DE2612494C3 - Integrierte Konstantspannungs-Regelschaltung mit Transistoren - Google Patents

Description

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 Emitterstromkreis eines Ausgangstransistors eingefügt, der stabilisiert gesteuert wird. Zu einer derartigen Regelschaltung gehören auch Widerstände, die unter anderem in dem Tei! der Schaltung benötigt werden, der die stabilisierte Steuerung zustande bringt. Die Widerstandswerte, 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 um eine Regelschaltung, die als integrierte Schaltung herzustellen ist, so kann es sich ergeben, daß auf dem Schaltungsplättchen verhältnismäßig viel Platz bzw. viel Aufwand für solche Widerstände benötigt wird (siehe »Regelungstechnische Praxis und Prozeß-Rechentechnik«, 1970, Heft 6, Seite M 46).

Die Erfindung geht nun von der Aufgabe aus, eine integrierte Regelschaltung zu schaffen, bei der eine obere Grenze für den Widerstandswert solcher Widerstände eingehalten werden kann.

Die Erfindung macht sich dabei die bekannte Technik zunutze, einen die stabilisierte Ausgangsspannung liefernden Ausgangstransistor unter Mitwirkung eines Steuertransistors und eines Gegenkopplungstransistors stabilisiert zu steuern (siehe »Elektronik« 1968, Heft 2, Seite A9 bzw. »radio mentor«, 1967 Heft 9, Seiten 702 und 703). Bei derartigen integrierten Schaltungen fehlen jedoch entweder für ihre Arbeitsweise zwingend erforderliche Widerstände, die daher zusätzlich anzuschließen sind oder sie benötigen eine verhältnismäßig große Anzahl von Transistoren. Beide Nachteile sind bei der nachfolgend angegebenen integrierten Regelschaltung vermieden.

Die Erfindung geht von einer integrierten Regelschal

tung gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruches aus, und sie ist durch die kennzeichnenden Merkmale dieses Anspruchs verwirklicht

Doppelemittertransistoren sind im gegebenen Zusammenhang an sich bekannt (radio mentor, 1967, Heft 9, Seite 703, Bild 3).

Bei der erfindungsgemäßen Regelschaltung, bei der die Steuerung mit Hilfe eines Gegenkopplungseffektes stabilisiert ist, wird also der Kollektorwiderstand 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 Kollektorwiderstand haben muß. Der Platzbedarf auf dem Schaltungsplättchen für den Kollektorwiderstand des Steuertransistors ist daher gegenüber anderen vergleichbaren Schaltungen wesentlich verrin gert Dies hat zur Folge, daß auf demselben Schaltungs plättchen vorteilhafterweise mehr Schaltungen als sonst untergebracht werden können.

Die gem?.ß der Erfindung aufgebaute Regelschaltung hat noch einen weiteren vorteilhaften Effekt: Es ergibt sich nämlich im Betrieb, daß die Ausgangsspannung zwar bei Änderungen der an die Regelschaltung angelegten Betriebsspannung nicht absolut konstant bleibt Es bleibt aber ihr Unterschied gegenüber dem zur Betriebsspannung gehörenden einen Potential wenig stens bei nicht zu großen Schwankungen der Betriebs spannung 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

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Regelschaltung gezeigt, bei der n-p-n-Transistoren benutzt sind. In sinngemäßer Anpassung könnte die Schaltung aber auch beispielsweise mit p-n-p-Transistoren aufgebaut werden. Die stabilisierte Ausgangsspannung wird an der Klemme + Us geliefert Die Betriebsspannungsquelle ist an die Klemme +U und Uo angeschlossen. Die Belastungseinrichtung ist hier durch den Widerstand A4 dargestellt, der mit einem Ende an der Klemme + Us und mit dem anderen Ende an der Klemme Uo liegt Der Kollektor des Ausgangstransistors 71 ist an die Klemme + Uund sein

so Emitter ist an die Klemme + Us angeschlossen, was zur Folge hat, daß die Belastungseinrichtung R 4 im Emitterstromkreis des Ausgangstransistors Ti liegt Der Ausgangstransistor Tl wird über seine Basis stabilisiert gesteuert Der Steuerstrom wird über den Steuertransistor T3 geliefert an dessen Emitter e 1 die Basis des Ausgangstransistors 7Ί angeschlossen ist Der Kollektor C des Steuertransistors 73 ist mit der Klemme + Udirekt der zweite Emitter e 2 mit ihr über den ihm vorgeschalteten Ergänzungswiderstand R 3 verbunden. Der Kollektor des Gegenkopplungstransistors 72 liegt an der Basis des Steuertransistors 73, während der Emitter des Gegenkopplungstransistors 72 an die Klemme Uo angeschlossen ist Der Gegenkopplungstransistor 72 wird daher über den Widerstand R 3 und die in Sperrichtung beanspruchte Basis-Emitter-Strecke des Steuertransistors 73, die über den Emitter e 2 führt mit Strom versorgt Ein Teil des über den Ergänzungswiderstand A3 und die

erwähnte Basis-Emitter-Strecke fließenden Stromes wird zur Steuerung des Steuertransistors Γ3 abgeleitet und fließt über dessen Emitter el weiter. Er fließt zusammen mit dem von ihm hervorgerufenen und vom Kollektor c des Steuertransistors Γ3 herkommenden Strom zur Basis des Ausgangstransistors Tl, 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 R 2, dessen Abgriff mit der Basis des Transistors TI verbunden ist Wenn die an der Klemme + Us liegende Spannung größer wird, wird auch die an der Basis des Transistors Π liegende Spannung größer und der Transistor T2 wird stärker leitend gesteuert ab. vorher, so daß über ihn mehr Strom als vorher von der Basis des Transistors Γ3 abgeleitet wird. Dies hat dann zur Folge, daß die Transistoren Γ3 und Π weniger stark leitend als vorher gesteuert werden, es tritt also eine Gegenkopplung auf. Der entsprechende Gegenkopplungseffekt mit umgekehrter Wirkung tritt auf, wenn die Spannung an der Klemme + Us kleiner werden würde. Insgesamt ergibt sich, daß die an der Klemme + Us liegende Spannung durch die Wirkung des Gegenkopplungstransistors T2 stabilisiert wird.

Die Basis-Emitter-Strecke des Steuertransistors Γ3, die über den Emitter e 2 führt, ist, wie bereits erwähnt, in Sperrichtung beansprucht, was zur Folge hat, daß an dieser Strecke eine Z-Spannung auftritt, also eine konstante Spannung (siehe Liman: Elektronik ohne Ballast Seiten 71 bis 73). Diese Z-Spannung beträgt z. ti. 6 V. Die Schaltung läßt sich so dimensionieren, daß eine demgegenüber kleinere Spannung am IZrgänzungswiderstand A3 abfällt Beispielsweise kann der Widerstand A3 den Widerstandswert 20kOhm haben, während der Widerstand Al mit 7,8kOhm und der Widerstand Ä2 mit 2£kOhm bemessen ist Die Z-Spannung wird hier nicht als Normalspannung für die Erzielung eines Stabilisierungseffektes ausgenutzt, wie es an sich bekannt ist, sondern sie wird hier dafür ausgenutzt, zu ermöglichen, daß der Widerstandswert

ίο des Widerstandes A3 kleiner als sonst ist (siehe Regelungstechnische Praxis und Prozeß-Rechentechnik, 1970, Heft 6, Seite M 46).

Wenn die Betriebsspannung beispielsweise etwas kleiner wird, so hat dies zur Folge, daß am Ergänzungswiderstand R 3 ein dementsprechend kleinerer Spannungsabfall als sonst auftritt Dementsprechend wird auch die zwischen der Basis des Transistors Γ3 und der Klemme + U liegende Spannung kleiner. Dies wirkt sich über die Basis des Transistors Ti auch auf die Klemme + Us aus. Die zwischen den Klemmen + Us 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 Ri 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 + Lfeund Uo liegt Diese Spannung kann daher, wie bereits vorstehend angegeben, bei bestimmten Schaltungen in vorteilhafter Weise ausgenutzt werden, die mit Spannungen zu versorgen sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnuneen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Integrierte (Constantspannungs-Regelschaltung, mit einem Ausgangstransistor, an dessen Emitter die Last, an dessen Basis der Emitter und an dessen Kollektor der Kollektor eines Steuertransistors angeschlossen ist, wobei die Basis des Steuertransistors mit dem Kollektor eines Gegenkopplungstransistors verbunden ist, dessen aus einem Halbleiter bestehender Kollektorwiderstand zu den Kollektoren des Ausgangs- und des Steuertransistors führt, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuertransistor (T3) zwei Emitter (ei, e2) hat und daß der Kollektorwiderstand des Gegenkopplungstransistors (T2) die zum zweiten Emitter (e2) des Steuertransistors (T3) führende, in Sperrichtung beanspruchte Basis-Emitter-Strecke einschließlich eines vorgeschalteten Ergänzungswiderstandes (R 3) ist