DE2403265A1

DE2403265A1 - Schaltung zum erzeugen einer annaehernd konstanten gleichspannung fuer einen verbraucher mit veraenderbarer stromaufnahme

Info

Publication number: DE2403265A1
Application number: DE2403265A
Authority: DE
Inventors: Erdal Dipl Ing Afsar
Original assignee: Robert Bosch Elektronik GmbH
Current assignee: Robert Bosch Elektronik GmbH
Priority date: 1974-01-24
Filing date: 1974-01-24
Publication date: 1975-08-07

Description

Schaltung zum Erzeugen einer annähernd konstanten Gleichspannung für einen Verbraucher mit veränderbarer Stromaufnahme Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zum Erzeugen einer annähernd konstanten Gleichspannung für einen Verbraucher mit veränderbarer Stromaufnahme mittels einer Referenzspannungsquelle, deren Spannung belastungsabhängig ist.
In verschiedenen Bereichen der Elektronik wird eine Referenzspannungsquelle benötigt, deren Spannung auch bei starken Anderungen des durch einen an die Referenzspannungsquelle angeschlossenen Verbraucher fließenden Stromes annähernd konstant bleibt. Einfache Referenzspannungsquellen bestehen beispielsweise aus einer an einer Gleichspannungsquelle liegenden Reihenschaltung aus einem Vorwiderstand und einem Referenzspannungselement, das ist zum Beispiel eine vorzugsweise temperaturkompensierte Z-Diode. Die an einer Z-Diode liegende stabilisierte Referenzspannung für einen Verbraucher ist jedoch durch den differentiellen Widerstand der Diodenkennlinie so stark von der Größe des Verbraucherstromes abhängig, daß die stabilisierende Wirkung für bestimmte, mit einer möglichst konstanten Spannung zu speisende Verbraucher nicht ausreicht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Referenzspannungsquelle zu schaffen, die auch bei großen Änderungen des Verb rauche rstromes Verbraucherstromes eine annähernd konstante Gleichspannung abgibt. Sie soll darüber hinaus einen niedrigen Innenwiderstand aufweisen und mit verhältnismäßig geringem Schaltungsaufwand realisierbar sein.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Schaltung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß ein Pol der Referenzspannungsquelle auf einem festen Bezugspotential und der andere Pol mit einem invertierenden und einem nichtinvertierenden Eingang eines Operationsverstärkers verbunden ist, dessen Ausgang niederohmig auf den invertierenden Eingang rückgekoppelt ist und zwischen dessen Ausgangsklemmen der Verbraucher liegt.
Durch die vorgenannten Maßnahmen wird erreicht, daß änderungen des Verbraucherstromes sich nicht auf die Größe der Referenzspannung auswirken können. Die Referenzspannung ist also mit anderen Worten fast belastungsunabhängig.
Die Referenzspannungsquelle kann vorteilhafterweise entweder ein Primärelement mit möglichst konstanter Spannung sein oder sie kann aus einer über einen Vorwiderstand an einer Gleichspannungsquelle liegenden vorzugsweise temperaturkompensierten Z-Diode bestehen. In Ausgestaltung der Erfindung ist die Referenzspannung mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers über einen zusätzlichen Widerstand und mit dem nichtinvertierenden Eingang unmittelbar verbunden. Durch den zusätzlichen Widerstand wird die Entkopplung zwischen dem Verbraucher und dem Referenzspannungselement noch weiter erhöht.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können der Ausgang und der der invertierende Eingang des Operationsverstärkers kurzgeschlossen sein, so daß seine Verstärkung praktisch gleich Null ist. Damit wird verhindert, daß eine unerwünschterweise vorhandene Differenzspannung an den Eingängen des Qperationsverstärkers verstärkt wird, wodurch die Ausgangsspannung verfälscht würde.
Das Prinzip sowie eine bevorzugte Ausführungsform der Schaltung werden an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Schaltbildes näher erläutert.
Die Schaltung enthält eine an einer Betriebsspannung UB liegende Reihenschaltung aus einem Vorwiderstand R1 und einer Z-Diode D.
Der gemeinsame Anschluß von Vorwiderstand R1 und Z-Diode D steht erstens über einen zusätzlichen Widerstand R2 mit einem invertierenden Eingang E1 eines Operationsverstärkers O in Verbindung und zweitens unmittelbar oder über einen anderen zusätzlichen Widerstand R4 (in der Zeichnung gestrichelt angedeutet) mit einem nichtinvertierenden Eingang E2. Der Operationsverstärker 0 besitzt noch zwei Anschlüsse zum Zuführen der Betriebsspannung UB und einen Ausgang zum Anschließen eines Verbrauchers, der in der Zeichnung durch einen Lastwiderstand RL symbolisiert ist. Ausgang A und invertierender Eingang E1 sind über eine Rückkopplungsleitung L miteinander verbunden, wobei in dieser Leitung ein in der Zeichnung durch gestrichelte Linien angedeuteter Rückkopplungswiderstand R3 liegen kann. Die Wirkungsweise der vorstehend beschriebenen Schaltung ist folgende: Würde Würde die Schaltung keinen Operationsverstärker enthalten und läge dann der Lastwiderstand RL parallel zu der als Referenzspannungselement dienenden Z-Diode D, so wäre die Referenzspannung IJz bei starken Änderungen des Verbraucherstromes IL nicht konstant, da die Kennlinie einer Z-Diode im Zener-Bereich eine endliche Steigung aufweist.
Durch die Einfügung eines Operationsverstärkers O in der aus der Zeichnung ersichtlichen Weise werden Referenzspannungselement und Verbraucher gegeneinander entkoppelt. Da die Referenzspannung an den Eingängen E1 und E2 des Operationsverstärkers O in dem vorliegenden Fall gleich Null ist, erscheint die zwischen dem nichtinvertierenden Eingang E2 und Masse liegende Referenzspannung UZ auch zwischen dem Ausgang A und Masse, d. h. UA ist gleich UZ Der für den Lastwiderstand RL benötigte Strom IL, der zum Beispiel zwischen 0 und 10 mA schwanken kann, wird ausschließlich von dem Operationsverstärker 0 geliefert, d. h.
von der an dem Operationsverstärker liegenden Betriebsspannungsquelle der Spannung UB. Über den Vorwiderstand R1 und den Widerstand R2 sowie den gegebenenfalls vorhandenen Rückkopplungswiderstand R3 fließt also kein Laststrom IL. Dabei wird vorausgesetzt, daß der Widerstandswert des Widerstandes R2 erheblich gröerist als der Widerstandswert des Widerstandes R1. In dem angenommenen Beispiel verhalten sich die Widerstandswerte der Widerstände R1 und R2 wie 1 : 10.
Mit dem gegebenenfalls in der Zuleitung zu dem nichtinvertierenden Eingang E2 des Operationsverstärkers 0 eingefügten zusätzlichen Widerstand R4 wird folgendes bezweckt. Handelsübliche Operationsverstärker Operationsverstärker weisen im Betrieb eine sogenannte Offsetspannung und sogenannte Offsetströme auf, die im wesentlichen auf nicht vermeidbare Unsymmetrien der verwendeten Schaltungselemente zurückzuführen sind. Um zu verhindern, daß sich die genannten Unsymmetrien durch den zusätzlichen Widerstand R2 noch weiter vergrößern, ist es zweckmäßig, den zusätzlichen Widerstand R4 einzufügen.
Für eine erprobte Schaltung gelten die aus der Zeichnung ersichtlichen Dimensionierungsangaben und Typen von Bauelementen. Von der Größe des Widerstandswertes des Rückkopplungswiderstandes R3 hängt die Verstärkung des in der vorliegenden Schaltung benutzten Operationsverstärkers O ab-. Zweckmäßigerweise ist Jedoch der Widerstandswert des Widerstandes R5 gleich Null zu bemessen, d. h. Ausgang A und invertierender Eingang E1 sind kurzzuschließen, damit sich eine Verstärkung gleich Null ergibt. Damit wird nämlich der Vorteil erzielt, daß eine eventuell zwischen den Eingängen Elund E2 vorhandene geringe Differenzspannung, z. B.
die Offsetspannung des Operationsverstärkers O, ni cht verstärkt und damit die Größe der Ausgangsspannung UA = UZ nicht noch mehr verfälscht wird.
An die Stelle der Referenzspannungsquelle aus Z-Diode D und Vorwiderstand R1 kann bei sonst gleichem Schaltungsaufbau ein Primärelement nach Art eines Normalelementes treten, das eine konstante Spannung abgibt.

Claims

Patentansprüche

Schaltung zum Erzeugen einer annähernd konstanten Gleichspannung für einen Verbraucher mit veränderbarer Stromaufnahme mittels einer Referenzspannungquelle, deren Spannung belastungsabhängig ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Pol der Referenzspannungsquelle auf einem festen Bezugspotential und der andere Pol mit einem invertierenden und einem nichtinvertierenden Eingang (E1, E2) eines Operationsverstärkers (0) verbunden ist, dessen Ausgang (A) niederohmig auf den invertierenden Eingang (E1) rückgekoppelt ist und zwischen dessen Ausgangsklemmen der Verbraucher (z. B. RL) liegt.
2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzspannungsquelle aus einer über einen Vorwiderstand (R1) an einer Gleichspannungsquelle liegenden vorzugsweise temperaturkompensierten Z-Diode besteht.
3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzspannungsquelle aus einem Primärelement mit möglichst konstanter Spannung besteht.
4. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzspannung mit dem invertierenden Eingang (E1) des Operationsverstärkers (O) über einen zusätzlichen Widerstand (R2) und mit dem nichtinvertierenden Eingang (E2) unmittelbar verbunden ist.
5. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzspannung mit dem invertierenden Eingang (E1) und dem nichtinvertierenden Eingang (E2) des Operationsverstärkers (0) über je einen zusätzlichen Widerstand (R2, R4) verbunden ist.
6. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Ausgang (A) und invertierender Eingang (E1) des Operationsverstärkers (0) kurzgeschlossen sind.
7. Schaltung nach Anspruch 1, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Operationsverstärker (O) in integrierter Schaltungstechnik hergestellt ist.

L e e r s e i t e