DE3715886A1 - Steuerbare konstantstromquelle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine steuerbare Konstantstromquelle, an deren Steuereingang eine Steuerspannung anliegt, mit einem Verstärker, dessen invertierender Eingang über einen ersten Widerstand mit dem Steuereingang verbunden ist, wobei die Ausgangsklemmen der Konstantstromquelle durch den invertierenden Eingang des Verstärkers und den Ausgang des Verstärkers gebildet sind.

Eine spannungsgesteuerte Konstantstromquelle ist zum Beispiel in dem Buch "Halbleiter-Schaltungstechnik von U. Tietze und Ch. Schenk, Springer Verlag, 7. Auflage, Berlin, Heidelberg, New York 1985, Abbildung 13.7, Seite 353", angegeben. Bei dieser Schaltungsanordnung wird ein Verstärker mit einem invertierenden und einem nicht-invertierenden Eingang verwendet, wobei der nicht-invertierende Eingang mit Bezugspotential verbunden ist. Der Steuereingang ist über einen ersten Widerstand mit dem invertierenden Eingang des Verstärkers verbunden. Zwischen dem invertierenden Eingang des Verstärkers und dem Ausgang des Verstärkers ist ein Lastwiderstand angeordnet.

Durch die Gegenkopplung des Verstärkers über den Lastwiderstand wird die Ausgangsspannung des Verstärkers so nachgeregelt, daß sich die Potentiale am invertierenden Eingang und am nicht-invertierenden Eingang nur noch um die Eingangsoffsetspannung des Verstärkers unterscheiden. Da der nicht-invertierende Eingang des Verstärkers mit Bezugspotential verbunden ist, ist das Potential des invertierenden Eingangs, wenn man wie im folgenden die Eingangsoffsetspannung vernachlässigt, ebenfalls gleich dem Bezugspotential. Die Spannung, die über dem ersten Widerstand abfällt, ist daher stets die volle Steuerspannung. Wegen der hochohmigen Eingänge des Verstärkers ist der hierbei durch den ersten Widerstand fließende Strom gleich dem Strom, der durch den Lastwiderstand fließt.

Der Strom durch den Lastwiderstand ist folglich proportional zur Steuerspannung, welche zwischen dem Steuereingang und dem Bezugspotential angelegt ist. Die Richtung dieses Stromes ist abhängig von der Polung der Steuerspannung, welche sowohl positive als auch negative Werte aufweisen darf. Bei konstant gehaltener Steuerspannung bleibt der durch den Lastwiderstand fließende Strom unabhängig vom Widerstandswert des Lastwiderstandes konstant, und zwar auf dem Wert des Quotienten aus der Steuerspannung und dem Widerstandswert des ersten Widerstandes.

Der durch den Lastwiderstand fließende Strom verursacht am Lastwiderstand einen Spannungsabfall. Da die eine Ausgangsklemme der Konstantstromquelle, die durch den invertierenden Eingang des Verstärkers gebildet ist, stets auf Bezugspotential liegt, kann der Betrag, den der Spannungsabfall am Lastwiderstand annehmen kann, nur niedriger sein als der Betrag der Betriebsspannung. Hierdurch ist eine obere Grenze für den Wert des Lastwiderstandes gegeben, bis zu dem die Konstantstromquelle den Konstantstrom liefern kann. Dieser Grenzwert des Lastwiderstandes ist gleich dem Quotienten aus dem Betrag der Betriebsspannung und dem Wert des vorgegebenen Konstantstroms.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art dahin weiterzuentwickeln, daß mit möglichst geringem zusätzlichen Schaltungsaufwand ein höherer Widerstandswert des Lastwiderstandes zulässig wird.

Diese Aufgabe wird mit einer Konstantstromquelle der eingangs angegebenen Art dadurch gelöst, daß die Spannung am nicht-invertierenden Eingang des Verstärkers zur Steuerspannung proportional ist.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Im folgenden soll anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels die Erfindung erläutert werden. Der hierbei verwendete Operationsverstärker V wird aus einer bipolaren Spannungsquelle mit den Betriebsspannungen +UB und -UB bezogen auf Bezugspotential M versorgt. Zwischen dem Steuereingang S und Bezugspotential M liegt ein aus den Teilwiderständen R 2 und R 3 gebildeter Spannungsteiler. Der Teilwiderstand R 2 liegt zwischen dem Steuereingang S und dem nicht-invertierenden Eingang +E des Operationsverstärkers. Der Teilwiderstand R 3 liegt zwischen dem nicht-invertierenden Eingang +E des Operationsverstärkers und Bezugspotential M. Das Eingangspotential des nicht-invertierenden Eingangs +E wird hierdurch auf eine Spannung gelegt, welche entsprechend dem Teilungsverhältnis des Spannungsteilers proportional zur Steuerspannung U 1 ist. Das Potential des invertierenden Eingangs des Operationsverstärkers nimmt auch bei dieser Schaltungsanordnung das Potential des nicht-invertierenden Eingangs an. Jedoch folgt nun die Spannung am invertierenden Eingang -E der am nicht-invertierenden Eingang +E anliegenden Spannung. Da der invertierende Eingang eine Ausgangsklemme -E der Konstantstromquelle bildet, kann die andere Ausgangsklemme A der Konstantstromquelle nun einen Spannungswert zwischen dem Potential des invertierenden Eingangs des Operationsverstärkers und der Betriebsspannung des Operationsverstärkers, welche die umgekehrte Polarität zur Steuerspannung aufweist, annehmen.

Der maximal erreichbare Spannungsabfall am Lastwiderstand entspricht dem Betrag der Betriebsspannung vermehrt um den Betrag der Spannung, welche zwischen Bezugspotential und nicht-invertierendem Eingang des Verstärkers an­ liegt. Entsprechend erhöht sich der Grenzwert des Lastwi­ derstandes RL.

Der hierzu erforderliche Schaltungsmehraufwand besteht in nur zwei Widerständen und ist somit äußerst gering.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Teilungsverhältnis des Spannungsteilers so dimensioniert, daß der Spannungsabfall am Widerstand R 2 bei maxi­ maler Steuerspannung U 1 nur einem Bruchteil des Betrags der Versorgungsspannung entspricht. Dieser Spannungsab­ fall muß allerdings noch wesentlich größer als die Ein­ gangsoffsetspannung des verwendeten Verstärkers sein. Der Grenzwert des Lastwiderstands RL kann bei dieser Schal­ tungsdimensionierung nahezu verdoppelt werden.

Infolge der Potentialgleichheit der Eingänge des Opera­ tionsverstärkers ist die über dem Widerstand R 1 abfallende Spannung gleich der über dem Widerstand R 2 abfallenden Teilspannung. Die Erfindung bietet daher außerdem den Vorteil, daß die am Widerstand R 1 entstehende Verlustleistung infolge des geringen Spannungsabfalls entsprechend geringer ist. Dadurch kann ein Widerstand mit ge­ ringerer Belastbarkeit eingesetzt werden. Der Konstant­ strom I ist sowohl von der Steuerspannung U 1 und dem Wi­ derstand R 1, als auch von den Widerständen R 2 und R 3 des Spannungsteilers abhängig: Eine besonders vorteilhafte Anwendung findet die Erfindung zur Stromspeisung eines Peltier-Elements. Je nach Stromrichtung des Konstantstroms vermag das Peltier-Ele­ ment zu heizen bzw. zu kühlen. Die Heiz- bzw. Kühlleistung ist vom Betrag des durch das Peltier-Element fließenden Stroms abhängig. Die Verwendung einer durch die Erfindung vorgeschlagenen Konstantstromquelle bietet den Vorteil, daß bei gleicher Betriebsspannung der Kon­ stantstromquelle die Heiz- bzw. Kühlleistung des Pel­ tier-Elements nahezu vervierfacht werden kann.

Claims (2)

1. Steuerbare Konstantstromquelle, an deren Steuereingang eine Steuerspannung anliegt, mit einem Verstärker, dessen invertierender Eingang über einen ersten Widerstand mit dem Steuereingang verbunden ist, wobei die Ausgangsklemmen der Konstantstromquelle durch den invertierenden Eingang des Verstärkers und den Ausgang des Verstärkers gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung am nicht-invertierenden Eingang (+E) des Verstärkers zur Steuerspannung (U 1) proportional ist. 2. Steuerbare Konstantstromquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Steuereingang (S) und Bezugspotential (M) ein Spannungsteiler (R 1, R 2) liegt, und der nicht-invertierende Eingang (+E) des Verstärkers mit dem Abgriff des Spannungsteilers verbunden ist.

3. Spannungsgesteuerte Konstantstromquelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Teilungsverhältnis des Spannungsteilers (R 2, R 3) so gewählt ist, daß der Spannungsabfall, an dem zwischen dem Steuereingang (S) und dem nicht-invertierenden Eingang (+E) des Verstärkers liegenden Teilwiderstand (R 2), sehr klein ist. 4. Spannungsgesteuerte Konstantstromquelle nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Lastwiderstand (RL) ein Peltier-Element ist.