DE1054505B

DE1054505B - Transistor-Schaltung zum Erzeugen angenaehert rechteckfoermiger Spannungsschwingungen, die hochtransformiert und gleichgerichtet werden

Info

Publication number: DE1054505B
Application number: DET13270A
Authority: DE
Inventors: Dr Rudolf Cantz
Original assignee: Telefunken AG
Current assignee: Telefunken AG
Priority date: 1957-02-23
Filing date: 1957-02-23
Publication date: 1959-04-09

Description

Zur Umwandlung einer niedrigen Gleichspannung in eine höhere Gleichspannung, z. B. zur Erzeugung einer Anodenspannung, werden bekanntlich Transistor-Schaltungen verwendet, welche angenähert rechteckförmige, niederfrequente oder überhörfrequente Spannungsschwingungen erzeugen. Diese werden hochtransformiert und dann gleichgerichtet. Man kann dabei den Gleichrichter entweder so an die Transformatorsekundärwicklung anschließen, daß Strom im Gleichrichter fließt, während im Transistor ebenfalls Strom fließt (»Stromfraßwandler«), oder so, daß während der Strompause im Kollektorkreis des Transistors Strom im Gleichrichter fließt (»Sperrwandler«). Ferner kann auch eine Gleichrichterschaltung nach Greinacher oder Delon mit zwei Gleichrichtern zur Spannungsverdopplung angewandt werden; es fließt dann während der Stromflußzeiten im Transistor Strom in dem einen Gleichrichter, während der Strompausen im TransistorStrom in dem anderen Gleichrichter (»Summierwandler «).

Die Erfindung bezieht sich hauptsächlich auf Schaltungen, bei denen eine Einweggleichrichterschaltung so benützt wird, daß jeweils während der Stromflußzeiten im Transistor auch der Stromdurchgang im Gleichrichter stattfindet. Diese »Stromfluß wandler «-Schaltungen haben bekanntlich den Vorteil, daß die vom Gleichrichter abgegebene Spannung grundsätzlich durch die Batteriespannung und das Windungszahlenverhältnis bestimmt ist und nur relativ wenig von der Belastung abhängt. Dabei ist selbstverständlich ein Speicherkondensator von ausreichender Kapazität vorausgesetzt.

Dem steht jedoch ein Nachteil gegenüber: Die in der Primärselbstinduktion des Transformators während der Stromflußzeit des Transistors aufgespeicherte magnetische Energie muß in einem Kondensator aufgefangen werden, weil anderenfalls hohe Spannungsspitzen an der Primärwicklung bei der Unterbrechung des Kollektorstromes auftreten, die zu einem Durchschlag des Transistors oder Gleichrichters führen können. Der Kondensator wird meistens an die Sekundärspule gelegt, weil man dann mit geringeren Kapazitätswerten und weniger Raum auskommt.

Dieser Kondensator ist zusammen mit der Selbstinduktion der Sekundärwicklung im wesentlichen frequenzbestimmend für die erzeugten Rechteckschwingungen und verursacht, wie die Erfahrung zeigt, daß die Verluste im Transformator und Transistor verhältnismäßig groß werden, so daß sich kein günstiger Wirkungsgrad für die Gleichspannungswandlung ergibt.

Nun ist von im Handel befindlichen Geräten mit Sperrwandler- und Summierwandlerschaltungen her bekannt, daß man durch Anwendung eines frequenzabhängigen Spannungsteilers zwischen der Rückkopplungswicklung des Transformators und der Basis-Emitter-Strecke des Transistors die Frequenz der erzeugten Rechteckschwin-Transistor-Sctialtung zum Erzeugen
angenähert rediteckförmiger
Sp annungs s chwingungen,
die hochtransformiert und
gleichgerichtet werden

Anmelder:

Telefunken G.m.b.H.,

Berlin NW 87, Sickingenstr. 71
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Dr. Rudolf Cantz₁ Ulm/Donau,
ist als Erfinder genannt worden

gungen und auch den Wirkungsgrad beeinflussen kann. Der Spannungsteiler besteht aus einem längsgeschalteten Kondensator und quergeschalteten Ohmschen Widerstand, von dem die Rückkopplungsspannung für die Basis-Emitter-Strecke abgenommen wird.

Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, daß diese bekannte Form eines Spannungsteilers zwischen der Rückkopplungswicklung des Transformators und der Basis-Emitter-Strecke des Transistors insbesondere bei der Anwendung auf einen Stromflußwandler dahin abgeändert wird, daß seine Querimpedanz durch eine Selbstinduktionsspule statt durch einen Ohmsehen Widerstand gebildet wird. Die Vorteile einer Frequenzbestimmung durch einen Spannungsteiler im Rückkopplungskreis können erst dann entscheidend zur Geltung kommen. Hierdurch nähern sich die erzeugten Schwingungen mehr der Rechteckform, so daß der Wirkungsgrad entsprechend ansteigt. Dieser Vorteil macht sich besonders bei Stromflußwandlern wegen deren schlechten Wirkungsgrades bemerkbar.

Es ist in einem Gleichspannungswandler mit Transistor bekannt, zwischen die Batterie und den Wandler ein LC-Glied einzuschalten, welches eine Rückwirkung der stoßweisen Belastung der Batterie auf den Empfänger bei großem Innenwiderstand der Batterie vermeiden soll. Die Drossel liegt im Gegensatz zur erfindungsgemäßen Schaltung nicht in einem Wechselstromzweig der Oszillatorschaltung.

In Fig. 1 ist als Beispiel das Schaltbild eines »Stromflußwandlers « gemäß der Erfindung dargestellt. Im KoUektorkreis eines Transistors Tr Uegt die Primärwicklung L₁ eines Transformators T, dessen mit einem

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Claims

Kondensator C2 überbrückte Sekundärwicklung L2 über einen Gleichrichter G mit den Gleichspannungsausgangsklemmen K1 und K2 verbunden ist. Zwischen diesen Klemmen liegt ein Speicherkondensator C Parallel zur Batterie B, im allgemeinen ein Akkumulator, liegt ein Ohmscher Spannungsteiler R1, R2, dessen Widerstand R1 zur Schließung des Rückkopplungskreises von einem Kondensator C1 überbrückt ist. R2 liefert die Vorspannung der Basis gegen den Emitter, und an R1 + ^2 ^eIt die Kollektorspannung. Wechselstrommäßig parallel zur Rückkopplungswicklung La liegt ein frequenzabhängiger Spannungsteiler, der hauptsächlich aus dem längsgeschalteten Kondensator Ct und der quergeschalteten Spule Lt besteht. Auf die Bedeutung von L und R wird unten näher eingegangen. Von. der Spule Lt wird die Rückkopplungsspannung für die Basis-Emitter-Strecke abgenommen, wobei zu beachten ist, daß der Punkt P wechselstrommäßig über den Akkumulator B oder die gestrichelt gezeichnete Kapazität am Emitter liegt. Durch die erfindungsgemäße Verwendung einer Selbstinduktion Lt von passender Größe als Querimpedanz ergibt sich gegenüber der Verwendung eines Ohmschen Widerstandes nicht nur eine Verringerung der Leistungsverluste im Rückkopplungskreis, sondern insbesondere ein günstigerer zeitlicher Verlauf der an der Basis-Emitter-Strecke wirksamen Rückkopplungsspannung. Dies sei an Hand der Fig. 2 und 3 verdeutlicht. Es wird vorausgesetzt, daß die Rückkopplungswicklung des Transformators eine angenähert rechteckförmige Spannung an den Eingang des Teilers Ct, Lt liefert. Dieser verändert dann die Kurvenform der Spannung Ube für die Basis-Emitter-Strecke. Im Falle eines Ohmschen Widerstandes als Ouerimpedanz würde der zeitliche Verlauf der Spannung Ube in Abhängigkeit von der Zeit t eine Form haben, wie sie in Fig. 2 gezeichnet ist. Man sieht dabei zunächst von der in Fig. 1 eingezeichneten weiteren Selbstinduktion L ab. Die Spannung Ube der Basis gegen den Emitter ist zunächst positiv, nimmt dann plötzlich bis auf Null ab und steigt auf einen hohen negativen Wert an, wodurch der Kollektorstrom eingeschaltet wird. Die Spannung sinkt am Anfang der Stromflußzeit T1 des Transistors schnell, dann langsamer und schließlich wieder schneller ab, bis beim Erreichen eines niedrigen negativen Spannungswertes die Unterbrechung des Kollektorstromes erfolgt und die Spannung umspringt auf einen positiven Wert. Im Falle einer Selbstinduktion Lt als Querimpedanz, wie dies die vorliegende Erfindung vorsieht, ergibt sich dagegen ein Verlauf, wie in Fig. 3 gezeichnet. Dort erfolgt die Abnahme der Spannung während T1 zuerst langsam und dann schneller und springt schließlich mit einem schärferen Knick um. Die Spannung Ube reicht daher während einer längeren Zeit aus, um einen genügend großen Basis- und Kollektorstrom fließen zu lassen, ohne daß ein wesentlich überhöhter Anfangswert von Ube erforderlich ist. Außerdem ist der erwähnte schärfere Knick für eine zeitlich wohldefinierte Unterbrechung des Kollektorstromes nützlich. Gegenüber der Verwendung eines Teilers mit Ohmscher Querimpedanz erhält man so eine wesentliche Verbesserung des Transistorwirkungsgrades und der Betriebsstabilität. Würde man eine Schaltung nach Fig. 1 in der bisher beschriebenen einfachen Form, noch ohne die Zusatzselbstinduktion L in der Zuleitung zum Spannungsteilerkondensator Ct, ausführen, so hätte dies den Nachteil, daß sich zu Beginn der Stromflußzeit im Transistor leicht eine kurzzeitige hohe Kollektorstromspitze ergeben könnte, weil das Umspringen der Basisspannung sehr plötzlich erfolgen würde. Auch würden sich, wenn Tran- sistoren verschiedener Stromverstärkung eingesetzt würden, wesentlich verschiedene Formen des zeitlichen Verlaufes des Kollektorstromes ergeben. Gemäß einem weiteren Erfindungsgedanken kann man sowohl das Auftreten der hohen Stromspitzen vermeiden als auch den Einfluß der Streuung der Stromverstärkung der Transistoren auf den Kollektorstromverlauf sehr stark einschränken. Dies wird dadurch erreicht, daß in die Zuleitung zum Spannungsteilerkondensator Cy die schon genannte Zusatzselbstinduktion L, die nötigenfalls mit einem Ohmschen Dämpfungswiderstand R überbrückt ist, eingefügt und so bemessen ist, daß ihre Serienresonanzfrequenz mit dieser Kapazität Cy etwa das 1- bis l,5fache der gewünschten Generatorfrequenz beträgt. Bei der praktischen Erprobung ergab sich durch das Einfügen von L eine bedeutend verbesserte Auswechselbarkeit der Transistoren ohne Änderung der Schaltelemente und eine merkliche Verbesserung des Gesamtwirkungsgrades . Bei Transistoroszillatoren (in Basisschaltung) ist die Einschaltung eines Serienresonanzkreises LCt zwischen Rückkopplungsspule L3 und Steuerelektrode (Emitter) an sich bekannt. Er stellt dort den einzigen Resonanzkreis des Oszillators dar. Dieser Oszillator ist nicht zur Erzeugung von rechteckförmigen Schwingungen bestimmt und enthält auch nicht die Spule Lt, die erst die günstige Form der Rechteckschwingungen nach Fig. 3 verursacht. Gemäß einer weiteren Durchbildung der Erfindung erhält man den besten Gesamtwirkungsgrad einer Stromflußwandlerschaltung nach Fig. 1, wenn man die Kapazität Ct, die Selbstinduktionswerte Lt und L und die Rückkopplungsübersetzung so bemißt, wie dies im Anspruch 3 angegeben ist. Patentansprüche:

1. Transistor-Schaltung zum Erzeugen angenähert rechteckförmiger Spannungsschwingungen, die hochtransformiert und gleichgerichtet werden, unter Verwendung eines Transformators mit einer Primärwicklung im Kollektorkreis, einer den Gleichrichter speisenden Sekundärwicklung, einer Rückkopplungswicklung und eines Spannungsteilers zwischen der Rückkopplungswicklung und der Basis-Emitter-Strecke, dessen Längsimpedanz eine Kapazität enthält, insbesondere mit einem so gepolten Einweggleichrichter, daß jeweils während der Stromflußzeiten im Transistor auch der Stromdurchgang im Gleichrichter stattfindet, dadurch gekennzeichnet, daß die Ouerimpedanz des Spannungsteilers aus einer Selbstinduktionsspule (Lt) besteht.

2. Transistor-Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß noch eine weitere Selbstinduktion (L), die nötigenfalls mit einem Ohmschen Dämpfungswiderstand (R) überbrückt ist, in Reihe mit der Kapazität (Ct) des Spannungsteilers geschaltet und so bemessen ist, daß ihre Serienresonanzfrequenz mit dieser Kapazität (Ct) etwa das 1- bis l,5fache der gewünschten Generatorfrequenz beträgt.

3. Transistor-Schaltung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die folgende Bemessung der Kapazität (Ct) des Spannungsteilers, der Selbstinduktionswerte (Lt undL) und der Rückkopplungsübersetzung (w_sIw₁)

L₁ = D- V>-Ür)\
N_a- f

ς. β Ib max

U be max ' f