DE1189183B - Anordnung zur Erzeugung einer konstanten Bezugsspannung - Google Patents

Description

• Anordnung zur Erzeugung einer konstanten Bezugsspannung Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Erzeugung konstanter Bezugsspannungen für Meß-, Steuer- und Regelkreise.
• Es ist bekannt, zur Stabilisierung von Gleichspannungen eine Zenerdiode zu verwenden, die einem Widerstand parallel geschaltet ist, der über einen Vorwiderstand an eine Quelle veränderbarer Spannung angeschlossen ist. Für die stabilisierende Wirkung einer solchen Zenerdiode ist ihr sehr niedriger differentieller Widerstand in einem bestimmten Kennlinienbereich maßgebend, wobei Voraussetzung ist, daß die Diode so gepolt ist, daß sie durch die Spannung am Verbraucher in Sperrichtung beansprucht wird und daß die Spannung am Verbraucher in allen Betriebsfällen einen bestimmten Grenzwert nicht unterschreitet.
• Die Konstanz der mit einer derartigen Anordnung erzeugten Spannung ist nun für viele Anwendungsbereiche unzureichend, vor allem, wenn sich die Speisespannung stark verändert. Das ist einerseits darauf zurückzuführen, daß sich die Spannung an der Zenerdiode bei großen Stromschwankungen merkbar ändert und daß diese Änderungen außerdem verhältnismäßig stark temperaturabhängig sind.
• Zweck der Erfindung ist es, solche Änderungen mit möglichst geringem Aufwand niedrig zu halten. Das wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Zenerdiode mit einer Heizeinrichtung und einem Temperaturfühler zu einer gut wärmeleitenden Einheit zusammengebaut und dieTemperatur der Zenerdiode mittels eines von dem Temperaturfühler gesteuerten elektrischen Reglers konstant gehalten wird.
• Als Temperaturfühler eignet sich vor allem ein Kontaktthermometer. Dieses ermöglicht die Regelung der Temperatur mit sehr geringem Aufwand, wenn die Heizeinrichtung mit Hilfe eines Transistors geschaltet wird, dessen Emitter-Basis-Strecke, die in Durchlaßrichtung vorgespannt ist, durch die Kontakte des Kontaktthermometers vorübergehend kurzgeschlossen wird. Die so erreichte Stabilität läßt sich noch durch einen der Zenerdiode vorgeschalteten Regler verbessern, der den der Zenerdiode und dem dazu parallelliegenden Widerstand zugeführten Strom auf einen von Schwankungen der Speisespannung bereits weitgehend unabhängigen Wert stabilisiert. Hierzu eignet sich vorzugsweise eine an sich bekannte Schaltung mit einem Transistor, in dessen Emitter-Basis-Stromkreis ein Widerstand liegt, an dem eine dem Strom proportionale Spannung abfällt, die mit einer mit Hilfe einer weiteren Zenerdiode gewonnenen Spannung verglichen wird, und dessen Aussteuerung von der Differenz dieser beiden Spannungen abhängt. Dieser Hilfstransistor kann ebenfalls an die gleiche Speisespannungsquelle wie der Verbraucher angeschlossen sein.
• Zur näheren Erläuterung der Erfindung an Hand einer beispielsweisen Schaltung wird nunmehr auf die Zeichnung Bezug genommen.
• An den Klemmen 1 und 2 liegt die Gleichstromspeisespannungsquelle der Anordnung, die nicht besonders dargestellt ist. An diesen Klemmen 1 und 2 liegen in Reihenschaltung der ohmsche Widerstand 3 und die Zenerdiode 4. 5 bezeichnet einen Transistor, der in diesem Falle beispielsweise ein solcher der pnp-Type ist. An die Emitter-Basis-Strecke 5a-5b ist über den einstellbaren Widerstand 6 die Zenerdiode 4 angeschlossen. 7 bezeichnet den Verbraucher, der an die Klemmen 8 und 9 der Schaltung angeschlossen ist und an welchem die Spannung konstant gehalten werden soll. Wie aus der Schaltung zu entnehmen ist, erfolgt die Speisung des Verbrauchers 7 von der Klemme 2 über den Widerstand 6, den Transistor 5, die Klemme 9 und 8 zurück zur Klemme 1. Dieser Stromkreis verläuft über den bisher noch nicht erwähnten einstellbaren Widerstand 10, dessen Funktion im Verlauf der Beschreibung noch näher erläutert werden soll, der aber nicht bei jeder erfindungsgemäßen Schaltung vorhanden zu sein braucht.
• Die bisher beschriebene Anordnung gewährleistet, daß, wenn die Spannung an der Zenerdiode 4 trotz einer Änderung der Spannung an den Klemmen 1 und 2 als konstant angesehen werden kann, an dem Verbraucher 7 die Spannung konstant bleibt. Nun ist aber zusätzlich an die Klemmen 8 und 9 der Schal-

  tung die Zenerdiode 11 mit Rücksicht darauf, daß

  die Spannung an den. 25enerdiode 4 dbab nodr. nicht

  als ausreichend konstant angenommen werden darf,

  angeschlossen. Diese Diode 11 ist in der Darstellung

  in eine besondere Kapselung,12 eingeschlossen. In

  dieser Kapselung befinden sich. ein Kontaktthermo-

  meter 13 uqd ; eiq Iipizelemept 14. Dieses Heiz-

  element 14 ist iq,RCihe mit detp Transistor 15 an die

  Speisespannungsquelle r 2` angeschlossen. Der.gteuer-

  stromkreis für den Transistor: 15 verläuft, vors der

  Klemme 2 der Schaltung über die Emitter-Basis-

  Strecke 15 a-15 b des Transistors 15 und den Reihen-

  widerstand 16 zurück zur Klemme 1 der Speisespan-

  nungsquelle-

  Die Kapselung 12 zusammen mit dem Thermosta-

  ten 13 und der Heizeinrichtung 14 sorgen dafür, daß

  die Zealezdia& 11b nuZ.; einer: praktisch konstanten

  Temperatur ausgesetzt ist, und somit.ein:an:ihr:sqnst

  vorhandener Temperaturgang, der zu einem Fehler

  in der Erhaltung einer konstanten Spannung an dem

  Verbraucher 'i-führen könnte, eliminiert wird: Der

  Transistor 15 ist, sofern die Kontakte des Kontakt-

  thermometers; l3, geßffuet sind, an seiner Steuer-

  strecke derart gesteuert, daß er an seiner Emitter-

  Kollektor-Strecke durchlässig ist: Es erfolgt daher

  eine Speisung..dei,H$iaeinriahlung 14: von der Speise-

  sp_aAnungsquelle 1-2. Steigt die Temperatur inner-

  halb der Kapselung 12 über einen. vorbestimmten

  Wert an, so schließt das, Kontaktthermometer seine

  Kontakte und drückt die Etnitter-Basis-Strecke 15 a-

  15 b des Transistors 15. Wegen des auf diese Weise

  erfolgendeaMegfalls_der Steuerspannung -am..Tran-

  sistor 15 wird dieser an seiner Emitter-Kollektor-

  Strecke gesperrt, und es entfällt eine Speisung der

  F ei ei jl4ng.l4.t,Es..ergibt@ sich also -im. Arbeiten

  dpr, Heizeinrigbüung:. und, des > Thermokontakis .ein:

  gewisses Spie-welches.jedoch:,durch eine -geeignete

  Auswahl der Elemente-.auf,einen sehr engen Tole-

  ranzberich,bmchränkx .warn. kann.

  Wäre..dorcbezeits erwähnte Widerstand 10 in. der

  Schaltung nicht vorhanden,- so. könnte mit der Schal-

  tqng nur eine Aasregelung zwischen einem Mindest-

  spannupgswert, der .bestimmt ist.. durch die Summe

  der- an den,,beidem ,Zenordioden,.auftretenden Span-

  nung, und. , einem -oberen Grenzwert durchgeführt

  werden,- der bestimmt ist durch die Summe aus den

  genannten-beiden-Diodenspannungen und aus dem

  Greampannungswert, der--an der Emitter-Kollektor-

  Strecke des Transistors 5 - unter Berücksichtigung

  eines; betriebssicheren. Arbeitens, des- Transistors zui lässig ist.
• Nun kann es aber gegebenenfalls erwünscht sein, diesen Regelspannungsbereich nach höheren Spanrrungswerten. zu verlagern.. Diese Wirkungsweise lä$t sich.durch den.bereits eingetragenen:Widerstand 10 erreichen. Es ist zu übersehen, daß dieser Widerstand:10 in der Lage. ist, einen gewissen Spannungswert in der Reihenschaltung aus der Zenerdiode 11, dem Transistor 5 und dem Widerstand 6 zu übernehmen. Der an diesem Widerstand 10 betriebsmäßig auftretende Spannungsabfall bestimmt dann die mögliche Verlagerung des Spannungsregelbereiches der. Anordnung.

Claims (4)

1. Patentansprüche: 1.. Anordnung zur Erzeugung einer konstanten Bezugsspannung mit Hilfe. einer. Zenerdiode, dadurch geke.nnzeichnet,. daß die Zenerdiode (11) mit einer Heizeinrichtung (14) und.einem.: Temperaturfühler (13) zu.. einer gut wärmeleitenden Einheit zusammengebaut ist und die Temperatur der Zenerdiode mittels eines von dem Temperaturfühler gesteuerten elektrischen Reglers.konstant gehalten wird.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Temperaturfühler ein Kontaktthermometer verwendet ist.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die.. Heizeinrichtung , über einen # in Durchlaßrichtung . vorgespannten. Transistor (15) an eine Spannungsquelle angeschlossen ist- und die Emitter-Basis-Strecke dieses Transistors mit den Kontakten des Kontaktthermometers (13) verbunden ist.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet; daß die Zenerdiode (11) über die Emitter-Kollektor-Strecke eines weiteren Transistors (5) an eine veränderliche Speisespannungsquelle angeschlossen ist und daß die Basis-Emitter-Strecke dieses Transistors an eine Zenerdiode (4) angeschlossen ist, die zusammen mit einem ,Widerstand (3) einen Spannungsteiler bildet, der ebenfalls mit der veränderlichen Spannung gespeist wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Ball. SEV (1958), S. 1083; Electronics (1958), S. 224.