widerstand 2 ist dabei an die Kollektorelektrode des längsgeschalteten Transistors 7 angeschlossen, was zur Folge hat, daß die Kollektor-Emitter-Spannung U_CE dieses Transistors 7 immer größer als dessen Basis-Emittcr-Spannung sein muß. Im einzelnen ergibt sich die Kollektor-Emitter-Spannung U_CE als Summe aus Basis-Emitter-Spannung des Transistors 7 und Spannungsabfall am weiteren Widerstand 2. Hierdurch er-

»5 reicht man den Vorteil, daß die Betriebsspannung für den Verbraucher 1 im Kurzschlußfalle besonders gering ist. Der Widerstand des Verbrauchers 1 darf allerdings nur so klein werden, daß das Produkt aus Kollektor-Emitter-Spannung U_iE des Transistors 7 und Versorgungsgleichstrom / kleiner als die Verlustleistung des Transistors 7 ist. Bei Erreichen des Wertes, bei dem der Versorgungsgleichstrom J begrenzt werden soll, wird die Emitter-Basis-Spannung des weiteren Transistors 6, der leitend wird, gleich der

*5 Basis-Emitter-Spannung des längsgeschalteten Transistors 7. Damit fließt ein Teil des über den Widerstand 2 fließenden Stromes über den weiteren Transistor 6 ab. Da sich die Diffusionsspannungen der beiden Transistoren 6, 7 infolge deren thermischer Kopplung mit der Temperatur in gleicher Weise ändern, kompensiert sich der Temperatureinfluß.

Ferner ist ein Kondensator 8 zwischen die Basiselektrode des längsgeschalteten Transistors 7 und den Minuspolder Versorgungsquelle U_g eingeschaltet. Da der Transistor 7 nicht ganz durchgeschaltet ist, wird die Schaltung schon bei relativ kleinen Kapazitätswerten des Kondensators 8 für Wechselströme des Verstärkers hochohmig. Ist der als Verstärker ausgebildete Verbraucher 1 beispielsweise für eine Frequenz von 48 kHz vorgesehen, so beträgt der Widerstandswert des weiteren Widerstandes 2 etwa 1 kii und der Kapazitätswert des Kondensators 8 etwa 0,1 bis 0,47 /(F. Durch eine derartige Bemessung erreicht man, daß eine unzulässige Störung der Versorgungsquelle U_B durch den Verbraucher 1 vermieden wird. Zugleich ergibt sich aber auch als Vorteil, daß Störungen von der Versorgungsquelle praktisch nicht an den Verbraucher 1 gelangen können. Eine noch weitergehende Siebung bzw. Drosselung von Wechselspannungen bzw. -strömen läßt sich durch eine Vergrößerung des weiteren Widerstandes 2 bzw. eine Vergrößerung des Kapazitätswertes des Kondensators 8 erreichen. Damit läßt sich die an der Steuerstrecke des längsgeschalteten Transistors 7 auftretende Wechselspannung beliebig klein machen und die Qualität der Siebung in entsprechender Weise steigern.

Aus dem in Fig. 2 gezeigten Diagramm ist die Abhängigkeit des Versorgungsgleichstromes J von der Größe des Belastungswiderstandes R_h bei verschiedenen Temperaturen ersichtlich. Die Transistoren 6 und 7 sind in diesem Falle etwa im Abstand von 4 mm nebeneinandei angeordnet. Hs /eigt sich dabei aus dein Diagramm, daß schon bei geringer thermischer Kopplung bei unterschiedlichen Temperaturen. Kurve d /eigt den Verlauf des Stromes bei 2.V C und Kurve c den Verlauf bei 60" C, nur bei wesentlich linier dem Nennwert Heuenden Werten des BeIa-

stungswiderstandes geringfügige Unterschiede im Versorgungsgleichstrom J auftreten. Diese Unterschiede verschwinden jedoch in einem weiten Bereich um den Nennwert des Widerstandes R₁., angedeutet durch die gestrichelte Linie /. vollkommen. Es wird damit eine Begrcn/crschaltungerhalten, die /usat/lic im wesentlichen unabhängig von Schwankungen dt Temperatur im Bctriebstemperaturbercich eine gleichbleibenden Versorgungsstrom J an den Ver braucher 1 liefert.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Begrenzung eines Gleichstroms, welche zugleich als Sperrdrossel wirkt, für einen Verbraucher, insbesondere einen Verstärker, unter Verwendung eines mit seiner Kollektor-Emitter-Strecke in den Weg des Versorgungsgleichstromes längs eingeschalteten Transistors sowie eines weiteren Transistors vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp wie der längsgeschaltete Transistor, bei der zwischen die Emitter-Elektrode des längsgeschalteten Transistors und einem Pol der Versorgungsspannungsquelle ein Widerstand eingeschaltet ist und bei der die Basiselektrode des längsgeschalteten Transistors durch einen Kondensator unmittelbar mit einem Pol der Versorgungsspannungsquelle verbundenist, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Transistor (6) emitterseitig mit der Basiselektrode und kollektorseitig mit der Emitterelektrode des längsgeschalteten Transistors (7) verbunden und mit diesem thermisch eng gekoppelt ist, daß ein aus Teilwiderstanden (3, 4) bestehender Spannungsteiler, dessen Mittelabgriff mit der Basiselektrode des weiteren Transistors (6) verbunden ist, parallel zur Versorgungsspannungsquelle (U_B) gelegt ist, daß die Emitterelektrode des weiteren Transistors (6) über einen weiteren Widerstand (2) an den Verbindungspunkt der Kollektorelektrode des längsgeschalteten Transistors (7) mit dem Verbraucher (1) angeschlossen ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den gemeinsamen Aufbau der Schaltungsanordnung in integrierter Technik, insbesondere einschließlich der Bauelemente des Verbrauchers.