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Integrierte Regelschaltung mit Transistoren
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Es sind bereits Regelschaltungen mit Transistoren bekannt, deren Ausgangsspannung
gegen Veränderung der Belastung durch die Belastungseinrichtung stabilisiert ist
(siehe z.B. Siemens, Technische Mitteilungen, Halbleiter, Spannungsstabilisierung,
Teil 3, Seiten 3 bis 19, 1972, Bestell-Nr. 2-3600-054). Bei solchen Regelschaltungen
ist die Belastungseinrichtung als Zweipol in den Emitterstromkre s eines Ausgangstransistors
eingefügt, der stabilisiert gesteuert wird. Zu einer derartigen Regelschaltung gehören
auch Widerstände, die unter anderem in dem Teil der Schaltung benötigt werden, der
die stabilisierte Steuerung zustande bringt. Die Wieerstandswerte, die solche Widerstände
haben müssen, hängen von den Eigenschaften der verwendeten Transistoren ab, die
ihrerseits auch im Zusammenhang damit stehen, welche Größenordnung die Belastung
der Regelschaltung hat. Ist eine relativ geringe Belastung vorgesehen und werden
daher dementsprechend kleine Transistoren verwendet, so kann dies zur Folge haben,
daß Widerstände benötigt werden, deren Widerstandswert recht hoch zu sein hat. Handelt
es sich un eine Regelschaltung, die als integrierte Schaltung herzustellen ist,
so kann es sich ergeben, daß auf dem Schaltungsplättchen verhälinismäßig viel Platz
für solche Widerstände benötigt wird. Die Erfindung geht nun von der Aufgabe aus,
eine integrierte Regelschaltung zu schaffen, bei der eine obere Grenze für den Widerstandswert
solcher Widerstände eingehalter. werden kann.
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Die Erfindung geht dabei von einer integrierten Regelschaltung mit
Transistoren aus, deren Ausgangsspannung gegen Veränderung bei Änderung der Belastung
durch eine Belastungseinrichtung stabilisiert ist, die als Zweipol in den Emitterstromkreis
eines Ausgangstransistors eingefügt ist, der stabilisiert gesteuert wird. Diese
Regelschaltung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des Ausgangstransistors
an den einen Emitter eines Steuertransistors mit zwei Emittern angeschlossen ist,
dessen Kollektor mit dem Kollektor des
Ausgangstransistors verbunden
ist, daß an die Basis des Steuertransistors der Kollektor eines Gegenkopplungstransistors
angeschlossen ist, dessen Basis an den Abgriff eines parallel zur Belastungseinrichtung
liegenden Spannungsteilers angeschlossen ist und dessen Kollektorwiderstand die
zum anderen Emitter des Steuertransistors führende und in Sperrichtung beanspruchte
Basis-Emitter-Strecke einschließlich eines vorgeschalteten Ergänzungswiderstandes
ist.
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Bei dieser Regelschaltung, bei der die Steuerung mit Hilfe eines Gegenkopplungseffektes
stabilisiert ist, wird also der Kollektorwider stand des hierfür benutzten Gegenkopplungstransistors
zum überwiegenden Teil durch eine in Sperrichtung beanspruchte Basis-Emitter-Strecke,
also durch eine Diodenstrecke gebildet. Der noch vorgeschaltete Ergänzungswiderstand
kann daher einen wesentlich niedrigeren Widerstandswert haben als ihn sonst ein
einzelner Kollektorw;iderstand zu haben hat. Der Platzbedarf auf dem Schaltungsplättchen
für den Kollektorwiderstand des Steuertransistors ist daher gegenüber anderen vergleichbaren
Schaltungen wesentlich verringert. Dies hat zur Folge, daß auf demselben Schaltungsplättchen
vorteilhafterweise nehr Schaltungen als sonst untergebracht werden können.
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Es wird sich noch zeigen, daß die gemäß der Erfindung aufgebaute Regelschaltung
noch einen weiteren vorteilhaften Effekt hat. Es ergibt sich nämlich im Betrieb,
daß die Ausgangsspannung zwar bei Anderungen der an die Regelschaltung angelegten
Betriebs spannung nicht onstant bleibt. Es bleibt aber ihr Unterschied gegenüber
dem zur Betriebsspannung gehörenden einen Potential wenigstens bei nicht zu großen
Schwankungen der Betriebsspanntzg ziemlich konstant. Dies erlaubt die Regelschaltung
zum Betrieb von anderen Schaltungen zu benutzen, die auch unter dem Einfluß derselben
Betriebsspannungsquelle stehen und für deren Betrieb der erwähnte Unterschied zwischen
der stabilisierten Ausgangsspannung und dem betreffenden zur Betriebsspannungsquelle
gehörenden Potential maßgebend ist.
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In der Figur ist ein Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße
Regelschaltung gezeigt, bei der n-p-n-Transistoren benutzt sina. In sinngemäßer
Anpassung könnte die Schaltung aber auch beispielsweise mit p-n-p-Transistoren aufgebaut
werden. Die stabilisierte Ausgangs-
spannung wird an der Klemme
+Us geliefert. Die Betriebsspannungsquelle ist an die Klemmen +U und Uo angeschlossen.
Die Belastungseinrichtung ist hier durch den Widerstand R4 vertreten, der mit einem
Ende an die Klemme +Us und mit dem anderen Ende an die Klemme Uo angeschlossen ist.
Der Kollektor des Ausgangstransistors T1 ist an die Klemme +U und sein Emitter ist
an die Klemme +Us angeschlossen, was zur Folge hat, daß die Belastungseinrichtung
R4 im Emitterstromkreis des Ausgangstransistors T1 liegt. Der Ausgangatransistor
T1 wird über seine Basis stabilisiert gesteuert. Der Steuerstrom wird über den Steuertransistor
T3 geliefert, an dessen Emitter el die Basis des Ausgangstransistors T1 angeschlossen
ist. Der Kollektor des Steuertransistors T3 ist an die Klemme +U direkt angeschlossen,
während der zweite Emitter e2 dort über den ihm vorgeschalteten Ergänzungswiderstand
R3 angeschlossen ist. Der Kollektor des gegen kopplungstransistors T2 ist an die
Basis des Steuertransistors T3 angeschlossen, während der Emitter des Gegenkopplungstransistors
T2 an die Klemme Uo angeschlossen ist. Der Gegenkopplungstransistor T2 wird daher
über den Widerstand R3 und die in Sperrichtung beanspruchte Basis-Emitter-Strecke
des Steuertransistors T3, die über den Emitter e2 führt, mit Strom versorgt. Ein
Teil des über den Erganzungswiderstand R3 und die erwähnte Basis-Emitter-Strecke
fliessenden Stromes wird zur Steuerung des Steuertransistors T3 abgeleitet und fließt
über dessen Emitter ei weiter. Er fließt zusazzen mit dem von ihm hervorgerufenen
und vom Kollektot c des Steuertransistors T3 herkommenden Strom zur Basis des Ausgangstransistors
T1, der hierdurch derart gesteuert wird, daß an der Klemme +Us eine bestimmte Spannung
abnehmbar ist. Diese Spannung liegt auch am Spannungsteiler aus den Widerständen
R1 und R2, dessen Abgriff mit der Basis des Transistors T2 verbunden ist. Wenn die
an der Klemme +Us liegende Spannung größer wird, wird auch die an der Basis des
Transistors T3 liegende Spannung größer und der Transistor T2 wird stärker leitend
gesteuert als vorher, sodaß über ihn mehr Strom als vorher von der Basis des Transistors
T3 abgeleitet wird. Dies hat dann zur Folge, daß die Transistoren T3 und T1 weniger
stark leitend als vorher gesteuert werden, es tritt also eine Gegenkopplung auf.
Der entsprechende Gegenkopplungseffekt mit ungekehrter Wirkung tritt auf, wenn die
Spannung an der Klemme +Us kleiner werden würde. Insgesamt ergibt es sich, daß die
an der Klemme +Us liegende Spannung durch die Wirkung des Gegenkopplungstransistors
T2 stabilisiert wird.
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Die Basis-Emitter-Strecke des Steuertransistors T3, die über den Emitter
e2 führt, ist, wie bereits erwähnt, in Sperrichtung beansprucht, was zur Folge hat,
daß an dieser Strecke eine Spannung auftritt, also eine konstante Spannung (siehe
Liman: Elektronik ohne Ballast, Seiten 71 bis 73). Diese Spannung beträgt z.B. 6V.
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Die Schaltung läßt sich so dimensionieren, daß eine demgegenüber kleinere
Spannung am Ergänzungswiderstand R3 abfällt. Beispielsweise kann der Widerstand
R3 den Widerstandswert 20 kOhm haben, während der Widerstand Rl, 7,8 kOhm und der
Widerstand R2 2,2 kOhin hat. Die Z-Spannung wird hier nicht als Normalspannung für
die Brzielung eines Stabilisierungseffektes ausgenutzt, wie es an sich bekannt ist,
sondern sie wird hier dafiir ausgenutzt, zu ermöglichel, daß der Widerstandwert
des Wiederstandes R3 kleiner als sonst ist.
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Wenn die Betriebsspannung beispielsweise etwas kleiner wird, so hat
dies zur Folge, daß am Ergänzungswiderstand R3 ein dementsprechend kleinerer Spannungsabfall
als onst auftritt. Dementsprechend wird auch die zwischen der Basis des Transistors
T3 und der Klemme +U liegende Spannung kleiner. Dies wirkt sich über die Basis des
Transistors T1 auch auf die Klemme +Us aus. Die zwischen den Klemmen ;s und Uo liegende
Spannung bleibt dagegen, wie sich zeigt, verhältnismäßig konstant. Dies ist auch
der Fall, wenn die Betriebsspannung etwas größer wird. Dann wird der Spannungsabfall
am Widerstand R3 größer. Innerhalb gewisser Grenzen ergibt es sich also, daß auch
bei Schwankungen der Betriebsspannung, die zwischen den Klemmen +U und Uo liegt,
diejenige Spannung verhältnismäßig konstant bleibt, die zwischen den Klemmen +Us
und Uo liegt. Diese Spannung kann daher, wie bereits vorstehend angegeben, bei bestimmten
Schaltungen in vorteilhafter Weise ausgenutzt werden, die mit Spannungen zu versorgen
sind.
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1 Patentanspruch 1 Figur
L e e r s e i t e