JPS6149920B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発電機電圧と基準電圧とが供給される差動増幅
器と、直流電圧を平滑化する平滑コンデンサと、
少なくとも１つの発電機巻線に対して直列接続さ
れた制御可能な半導体スイツチとが設けられてお
り、発電機電圧が、固定可能な閾値を越えた際
に、この半導体スイツチが開き、さらに差動増幅
器の出力側が平滑コンデンサ用の充放電電流源に
接続されており、前記平滑コンデンサは閾値段の
入力側に接続されている、発電機の変動する直流
電圧を調整する電圧調整器を前提にしている。電
圧を平滑化するため入力側にRCフイルタ回路を
有するこのような電圧調整器は、ドイツ連邦共和
国特許第1613993号明細書（米国特許第3571657号
明細書）からすでに公知である。発電機、特に多
相交流発電機によつて給電される回路網において
多相交流リブルの他に、さらにダイオードの整流
尖頭値および別の妨害電圧が生じる。このような
妨害電圧は、例えば調整器の切換自体によつて生
じることもある。これら妨害電圧は、前記公知技
術によれば、分圧器内部抵抗およびコンデンサか
ら形成されたRC素子によつて平滑化される。妨
害電圧尖頭値が調整器に作用しないようにしたい
ならば、例えば100mVないし300mVのヒステリ
シス範囲よりもかなり低い振幅に減衰しなければ
ならない。調整周波数を高めかつこのようにして
動特性を改善するため、整流尖頭値がまだ通過
し、すなわち十分にはろ波されない。しかしそれ
により静特性（回転速度および負荷に関する調整
偏差）と動特性との間の妥協が必要である。コン
デンサにおけるリブルがあまり大きくなると、入
力側トランジスタのベースエミツタ間に調整され
た電圧の実際値を低下させる整流された電圧が生
じ、もちろんこれは不都合である。

さらに公知の回路は、平滑コンデンサのため
10nFないし330nFの通常のような容量を使用す
るという欠点を有する。しかしこの大きさのコン
デンサは、もはやモノリシツクでは集積できず、
従つて直接構成しなければならない。それにより
必然的に製造技術に費用がかさむ。

本発明はこのような欠点を解消して平滑コンデ
ンサをモノリシツク集積化可能な構成にすること
を目的とする。

この目的は本発明によれば、冒頭に述べた形式
の電圧調整器において、コンデンサの充放電過程
が別の２つのトランジスタのコレクタ電流により
制御可能であり、前記別の２つのトランジスタの
各々が、２つの入力側と２つの出力側とを備えた
平衡直流増幅器として構成された差動増幅器の両
平衡増幅器分路の各１つのトランジスタに各々電
流ミラー回路の形で接続されている構成とするこ
とにより達成される。

特許請求の範囲に記載した特徴を有する本発明
による電圧調整器によれば、30pFのオーダの平
滑コンデンサしか必要でないという利点が得ら
れ、それによりこのコンデンサのモノリシツク集
積化が可能である。集積されたコンデンサのため
必要な結晶面積は、ほぼ個別部品のコンデンサを
接続するために必要な面積くらいの大きさにしか
ならない。平滑ないしフイルタコンデンサにおい
て給電電圧のリプルが大きい際に生じる整流電圧
が除去されるので、調整器が、大電流発電機にお
ける動作の際にも調整特性を維持するということ
は、別の利点とみなされる。調整ループの特性周
波数は一層容易に制御できる。さらに必要な電圧
調節にとつて温度係数が無関係である基準電圧源
が使える。

本発明の実施例を以下図面によつて説明する。
第１図に示された本発明の実施例において、差動
増幅器１０の反転入力端子は端子１１に、また非
反転入力端子は端子１２に接続されている。差動
増幅器１０の反転入力端子に対応する出力端子
は、コンデンサ１３を介してアースに接続された
端子１４に接続されている。差動増幅器１０の非
反転入力端子に対応する出力端子とコンデンサ１
３との間に充電電流源１６が接続されている。ア
ースに接続されていない方のコンデンサ１３の端
子は、２閾値弁別器として構成された閾値段１７
の入力端子に接続されており、この閾値段は、上
側および下側閾値において応答する。弁別器１７
の両方の閾値に対応する出力端子は、フリツプフ
ロツプ１８のセツトおよびリセツト入力端子に接
続されており、このフリツプフロツプの出力端子
は、端子１９と介して増幅器２０の入力端子に接
続されている。増幅器２０の出力端子は、積分素
子２１を介してトランジスタとして形成された半
導体スイツチのベースを制御し、このトランジス
タのエミツタはアースに、またコレクタは発電機
巻線２３を介して図には詳細に示されていない発
電機に接続されており、その際この発電機巻線２
３は、例えば多相交流発電機の励磁巻線にするこ
とができる。発電機巻線２３に対して並列にフラ
イホイールダイオード２４が接続されている。端
子１１と１４との間に基準電圧が、また端子１２
と１４との間に発電機直流電圧または整流された
発電機電圧が加えられている。発電機に対する励
磁巻線２３の結線および発電機出力電圧の発生
は、初めに述べた公知文献に記載されている。

第１図に示された装置の動作は、差動増幅器１
０の非反転入力端子が充電電流源１６を、また反
転入力端子が放電電流源１５制御するようになつ
ている。差動増幅器１０の入力端子において電圧
が一致した際、両方の電流源１５，１６の電流も
等しい。直線制御範囲内において合計電流は、常
に可能な最大放電電流（基準電圧が支配的であ
る）と可能な最大充電電流（発電機電圧が支配的
である）との間で変化する。直線制御限界の外に
おいて電流源特性は維持されている。差電流によ
つてコンデンサ１３が充電または放電される。上
側および下側閾値を有しかつコンデンサ１３に接
続された弁別器は、次のように双安定スイツチ段
１８を制御する。すなわち上側閾値に達した際双
安定スイツチ段を第１の安定状態に、また下側閾
値に達した際双安定スイツチ段を第２の安定状態
に変える。双安定スイツチ段１８の出力信号は、
増幅器２０において増幅され、かつ積分素子２１
を介して出力トランジスタ２２を制御する。端子
１２において発電機電圧が上昇すると、従つて基
準電圧より高くなると、充電過程によつてコンデ
ンサ１３における電圧は、弁別器１７の上側閾値
に達するまで上昇する。双安定スイツチ段は切換
わり、かつトランジスタ２２はしや断し、それに
より発電機電圧は再び低下する。発電機電圧が基
準電圧以下に低下していれば、放電電流源１５が
支配的であり、コンデンサ１３が放電される。放
電は、弁別器１７の下側閾値に達し双安定スイツ
チ段１８が切換わり、かつトランジスタ２２が再
び電流を流すようになるまで続き、他方において
これにより発電機電圧が上昇する。

トランジスタ２２が電流流通状態に切換わる
と、フライホイールダイオード２４内に蓄えられ
た電荷キヤリヤは、まずこのフライホイールダイ
オードにおいてしや断電圧が生じ得る前に排出し
なければならない。通常のダイオードは、出力側
発電機電圧が非常に大幅に落ち込む程遅い動作速
度を有する。この過程は、積分素子２１によつて
阻止され、この積分素子によつてトランジスタ２
２は、急激にではなく、傾斜特性で電流流通状態
になる。

従つて発電機電圧は、どのようなフイルタ素子
も使わずに差動増幅器１０の入力端子（端子１
２）に加わり、この差動増幅器の出力電流源は、
コンデンサ１３と共に、第２図に詳細に示すよう
に積分器を形成する。

回路は、この図においてヒステリシス特性を持
たない。コンデンサ１３の充放電を行うため、差
動幅器１０の入力端子において０になる電圧差で
論理的に十分である。有利な静特性においてでは
あるが、特性周波数は、とりわけ大きな動作速度
の遅い系において非常に低く、それにより例えば
充電用表示計器が振動するようになることがあ
る。しかし系の特性周波数は、必要な場合には負
のヒステリシス特性を導入して容易に高めること
ができる。実際に負または正のヒステリシス特性
は、線上の不可避の電圧降下によつて生じること
がある。両方共相応する回路処置によつて容易に
達成され、または補償され、例えば後で詳細に説
明する第４図による回路によつて行われる。

第２図に示された装置は、例として差動増幅器
１０および積分器１３，１５，１６の詳細構成を
示している。端子１２，１４間に、２つの抵抗３
０，３１から成る分圧器が接続されており、この
分圧器のタツプは、npnトランジスタ３２のベー
スに接続されている。抵抗３１に対して並列に、
ツエナダイオード３３が接続されている。トラン
ジスタ３２のエミツタは、抵抗３４およびこの抵
抗に直列接続された電流源３５を介してアースに
接続されている。トランジスタ３２のコレクタ
は、pnpトランジスタ３６のベースおよびコレク
タに接続されており、このpnpトランジスタのエ
ミツタは、端子１２に接続されている。トランジ
スタ３２のエミツタコレクタ間およびトランジス
タ３６のエミツタコレクタ間と抵抗３４の直列回
路に対して並列に、同じ部品３７，３８，３９の
同じ装置が接続されている。その際端子１１に接
続されたトランジスタ３８のベースは、基準電圧
源４０を介してアースに接続されている。トラン
ジスタ３６，３９は、それぞれ２つのコレクタを
有し、その際トランジスタ３６の第２のコレクタ
は、端子４１に接続されており、かつnpnトラン
ジスタ４２のコレクタエミツタ間を介してアース
に接続されている。トランジスタ３９の第２のコ
レクタは、npnトランジスタ４３のコレクタエミ
ツタ間を介して同様にアースに接続されている。
トランジスタ４２のベースは、トランジスタ４３
のコレクタおよびベースに接続されている。トラ
ンジスタ４２のベースとコレクタとの間にコンデ
ンサ１３が接続されている。端子４１は、弁別器
１７のnpn入力側トランジスタ５０のベースに接
続されている。

第２図に示された回路装置の動作は、端子１２
と１４との間に加わる発電機電圧が分圧器３０，
３１によつて基準電圧源４０の基準電圧値に分圧
される。ツエナダイオード３３は、過負荷に対し
て入力を保護する。一方においてトランジスタ３
２，３６と他方においてトランジスタ３８，３９
とは、それぞれいわゆる電流ミラー回路として結
線されている。これは、逆の導電形のトランジス
タにおいて、互いに接続されたコレクタが、なお
付加的にトランジスタ３６または３９のベースに
接続されているということを表わしている。この
回路によつて、トランジスタ３２のコレクタ電流
はトランジスタ３６の第２のコレクタにおいて、
またトランジスタ３８のコレクタ電流はトランジ
スタ３９の第２のコレクタにおいて鏡像的に制御
され、すなわちこれらのコレクタ電流は等しい。
その際複数のコレクタの使用によつて電流は、分
割されたコレクタの幾何学的構造に応じて、等し
く小さな値に分割することもできる。トランジス
タ３６のコレクタ出力電流は、直接コンデンサ１
３用の充電電流として作用する。トランジスタ３
９の出力コレクタ電流は、放電電流を得るため、
npn電流ミラー装置４３，４２においてもう一度
鏡像制御される。トランジスタ４２，４３のベー
スおよびエミツタは互いに接続されているので、
両方のトランジスタにおいて実際に同じ電位状態
または電流が生じる。それ故にトランジスタ３９
のコレクタ電流によりトランジスタ４３を介して
トランジスタ４２は、電流流通状態に制御でき、
それによりコンデンサ１３を放電することができ
る。トランジスタ５０は、例えばダーリントンま
たは「高ベータ」トランジスタのように、非常に
大きな電流増幅率を有するトランジスタであるこ
とが望ましく、かつコンデンサ１３の電位の出力
結合のため使われる。抵抗３４，３７は、なるべ
く同じ抵抗値を有し、かつ差動増幅器１０の直線
制御範囲を広げるために使われる。

コンデンサ１３は、アースに接続されていない
が、ミラーコンデンサまたはミラー積分器とし
て、トランジスタ４２のコレクタとベースの間に
接続されている。従つてこのコンデンサの容量
は、トランジスタ４２の電流増幅度だけ大きくな
つている。それ故にこのコンデンサ１３の容量
は、モノリシツク集積を可能にするため、同様に
この増幅度だけ小さくすることができる。差動増
幅器を使用することによつて使用可能な高抵抗分
圧器３０，３１は、差動増幅器によつて可能にな
る一層大きな許容可能なコンデンサ電圧範囲と同
様に、初めに述べた公知文献に示されたフイルタ
コンデンサに関してこのコンデンサ１３に対する
縮小要因として作用する。

双安定スイツチ段１８を有する弁別器１７のた
め第３図に示された回路例は、端子１２および１
４の間に接続されかつ２つの抵抗５１，５２から
成る分圧器を含んでいる。トランジスタ５０のエ
ミツタは、まずダイオード５３を介して分圧器５
１，５２のタツプに、さらにnpnトランジスタ５
４のコレクタエミツタ間を介してアースに接続さ
れている。２つのコレクタを有するpnpトランジ
スタ５５は、トランジスタ３６および３９と同様
にトランジスタ５０のコレクタと端子１２との間
に接続されている。従つてトランジスタ５０と共
に同様に電流ミラーをなしている。トランジスタ
５５の第２のコレクタは、npnトランジスタ５６
のベースに接続されており、このnpnトランジス
タのコレクタは端子１２に、またエミツタは端子
１９に接続されている。さらに端子１９は、２つ
の抵抗５７，５８から成る分圧器を介してアース
に接続されている。分圧器５７，５８のタツプ
は、npnトランジスタ５９のコレクタエミツタ間
を介して同様にアースに接続されている。トラン
ジスタ５９のベースは、このトランジスタのコレ
クタに、およびトランジスタ５４のベースに接続
されている。トランジスタ５６のベースとアース
との間に、電流源６０が接続されている。

第３図に示された装置の動作を説明するため、
まずトランジスタ５０のベースが２閾値弁別器１
７の閾値範囲内にあるものとする。トランジスタ
５０，５５，５６、抵抗５７および電流ミラー５
４，５９から成るループに電流は流れない。この
時コンデンサ１３における電位は上昇する。この
ことは、分圧器５１，５２とトランジスタ５０お
よびダイオード５３の閾値電圧とによつて与えら
れる弁別器上側閾値に達するまで可能である。そ
れから電流ミラー５０，５５、ダイオード５３お
よび抵抗５２を通つてアースへ電流が流れ始め
る。しかしそれによりトランジスタ５５の第２の
コレクタにおいても電流が流れ始め、他方におい
てこの電流によつて、エミツタホロワとして結線
されたトランジスタ５６に電流が流れ始める。所
定の電流値から分圧器５７，５８のタツプにおけ
る電位は、ダイオードとして結線されたトランジ
スタ５９が電流を流す程高くなる。電流ミラー装
置５４，５９によつてトランジスタ５４も電流を
流すようになり、かつトランジスタ５０のエミツ
タ電流をアースへ放出する。電流は、抵抗５７に
よつて決まる値に急変する。それにより分圧器５
１，５２には関係なく、トランジスタ５０のベー
ス電流が２つの閾値範囲内に入る程小さくなつた
際、トランジスタ５０を流れる十分な電流が維持
される。トランジスタ５０のベースがトランジス
タ５５，５４の両方のコレクタの間にうめ込まれ
ているので、コンデンサ１３の電位と同じこのベ
ースの電位は、実際には非常に小さなベース電流
の変化はなく閾値範囲内で往復変動する。トラン
ジスタ５０の最小ベースエミツタ間電圧を下回つ
た時初めて、このトランジスタがしや断する。弁
別器１７の下側閾値に達し、かつループ全体が再
び急激に電流を流さなくする。電流源６０は、ト
ランジスタ５６のベースから残留電流を取除くた
めに使われ、それにより正確なスイツチ特性を得
ることができる。簡単な実施例においてはこの電
流源を省略してもよい。

第４図に示された回路装置は、例として差動増
幅器１０の入力端子における妨害値重畳部を示し
ている。差動増幅器の入力端子は、第２図によれ
ば部品３０ないし３３で示されている。部品５６
および５７が、同様に示された第３図の部品に相
当し、かつ双安定スイツチ段の一部または出力端
子をなしている。端子１９に接続された双安定ス
イツチ段１８のこの出力端子は、抵抗６１を介し
てnpnトランジスタ６２のベースに接続されてお
り、このトランジスタのコレクタは、トランジス
タ３２のベースに、またエミツタは、抵抗６３を
介してアースに接続されている。トランジスタ６
２のベースは、npnトランジスタ６４のベースお
よびコレクタに接続されており、トランジスタ６
４のエミツタはアースに接続されている。

負帰還または正帰還に相当する負および正のヒ
ステリシスは、この妨害値重量によつて設定され
る。第４図には負帰還の場合が示されている。前
記の実施例により端子１９における電圧が急激に
上昇すると、電流ミラー装置６２，６４は電流を
流すようになり、かつトランジスタ３２のベース
電位は低下する。それにより他方においてコンデ
ンサ１３における電位の降下が加速される。それ
により系の周波数は上昇する。場合によつては生
じる不安定動作の際、相応して正帰還によつて周
波数を低下できる。例えば負のヒステリシスによ
る系の制御は、公知技術による回路装置において
は実現できなかつた。なぜならここでは２点調整
器から定常的な調整器へ移行が行われ、かつそれ
により静特性はかなり悪化するからである。周波
数を高めるこの簡単な可能性は、本発明による装
置の特別な利点である。

負帰還または正帰還は、もちろんこの他にも実
施することができる。帰還は、まず付加的または
交互に差動増幅器の第２の入力端子に作用させる
ことができ、また系の別の位置へ通じることもで
きる。第２図および第３図に示された差動増幅器
１０、積分器１３，１５，１６、弁別器１７およ
び双安定スイツチ段１８に対する回路例の代り
に、別の構成を適用してもよい。同様に制御ルー
プ全体の位相関係が機械動作に関して正常に維持
される限り、充電および放電電流源を交換するこ
とができる 積分素子２１の代りに、フライホイールダイオ
ード２４に蓄えられた電荷キヤリヤによる電圧下
落を防ぐため、別の回路処置を適用してもよい。
電圧下落にもかかわらず出力段トランジスタ２２
のベース電流をしや断しないようにするため、前
段装置を設けることができ、この前段装置は、抵
抗の適当な設計および結線によつてベース電流の
しや断を防止する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例の回路図、第２図
は、コンデンサのため後続の充電および放電電流
回路を有する差動増幅器の詳細な実施例の図、第
３図は、フリツプフロツプを有する弁別器の詳細
な実施例の図、第４図は、妨害値を差動増幅器の
入力端子に加えるための回路例の図である。 １０…差動増幅器、１５…放電電流源、１６…
充電電流源、１７…閾値段、１８…双安定スイツ
チ段、２１…積分素子、２２…半導体スイツチ、
２３…発電機巻線。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 発電機電圧と基準電圧とが供給される差動増
   幅器１０と、直流電圧を平滑化する平滑コンデン
   サと、少なくとも１つの発電機巻線に対して直列
   接続された制御可能な半導体スイツチとが設けら
   れており、発電機電圧が、固定可能な閾値を越え
   た際に、この半導体スイツチが開き、さらに差動
   増幅器１０の出力側が平滑コンデンサ１３用の充
   放電電流源１６ないし１５に接続されており、前
   記平滑コンデンサ１３は閾値段１７の入力側に接
   続されている、発電機の変動する直流電圧を調整
   する電圧調整器において、コンデンサ１３の充放
   電過程が別の２つのトランジスタ３６，３９のコ
   レクタ電流により制御可能であり、前記別の２つ
   のトランジスタの各々が、２つの入力側と２つの
   出力側とを備えた平衡直流増幅器として構成され
   た差動増幅器１０の両平衡増幅器分岐の各１つの
   トランジスタ３２，３８に各々電流ミラー回路の
   形で接続されていることを特徴とする電圧調整
   器。 ２ 別の２つのトランジスタ３６，３９の各２つ
   のコレクタが電流分割のために使われる、特許請
   求の範囲第１項記載の電圧調整器。 ３ 充電電流を制御するコレクタ電流が、充電電
   流として直接コンデンサ１３に供給されており、
   また放電電流を制御するコレクタ電流が、少なく
   とも１つのトランジスタ４２から成る別の電流ミ
   ラー装置においてもう１度鏡像制御され、その際
   この少なくとも１つのトランジスタ４２のコレク
   タエミツタ間が、コンデンサ１３とアースとの間
   に接続されている、特許請求の範囲第１項記載の
   電圧調整器。 ４ コンデンサ１３が、トランジスタ４２のコレ
   クタとベースとの間に接続されている、特許請求
   の範囲第１項記載の電圧調整器。 ５ 閾値段１７が、上側および下側閾値を有する
   弁別器として形成されており、また閾値を上回り
   または下回る際に、双安定スイツチ段１８を介し
   て制御可能な半導体スイツチ２２が操作可能であ
   る、特許請求の範囲第１項記載の電圧調整器。 ６ 弁別器１７が入力側トランジスタ５０を有
   し、また下側閾値が、入力側トランジスタ５０の
   ベースエミツタダイオードの導通電圧によつて実
   質的に与えられており、また上側閾値が、分圧器
   ５１，５２のタップ電位と、タツプおよび弁別器
   入力端子の間にある半導体素子５０，５３の閾値
   電位とによつて与えられている、特許請求の範囲
   第５項記載の電圧調整器。 ７ 弁別器の入力側トランジスタ５０が、別のト
   ランジスタ５５と共に電流ミラー回路を形成して
   おり、またこの別のトランジスタ５５のコレクタ
   電流の少なくとも一部が、双安定回路段１８を制
   御するために使われる、特許請求の範囲第６項記
   載の電圧調整器。 ８ 双安定スイツチ段１８が、弁別器５０ないし
   ５５と、エミツタホロワ５６を介して制御される
   分圧器５７，５８とから成り、この分圧器のタツ
   プが、ダイオード５９を介してアースに接続され
   ており、その際半導体素子５６，５７，５４，５
   ０，５５が、閉ループを形成している、特許請求
   の範囲第５項記載の電圧調整器。 ９ ダイオード５９が、ダイオード接続されたト
   ランジスタとして形成されており、またこのトラ
   ンジスタ５９が、別のトランジスタ５４と共に電
   流ミラー回路として接続されており、またこの別
   のトランジスタ５４のコレクタエミツタ間によつ
   て、弁別器入力側トランジスタ５０のエミツタが
   アースに接続可能である、特許請求の範囲第８項
   記載の電圧調整器。 １０ 残りの電流を取出すため、エミツタホロワ
   として接続されたトランジスタ５６のベースが、
   電流源６０を介してアースに接続されている、特
   許請求の範囲第５項記載の高圧調整器。 １１ ヒステリシスを設定するために、差動増幅
   器１０の少なくとも１つの入力端子に所定の妨害
   値を加える、特許請求の範囲第１項記載の電圧調
   整器。 １２ 妨害値が、双安定スイツチ段１８の出力信
   号が取出されている、特許請求の範囲第１１項記
   載の電圧調整器。 １３ 妨害値が、制御可能な半導体スイツチ２２
   の制御信号から取出される、特許請求の範囲第１
   １項記載の電圧調整器。 １４ 制御可能な半導体スイツチ２２の制御入力
   端子の前に積分素子２１が接続されている特許請
   求の範囲第１項記載の電圧調整器。