DE3437873A1 - Konstant-spannungsschaltung - Google Patents

Konstant-spannungsschaltung

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DE3437873A1 DE19843437873 DE3437873A DE3437873A1 DE 3437873 A1 DE3437873 A1 DE 3437873A1 DE 19843437873 DE19843437873 DE 19843437873 DE 3437873 A DE3437873 A DE 3437873A DE 3437873 A1 DE3437873 A1 DE 3437873A1
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    • G05F3/02—Regulating voltage or current
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    • G05F3/10—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics
    • G05F3/16—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices
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Description

Konstant-Spannungsschaltung
BESCHREIBUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Konstant-Spannungsschal tung und insbesondere auf eine Konstant-Spannungsschal tung, die eine konstante Ausgangscharakteristik in bezug auf Änderungen der Quellenspannung beibehält.
In Fig. 1 ist das Schaltbild für ein typisches Beispiel einer herkömmlichen Konstant-Spannungsschaltung dargestellt. In Fig. 1 wird eine Stromspiegelschaltung von den Transistoren Ql und Q2 gebildet. Die Basen der Transistoren Ql und Q2 sind miteinander verbunden, während ein Kurzschluß zwischen der Basis und dem Kollektor des Transistors Q2 geschaltet ist. Die Emitter der Transistoren Ql und Q2 sind mit einer Leistungsquelle verbunden. Der Kollektor des Transistors Ql ist über eine Zener-Diode Dl auf Masse bezogen, während der Kollektor von Transistor Q2 über eine Konstant-Stromquelle C auf Masse bezogen ist. Der Kollektor von Transistor Ql ist mit der Basis von Transistor Q3 zur Steuerung des Ausgangssignals verbunden, dessen Kollektor mit der Leistungsquelle verbunden ist, und dessen Emitter über eine Teilerschaltung auf Masse bezogen ist. Die Teilerschaltung wird aus den in Reihe geschalteten Widerständen Rl und R2 und Dioden D2 und D3 gebildet, mit einem Anschluß zwischen den Widerständen Rl und R2, der als Teilerpunkt dient, Dieser Teilerpunkt bildet die Ausgangsklemme.
- in -
Da die Transistoren Ql und Q2 die Stromspiegelschaltung bilden, fließt durch den Transistor Ql ein elektrischer Strom Il (= I), der an der Kathode der Zener-Diode Dl eine Zener-Spannung hervorruft. Die Zener-Spannung liegt an der Basis des Transistors Q3 als Referenzspannung an, und das dabei am Emitter des Transistors Q3 erzeugte Ausgangssignal wird über den Spannungsteiler aus den Widerständen Rl und R2 und den Dioden D2 und D3 geteilt auf den Ausgang gegeben. Mit anderen Worten, die Referenzspannung, die an der Kathode der Zener-Diode erzeugt wird, wird hauptsächlich temperaturkompensiert, zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors Q3, durch die Dioden D2 und D3 und spannungsgeteilt durch die Widerstände Rl und R2, wodurch eine vorbestimmte Ausgangsspannung VQUT auf den Ausgang gegeben wird.
Für die Ausgangsspannung VQUT gilt folgender Ausdruck:
VOUT = ^VZ VBEQ3 ~ VFD2 " VFD3^
χ [r2/(R1 + R2)] + VFD2 + VFD3 (1)
in dem V die Spannung der Zener-Diode Dl (Referenzspannung)
Zi
repräsentiert, VDT;,„O repräsentiert die Basis-Emitter-Spannung des Transistors Q3, VFD2 repräsentiert die Durchlaß-Spannung der Diode D2 und VFD„ repräsentiert die Durchlaß-Spannung der Diode D3.
In der in Fig. 1 gezeigten Schaltung wird, obwohl das Basispotential des Transistors Q3 durch die Zener-Dioden-Spannung V„ stabilisiert ist, die Kollektor-Spannungsänderung der Quellen-Spannungsänderung folgen, wodurch der Transistor Q3
dann einem Basisweiten-Modulationseffekt unterworfen ist, was zu einer Änderung des Emitterpotentials V„ - V13,-,,,,-. führt. Als Ergebnis erhält man eine Änderung der Ausgangsspannung
Im speziellen ist bekannt, daß bezogen auf eine Quellen-Spannungsänderung von z.B. 10 V das Emitterpotential des Transistors Q3 sich um ca. 2 mV bis 3 mV in solch einer Schaltung ändert. Damit wird, wenn eine solche Konstant-Spannungsschal tung in einem weiten Quellenspannungsbereich betrieben wird, die Ausgangsspannung VnTirp beträchtlich schwanken.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine hochgenaue und stabile Konstant-Spannungsschaltung vorzusehen, in der die Schaltung des Transistors Q3 zur Ausgangssignalsteuerung verbessert ist, so daß der Transistor Q3 nicht einem Basisweiten-Modulationseffekt unterworfen ist, und dessen Emitterpotential sich nicht mit einer Schwankung der Quellen-Spannung ändert.
Diese Aufgabe wird durch eine Konstant-Spannungsschaltung nach Patentanspruch 1 gelöst. Entsprechend der Erfindung erhält man daher eine hochgenaue und stabile Konstant-Spannungsschal tung mit einfachem Schaltungsaufbau.
Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren 1 und 2. Von den Figuren zeigen:
Fig. 1 einen Schaltplan, der ein typisches Beispiel einer herkömmlichen Konstant-Spannungsschaltung zeigt;
und
Fig. 2 einen Schaltplan, der die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeigt.
Die vorliegenden Ausführungsformen sind dadurch gekennzeichnet, daß die Transistoren Q4 und Q5 und die Dioden D4 und D5 zusätzlich vorgesehen werden um die Schaltverbindung des Kollektors des Transistors Q3 zur Ausgangssignalsteuerung zu verbessern.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich, werden für die Transistoren Ql, Q2 und Q5 solche mit identischer Polarität verwendet, z.B. pnp-Typen, während für die Transistoren Q3 und Q4 solche mit unterschiedlicher Polarität zu den Transistoren Ql, Q2 und Q5 verwendet werden, also z.B. vom npn-Typ. Der Kollektor des Ausgangssignal-Steuerungstransistors Q3 ist mit dem Kollektor des Transistors Q2 verbunden, während die in Reihe geschalteten Dioden D4 und D5 zwischen den Kollektor des Transistors Q2 und eine Konstant-Stromquelle C geschaltet sind. Die Dioden D4 und D5 werden als Stufen-p-n-Übergangselemente (step-down-Elemente) verwendet. Die Transistoren Q4 und Q5, die sich gegenseitig in ihrer Polarität unterscheiden, sind so in Reihe geschaltet, daß der Kollektor von Transistor Q4 mit den Basen der Transistoren Ql und Q2 verbunden ist und die Basis von Transistor Q4 ist mit der Basis von Transistor Q3 verbunden. Die Basis von Transistor Qb ist mit der Kathode der Diode D5 verbunden und dessen Kollektor ist auf Masse geschaltet. Es ist erkennbar, daß die Konstruktion der anderen Teile dieser Ausführungsform mit der herkömmlichen Schaltung, wie in Fig. 1 dargestellt, identisch ist und die Beschreibung,bezogen auf vergleichbare Komponenten,dargestellt durch Bezugszeichen die denen in Fig. 1 entsprechen, wird daher weggelassen.
In der Schaltung, die in Fig. 2 dargestellt ist, kann das
Kollektorpotential VpnO wie folgt beschrieben werden:
VCQ3 = VZ VBEQ4 ~ VBEQ5
+ VFD4+ VFD5
wobei V7 die Spannung an der Zener-Diode Dl (Referenzspannung) repräsentiert, VßE04 repräsentiert die Basis-Emitter-Spannung des Transistors Q4, VßE05 repräsentiert die Basis-Emitter-Spannung des Transistors Q5, V„D4 repräsentiert die Durchlaß-Spannung der Diode D4 und VFnc. repräsentiert die
Durchlaß-Spannung der Diode D5.
Für den typischen Spannungsabfall über dem p-n-Übergang
eines Halbleiters erhält man:
VBEQ4 ^VBEQ5 Ä VFD4 ~ VFD5 (« 0,6 bis O,7.V)
wobei die Gleichung (2) wie folgt ausgedrückt wird:
VCQ3 - VZ
Die Kollektor-Emitter-Spannung VpT-,Qo des Transistors Q3 ergibt sich aus Gleichung (3) wie folgt:
VCEQ3 ^5 VBEQ3 ... (4)
Dies bedeutet, daß die Kollektor-Emitter-Spannung des Transistors Q3 dauernd durch die Basis-Emitter-Spannung desselben Transistors gehalten wird. Daher ist der Transistor Q3,
selbst wenn die Quellen-Spannung sich ändert, keinem Basisweiten-Modulationseffekt unterworfen und das Emitterpotential des Transistors Q3 wird nicht geändert. Die Ausgangsspannung VQUT, der Schaltung entsprechend der Ausführungsform nach Fig. 2 wird sich daher nicht ändern, wodurch ein stabiler Konstant-Spannungsausgang erreicht wird.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung werden die Leistungsquelle (erstes Bezugspotential) und die Masse (zweites Bezugspotential) in der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 umgekehrt. In diesem Fall werden die jeweiligen Dioden Dl, D2, D3, D4 und D5 in umgekehrter Richtung verbunden und für die Transistoren Ql, Q2, Q3, Q4 und Q5 werden Typen mit umgekehrter Polarität verwendet. In einem solchen Fall bleibt die Ausgangsspannungscharakteristik mit Ausnahme einer umgekehrten Stromflußrichtung unverändert.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Zener-Diode Dl durch ein anderes Konstant-Spannungselement oder eine ähnliche Einrichtung, die zur Erzeugung einer Vergleichsspannung verwendet werden kann, ersetzt.
Darüber hinaus können die Dioden D4 und D5 die als Stufenp-n-Übergangselement (step-down-Element) verwendet werden, durch andere Elemente die einen p-n-Übergang besitzen, wie z.B. Transistoren, ersetzt werden.
Obgleich in der obigen Beschreibung eine Schaltung aus einzelnen Elementen verwendet wurde, kann diese durch eine integrierte Schaltung mit ähnlicher Funktion ersetzt werden.

Claims (15)

Ρ=] Ι 1LZU PATENTANWALT DIPL.-PHYS. LUTZ H. PRÜFER · D-8OOO MÜNCHEN 9O FO 49-3146 P/Ka/hu Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha, Tokyo / Japan Konstant-Spannungsschaltung PATENTANSPRÜCHE
1.)Konstant-Spannungsschaltung mit
einem ersten Bezugspotential,
einem zweiten Bezugspotential, das sich im elektrischen Potential unterscheidet von dem ersten Bezugspotential, einem ersten Transistor (Ql) einer ersten Polarität mit einem Emitter, einem Kollektor und einer Basis, wobei der Emitter des ersten Transistors (Ql) verbunden ist mit dem ersten Bezugspotential,
einem zweiten Transistor (Q2) der ersten Polarität, mit einem Emitter, einem Kollektor und einer Basis, wobei der Emitter des zweiten Transistors (Q2) mit dem ersten Bezugspotential und die Basis mit der Basis des ersten Transistors (Ql) verbunden ist,
einer Einrichtung (Dl) zur Erzeugung einer Bezugsspannung, die zwischen den Kollektor des ersten Transistors (Ql) und
PATENTANWALT DIPL.-PHYS. LUTZ H. PRÜFER · D-8000 MÜNCHEN 90 · HARTHAUSER STR. 25d · TEL. (0 89) 640
das zweite Bezugspotential geschaltet ist, einem dritten Transistor (Q3) einer zweiten Polarität, die sich von der ersten Polarität unterscheidet, mit einem Emitter, einem Kollektor und einer Basis, wobei die Basis des dritten Transistors (Q3) mit dem Übergang zwischen der Einrichtung zur Erzeugung einer Bezugsspannung und dem ersten Transistor (Ql) verbunden ist, wobei der Kollektor mit dem Kollektor des zweiten Transistors (Q2) verbunden ist,
einer Teilerschaltung (Rl, R2, D2, D3) mit einem Teileranschluß der als Ausgangsklemme dient, die mit dem Emitter des dritten Transistors (Q3) und dem zweiten Bezugspotential verbunden ist,
gekennzeichnet durch ein Element (D4, D5) mit einem p-n-Übergang, das einen ersten und einen zweiten Anschluß besitzt, wobei der erste Anschluß mit dem Kollektor des zweiten Transistors (Q2) verbunden ist,
eine Konstant-Stromquelle (C) die zwischen den zweiten Anschluß des Elements mit p-n-Übergang (D4, D5) und das zweite Bezugspotential geschaltet ist, und ein aktives Element (Q4, Q5) mit einem p-n-Übergang, wobei der p-n-Übergang zwischen die Basis des dritten Transistors (Q3) und den zweiten Anschluß des Elements mit p-n-Übergang (D4, D5) geschaltet ist.
2. Konstant-Spannungsschaltung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung einer Bezugsspannung eine Zener-Diode (Dl) ist.
3. Konstant-Spannungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilerschaltung einen
ersten Widerstand (Rl), einen zweiten Widerstand (R2) und eine Diode (D2 oder D3) mit p-n-Übergang aufweist, die in Reihe geschaltet sind, mit einem Übergang zwischen dem ersten und zweiten Widerstand der als Teilerpunkt dient.
4. Konstant-Spannungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Dioden (D2, D3) mit p-n-Übergang in zwei Stufen in Reihe geschaltet sind.
5. Konstant-Spannungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Element mit p-n-Übergang eine Diode (D4, D5) mit p-n-Übergang ist.
6. Konstant-Spannungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß das erste Bezugspotential das Quellenpotential ist, das zweite Bezugspotential das Massepotential ist,
der erste und zweite Transistor (Ql, Q2) pnp-Typen sind, und
daß der dritte Transistor (Q3) ein npn-Typ ist.
7. Konstant-Spannungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß das aktive Element aufweist:
einen vierten Transistor (Q4) vom npn-Typ mit einem Emitter, einem Kollektor und einer Basis, und einen fünften Transistor (Q5) vom pnp-Typ mit einem Emitter, einem Kollektor und einer Basis,
wobei die Basis des vierten Transistors (Q4) mit der Basis
des dritten Transistors (Q3) verbunden ist, der Kollektor des vierten Transistors (Q4) mit dem Übergang der gegenseitigen Verbindung der Basen des ersten und zweiten Transistors (Ql, Q2) verbunden ist, der Emitter und der Kollektor des fünften Transistors (Q5) zwischen den Emitter des vierten Transistors (Q4) und das zweite Bezugspotential geschaltet ist, und die Basis des fünften Transistors (Q5) mit dem zweiten Anschluß des Elements mit p-n-Übergang (D5) verbunden ist.
8. Konstant-Spannungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß das erste Bezugspotential das Massepotential ist,
das zweite Bezugspotential das Quellenpotential ist, der erste und zweite Transistor (Ql, Q2) npn-Typen sind,
der dritte Transistor (Q3) ein pnp-Typ ist.
9. Konstant-Spannungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß das aktive Element umfaßt: einen vierten Transistor (Q4) vom pnp-Typ mit einem Emitter, einem Kollektor und einer Basis, und einen fünften Transistor (Q5) vom npn-Typ mit einem Emitter, einem Kollektor und einer Basis,
wobei die Basis des vierten Transistors (Q4) mit der Basis des dritten Transistors (Q3) verbunden ist, der Kollektor des vierten Transistors (Q4) mit dem Übergang der gegenseitigen Verbindung der Basen des ersten und zweiten Transistors (Ql, Q2) verbunden ist, der Emitter und der Kollektor des
fünften Transistors (Q5) zwischen den Emitter des vierten Transistors (Q4) und das zweite Bezugspotential geschaltet ist, und die Basis des fünften Transistors (Q5) mit dem zweiten Anschluß des Elements mit p-n-Übergang (D5) verbunden ist.
10. Konstant-Spannungsschaltung mit einem ersten Bezugspotential, einem zweiten Bezugspotential das sich im elektrischen Potential von dem ersten Bezugspotential unterscheidet, einem ersten und zweiten Transistor (Ql, Q2) identischer Polarität, die zwischen das erste Bezugspotential und das zweite Bezugspotential geschaltet sind, wobei der erste und zweite Transistor (Ql, Q2) jeweils Emitter, Kollektor und Basis besitzen, einem dritten Transistor (Q3) zur Ausgangssignalsteuerung der sich in der Polarität von dem ersten und zweiten Transistor (Ql, Q2) unterscheidet, wobei der dritte Transistor (Q3) einen Emitter, einen Kollektor und eine Basis besitzt, einer Einrichtung (Dl) zur Erzeugung einer Bezugsspannung, einer Konstant-Stromquelle (C), und einer Teilerschaltung (Rl, R2, D2, D3), wobei die Emitter des ersten und zweiten Transistors (Ql, Q2) jeweils mit dem ersten Bezugspotential verbunden sind, die Basen des ersten und zweiten Transistors (Ql, Q2) miteinander verbunden sind,
der Kollektor des ersten Transistors (Ql) mit dem zweiten Bezugspotential über die Einrichtung zur Erzeugung einer Bezugsspannung (Dl) verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor des zweiten Transistors (Q2) mit dem zweiten Bezugspotential über.die Konstant-Stromquelle (C) und einem Element mit p-n-Übergang (D4, D5) verbunden ist,
die Basis des dritten Transistors (Q3) mit dem Kollektor des ersten Transistors (Ql) verbunden ist und mit einer vorbestimmten Spannung versorgt wird,
der Emitter des dritten Transistors (Q3) mit dem zweiten Bezugspotential über die Teilerschaltung (Rl, R2, D2, D3) verbunden ist,
ein Teilerpunkt der Teilerschaltung die Ausgangsklemme darstellt,
die Konstant-Spannungsschaltung darüber hinaus einen vierten Transistor (Q4), der in der Polarität identisch mit dem dritten Transistor (Q3) ist, aufweist und der vierte Transistor (Q4) einen Emitter, einen Kollektor und eine Basis besitzt, einen fünften Transistor (Q5) der sich in der Polarität von dem dritten Transistor (Q3) unterscheidet und einen Emitter, einen Kollektor und eine Basis besitzt, und ein Stufen-p-n-Übergangselement (D4, D5) (stepdown-Element) aufweist,
der Kollektor des dritten Transistors (Q3) mit dem Kollektor des zweiten Transistors (Q2) verbunden ist, das Stufen-p-n-Übergangselement (D4, D5) zwischen den Kollektor des zweiten Transistors (Q2) und die Konstantstromquelle (C) geschaltet ist, der vierte Transistor (Q4) und der fünfte Transistor (Q5) in Reihe geschaltet sind, der Kollektor des vierten Transistors (Q4) mit dem Übergang der gegenseitigen Verbindung zwischen den Basen des ersten und zweiten Transistors (Ql, Q2) verbunden ist, die Basis des vierten Transistors (Q4) mit der Basis des dritten Transistors (Q3) verbunden ist, die Basis des fünften Transistors (Q5) mit dem Übergang zwischen dem Stufen-p-n-Übergangselement (D4, D5) und der Konstant-Stromquelle (C) verbunden ist, und
der Kollektor des fünften Transistors (Q5) mit dem zweiten Bezugspotential verbunden ist.
11. Konstant-Spannungsschaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Bezugspotential ein Quellenpotential ist,
das zweite Bezugspotential ein Massepotential ist, der erste Transistor (Ql), der zweite Transistor (Q2) und der fünfte Transistor (Q5) pnp-Typen sind, und der dritte Transistor (Q3) und der vierte Transistor (Q4) npn-Typen
12. Konstant-Spannungsschaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Bezugspotential das Massepotential ist,
das zweite Bezugspotential das Quellenpotential ist, der erste Transistor (Ql), der zweite Transistor (Q2) und der fünfte Transistor (Q5) npn-Typen sind und der dritte Transistor (Q3) und der vierte Transistor (Q4) pnp-Typen sind.
13. Konstant-Spannungsschaltung nach einem der Ansprüche 10 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, daß die Teilerschaltung einen ersten Widerstand (Rl), einen zweiten Widerstand (R2) und eine Diode (D2, D3) mit p-n-Übergang aufweist, die in Reihe geschaltet sind, und
der Übergang zwischen dem ersten und zweiten Widerstand (Rl, R2) als Teilerpunkt dient.
14. Konstant-Spannungsschaltung nach einem der Ansprüche 10 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar von Dioden (D2, D3) mit p-n-Übergang in zwei Stufen in Reihe geschaltet sind.
15. Konstant-Spannungsschaltung nach einem der Ansprüche 10 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, daß das Stufen-p-n-Übergangselement (D4, D5) zwei Dioden mit p-n-Übergang, die in Reihe geschaltet sind, aufweist.
DE19843437873 1983-11-30 1984-10-16 Konstant-spannungsschaltung Granted DE3437873A1 (de)

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