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Schaltungsanordnung zur Strombegrenzung.
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Ähnlich wie Zenerdioden in einem bestimmten Strombereich die Spannung
konstant halten, liefern Strombegrenzer in einem vorgegebenen Spannungsbereich einen
Strom konstanter Stärke. Es sind einfache Schaltungen zur Stromstabilisierung bekannt,
die aus einem Referenzelement, einem Transistor und einem Strommeßwiderstand bestehen.
Das Referenzelement sorgt für eine konstante Basisspannung des Transistors. Im Emitterzweig
liegtein Strommeßwiderstand, dessen Spannungsabfall auf die Steuerspannung des Transistors
wirkt. Die Basis-Emitterspannung des Transistors subtrahiert sich von der Referenzspannung
in Bezug auf den Spannungsvergleich von 'Referenzspannung und Spannungsabfall am
Strommeßwiderstand. Darüber hinaus sind noch zahlreiche präzise, aber entsprechend
aufwendige Stromregelschaltungen bekannt.
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Nachteilig bei den einfachen Regelschaltungen ist allerdings, daß
der Temperaturgang der Basis-Emitterspannung des Transistors sich auf die Stromgenauigkeit
auswirkt. Steht aus schaltungstechnischen Gründennur ein kleiner Spannungsabfall
über dem Meßwiderstand zur Verfügung, so kommt dieser Fehler prozentual sehr stark
zum Tragen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, mit möglichst einfachen
Mitteln eine Konstantstromquelle hoher Genauigkeit über einen weiten Temperaturbereich
zu schaffen. Diese Aufgabe wird mit einer Schaltungsanordnung zur Strombegrenzung
mit einem Strommeßwiderstand, dessen Spannungsabfall auf die Steuerspannung
des
mit konstanter Vorspannung betriebenen Verstärkerelementes wirkt, dadurch gelöst,
daß das Verstärkerelement aus zwei Transistoren und einem Balswiderstand für den
Regeitransistor besteht, daß ferner die Basis-Emitterspannungen der Transistoren
für den Vergleich von dem Spannungsabfall an dem Strommeßwiderstand und der Referenzspannung
entgegengesetzt gerichtet sind, so daß bei gleichem Betrag für beide Spannungen
der Spannungsabfall an dem Strommeßwiderstand gleich der Referenzspannung wird.
Dadurch wird erreicht, daß bei geeigneter Dimensionierung sich der Temperaturgang
der beiden Basis-Emitterspannungen aufhebt. Außerdem wird durch den zweiten Transistor
die Belastung des Referenzelementes stark verringert.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind Schaltmittel vorgesehen,
die zum Schalten des konstanten Ausgangs stromes durch Schalten des Basis stromes
des Regeltransistors dienen. Als Schaltmittel in diesem Zusammenhang kann beispielsweise
ein Transistor Verwendung finden. Dadurch wird erreicht, daß der Steuerstrom für
diesen Transistor wesentlich kleiner (annähernd zwei Stromverstärkungsfaktoren)
als der Ausgangsstrom wird.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind zwei oder mehrere
Stromquellen parallelgeschaltet, die mit Hilfe der Strommeßwiderstände auf verschiedene
Ströme eingestellt sein können.
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Auf diese Weise wird erreicht, daß mit einem Referenzelement verschiedene
konstante Ströme erzeugt werden können, die durch geeignete Wahl der Strommeßwiderstände
einstellbar sind.
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In der Praxis kommt es häufig vor, daß mehrere Verbraucher vorgesehen
sind, die immer nur einzeln angeschaltet werden. Wenn diese Verbraucher, z.B. Relais,
für einen Strom in gleicher Höhe ausgelegt sind, können nach einer weiteren Ausbildung
der Erfindung Schaltmittel, z.B. Transistoren, vorgesehen sein, durch die diese
Verbraucher einzeln angeschaltet werden.
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Im Sinne der Erfindung ist es ferner auch möglich, als Referenzelement
einen einfachen, hochpräzisen Konstantspannungsgeber zu verwenden, wobei an der
Eingangsseite einer Regelschaltung, bestehend aus einem Differenzspannungsverstärker
und einem stetig regelbaren Verstärkerelement, z.B. einen Transistor, ein mit konstantem
Strom betriebenes Referenz element vorgesehen ist und sich ferner am Emitter des
Regeltransistors ein Spannungsteiler befindet, an dem die gewünschte Referenzspannung
abgegriffen wird.
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Die Erfindung wird anhand der Figuren erläutert. Es zeigen: Fig. 1
ein prinzipielles Ausführungsbeispiel, Fig. 2 die Beschaltung einer Stromquelle
mit mehreren Verbrauchern und Fig. 3 die Stromquellen mit einer ausgeführten Konstantspannungserzeugung.
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In der Fig. 1 ist eine
| spannungs |
| Konstanttromquelle |
ZD mit einem Widerstand Rz vorgesehen. Diese Spannungsquelle versorgt nach dem Ausfunrungsbeispiel
zwei Konstantstromquellen, bestehend aus den Transistoren T1, T2 mit den dazugehörenden
Widerständen R7, R2 zur Steuerung des Verbrauchers V1 und den Transistoren T4, T5
mit den dazugehörenden Widerständen R3, R4 zur Speisung des Verbrauchers V2. Die
Ströme IV1, IV2 durch die Verbraucher V1 bzw. V2 werden mit den Transistoren T3
bzw. T6 geschaltet. Am Punkt S kann eine Referenzspannung für weitere Stromquellen
abgegriffen werden. Mit-UZD ist die Spannung am Referenzelement ZD bezeichnet. Über
die Basis der Transistoren T3, T6, erfolgt die Ansteuerung der Verbraucher V1, V2.
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Anschließend wird die Wirkungsweise der Stromquelle TI, T2, R1,
R2
beschrieben. Die Basis des Widerstandes T1 liegt an der auf die positive Batteriespannung
bezogenen konstanten Spannung. Da die Basis-Emitter-Spannungen der Transistoren
T1 und T2 entgegengesetzt gerichtet sind, ist die Spannung über dem Widerstand R2
bei entsprechender Bauteilewahl gleich der Spannung an der Basis des Transistors
T1. Der Transistor T2 liefert damit einen konstanten Strom. Der Widerstand Ri dient
als Basiswrziderstand für den Transistor T2.
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In den weiteren Figuren sind dieselben Schaltelemente mit den gleichen
Bezugszeichen wie in der Fig. 1 versehen. In der Fig. 2 ist die Referenzspannung
UREF nur als Spannungspfeil angedeutet.
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An der einen dargestellten Stromquelle sind mehrere Verbraucher V1....VN
angeschlossen, die mit Hilfe der Transistoren Ts1....Tsn angesteuert werden.
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Die Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel nach der Fig. 1 mit einer
Schaltungsanordnung, die eine hochkonstante Referenzspannung für die Stromquellen
liefert. Diese Konstantspannungsquelle besteht aus einer temperaturkompensierten
Referenzdiode ZD1, einem Operationsverstärker OP in Spannungsfolgerschaltung und
den Transistoren T7, T8. Der Operationsverstärker ist so geschaltet, daß er die
Spannung am Emitter des Transistors T8 auf die Spannung UZD1 der Referenzdiode ZD1
regelt. Diese geregelte, auf die positive VersorgxngsspannuEbezogene Spannung wird
durch den Spannungsteiler R5 geteilt. Die Spannung an diesem Widerstand ist mit
UR5 bezeichnet. In Reihe mit dem Referenzelement ZD1 ist eine Konstantstromquelle,
bestehend aus einem Transistor T7 und einem Widerstand R6 vorgesehen.
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Am Punkt A kann eine geregelte, auf die positive Batteriespannung
bezogene Spannung abgenommen werden. Am Punkt B steht eine gering belastbare, auf
Null-Volt bezogene konstante Spannung zur Verfügung.
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Der Operationsverstärker OP steuert mit hoher statischer Verstärkung
(keine Gegenkopplung) den Transistor T8 an. Wenn R5, wie in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel,
als Spannungsteiler ausgeführt ist,kann an ihm jede Spannung, die kleiner ist als
die Spannung UZD1, am Referenzelement ZDl abgegriffen werden. Da die Spannung über
dem Widerstand R5 geregelt wird, liefert der Transistor T8 einen konstanten Kollektorstrom.
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Dieser Konstantstrom wird ausgenützt, um an dem Widerstand R7 eine
auf die negative Versorgungsspannung bezogene konstante Spannung zu erzeugen. Diese
Spannung dient dabei zur Ansteuerung der Konstantstromquelle T7/R6, die das Referenzelement
versorgt. Das Referenzelement wird somit mit konstantem Strom betrieben. Infolgedessen
hängt die Genauigkeit der Referenzspannung im wesentlichen vom Temperaturgang des
verwendeten Referenzelementes ab.
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Der Widerstand R7 kann selbstverständlich auch als Spannungsteiler
ausgeführt werden.
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5 Patentansprüche 3 Figuren