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Schaltungsanordnung zum Erzeugen einer elektronisch stabilisierten
Gleichspannung aus einer Wechselspannung Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung
zum Erzeugen einer elektronisch stabilisierten Gleichspannung aus einer Wechselspannung,
bei der zwischen Gleichrichter und Verbraucher die Reihenschaltung einer Siebdrossel
mit einer als regelbarer Widerstand arbeitenden Pentode vorgesehen ist, das Schirmgitter
der Pentode über einen zusätzlichen Gleichrichter mit dem Verbindungspunkt des Gleichrichters
und der Siebdrossel oder mit einer Anzapfung der Siebdrossel verbunden ist und zwischen
dem schirmgitterseitigen Ende des Gleichrichters und dem Massepunktt der Schaltungsanordnung
ein Ladekondensator vorgesehen ist.
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Eine solche Schaltungsanordnung ist bekannt. Um mit dieser bekannten
Schaltungsanordnung eine brummarme stabilisierte Gleichspannung zu erhalten, muß
die Schirrngitterspannung der Pentode sehr stark gesiebt werden, was in der Praxis
im allgemeinen mit vertretbarem wirtschaftlichem Aufwand nicht im meist notwendigen
Maße geschehen kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei dieser bekannten Schaltung
die der stabilisierten Gleichspannung überlagerte Brummspannung mit möglichst einfachen
Mitteln zu reduzieren.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß einen Phasenschieber
enthaltende Mittel zur Zuführung einer Brummspannung derartiger Amplitude und Phase
auf ein Gitter der Pentode vorgesehen sind, daß die der stabilisierten Gleichspannung
überlagerte Brummspannung im wesentlichen kompensiert wird und daß hierbei der Phasenschieber
- gegebenenfalls unter Zwischenschaltung zusätzlicher Widerstände - eingangsseitig
mit dem Schirmgitter und ausgangsseitig mit dem Steuer- oder Bremsgitter der Pentode
verbunden ist.
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Es ist zwar bereits eine Schaltungsanordnung zum Erzeugen einer elektronisch
stabiliserten Gleichspannung aus einer Wechselspannung bekannt, bei der spezielle
Mittel zum Reduzieren der der stabilisierten Gleichspannung überlagerten Brummspannung
vorgesehen sind. Diese Mittel stellen eine Rückwärtsregelungsschaltung dar, die
eine zusätzliche und im Vergleich zur gesamten Schaltungsanordnung recht aufwendige
Verstärkerstufe mit einer in Gitter-Basis-Schaltung betriebenen Pentode enthält.
Infolge der Anwendung des Rückwärtsregelungsprinzips ist hierdurch eine praktisch
völlige Kompensation der Brummspannung nicht durchführbar; dagegen wird bei der
Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung das Vorwärtsregelungsprinzip angewendet,
wodurch eine annähernd vollständige Ausregelung der Brummspannung möglich ist. Die
bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung erforderlichen zusätzlichen Bauelemente
sind überdies rein passive Elemente relativ geringen wirtschaftlichen Wertes; bei
einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung stellen sie lediglich Widerstands-Kondensator-Kombinationen
dar. Ihr Preis liegt um mindestens eine Größenordnung unter den Kosten für die Kompensationsmittel
bei dieser bekannten Schaltungsanordnung.
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Die Anwendung des Vorwärtsregelungsprinzips bei einer Schaltung zur
selbsttätigen Konstanthaitung der Ausgangsspannung einer Gleichspannungsquelle ist
allerdings an sich bekannt. Diese weiterhin bekannte Schaltung ist besonders als
Versorgungsspannungsquelle eines zeitlich sehr stark in seiner Größe schwankenden
Belastungswiderstandes, beispielsweise eines Videoverstärkers der Fernsehtechnik,
mit mäanderförmigen Lastschwankungen verwendbar und enthält gleichfalls eine durch
eine Steuerröhre regelbare Röhre in seinem Längszweig. Das Steuergitter der Steuerröhre
ist hierbei über Spannungsteiler an die Eingangs- und Ausgangsspannung sowie an
eine vom Belastungsstrom abhängige Spannung angeschlossen, wodurch außer der erwähnten
Vorwärtsregelung zusätzlich auch eine Spannungsrückwärtsregelung und eine Stromregelung
erfolgen. Mittels zusätzlicher Kondensatoren und Widerstände werden bei dieser bekannten
Schaltung eine Verbesserung der Siebwirkung bei höheren Frequenzen und eine Unterdrückung
von Schwingneigungen bewirkt. Nachteilig bei dieser bekannten Schaltung ist jedoch,
daß ihre Steuerröhre mit schwankender Last ihren Anodenstrom und damit ihre Steilheit
stark ändern muß, was bedeutet, daß die Kompensation nur für einen einzigen Arbeitspunkt
der Steuerröhre genau justierbar ist. Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
wird hingegen der Schirmgitterdurchgriff der
Längsröhre zur Kompensation
ausgenutzt, der eine Röhrenkonstante darstellt, welche über den gesamten nutzbaren
offenen Zustand der Röhre recht wenig schwankt, wodurch die Kompensation bei der
erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung über einen außerordentlich weiten Arbeitsbereich
mit praktisch gleichem Ergebnis leicht durchführbar ist. Nachteilig an dieser bekannten
Schaltung ist außerdem die Einengung des Aussteuerbereichs der Steuerröhre durch
deren Einbeziehung in den Regelkreis.
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Bei dem in der Abbildung gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
das im folgenden zu deren näherer Erläuterung im einzelnen beschrieben wird, erfolgt
die Gleichrichtung der Netzwechselspannung U,-,:, mittels eines üblichen Netzgerätes
mit einer Zweiweg-Gleichrichterschaltung, die aus einem Transformator 1 und zwei
Gleichrichtern 2 besteht. Am Ausgang der Gleichrichter ist zur Glättung der dort
auftretenden kommutierten Wechselspannung ein Siebglied angeschlossen, das aus einer
Siebdrossel 3 und einem Siebkondensator 4 besteht. Diese Art der Siebung ohne Verwendung
eines Ladekondensators wird bekanntlich vorwiegend bei Verbrauchern mit stark schwankendem
Verbraucherstrom angewandt, da unter der Voraussetzung, daß die Induktivität der
Siebdrossel einen gewissen kritischen Wert - der eine Funktion des Verbraucherwiderstandes
ist - überschreitet, die über dem Siebkondensator 4 auftretende Spannung
im wesentlichen konstant ist und etwa dem 0,9fachen Wert der Effektivspannung der
die Gleichrichter einspeisenden Wechselspannung, d. h. im allgemeinen der Sekundärspannung
des Netztransformators ist. Diese am Siebkondensator 4 auftretende Gleichspannung
wird als Anodenspannung für eine in Serie zum Verbraucherwiderstand geschaltete
und als elektronisch regelbarer Widerstand arbeitende Pentode 5 benutzt. Aus wirtschaftlichen
Gründen ist es erwünscht, den Gleichspannungsabfall im Stromversorgungsgerät möglichst
gering zu halten, was durch Wahl geringer ohmscher Widerstände der Transformatorwicklungen
und durch Wahl von Gleichrichtern mit kleinen Durchlaßwiderständen erreicht werden
kann. Da sich in der gezeigten Schaltungsanordnung der Spannungsabfall zwischen
Kathode und Anode der Pentode 5 von der am Siebkondensator 4 liegenden Gleichspannung
abzieht und demzufolge am Verbraucherwiderstand nur eine um diesen Spannungsabfall
verminderte Gleichspannung zur Verfügung steht, ist es erforderlich, die Pentode
5 mit möglichst geringer Anodenspannung zu betreiben. Um jedoch einen genügend hohen
Anodenstrom ziehen zu können, der ja gleich dem Verbraucherstrom durch den Verbraucherwiderstand
ist, muß die Pentode 5 mit einer relativ hohen Schirmgitterspannung betrieben werden.
Hierzu wird die erforderliche Gleichspannung durch Gleichrichtung der über der Siebdrossel
3 auftretenden kommutierten Wechselspannung gewonnen. Diesem Zweck dient ein zusätzlicher
Gleichrichter 6, der an dem Verbindungspunkt zwischen den Gleichrichtern 2 und der
Siebdrossel 3 angeschlossen und über einen Widerstand 7 mit dem Schirmgitter der
Pentode 5 verbunden ist. Zur Siebung der hinter dem Gleichrichter 6 auftretenden
Brummspannung dient ein Ladekondensator 8, der fast auf die Spitzenspannung der
kommutierten Wechselspannung aufgeladen wird. Ein weiterer, am Schirmgitter liegender
Kondensator 9 dient der Nachsiebung und Entstörung der Schirmgitter-Spannung. Selbstverständlich
sind die Bauelemente 7 und 9 für das einwandfreie Arbeiten der gezeigten Schaltungsanordnung
nicht unbedingt erforderlich. Durch die gezeigte Polung des Gleichrichters 6 wird
erreicht, daß der Ladekondensator 8 im wesentlichen nur über die Schirmgitter-Kathodenstrecke
der Pentode 5 und den dazu in Serie liegenden Verbraucherwiderstand entladen wird,
jedoch nicht als Ladekondensator für das aus der Siebdrossel 3 und dem Siebkondensator
4 bestehende Siebglied wirkt. Falls die Schirmgitterspannung, die durch Gleichrichtung
der an der Siebdrossel ? auftretenden Brummspannung gewonnen wird, den für die Röhre
gewünschten Wert überschreitet, kann die Drossel selbstverständlich auch mit einer
geeigneten Anzapfung versehen oder für den zusätzlichen Gleichrichter 6 ein Typ
mit höherem Durchlaßwiderstand gewählt werden. Die Vorspannungserzeugung für das
Steuergitter der Pentode 5 erfolgt beispielsweise in Verbindung mit einem Glimmstabilisator
10 zur Abgabe einer Referenzspannung, mit der die Gleichspannung U_ am Ausgang
der Schaltungsanordnung unter Verwendung einer Spannungsverstärkerpentode
11 verglichen wird, deren Ausgangsspannung der Steuerung der Pentode5 dient.
Mit 12 bis 16 sind die Vorspannungs- und Arbeitswiderstände der Pentode
11 bezeichnet.
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Die bis hierher an Hand der Abbildung beschriebene Schaltungsanordnung
ist von derjenigen Art, die bereits einleitend als bekannt bezeichnet ist. Im Gegensatz
zum Stand der Technik ist jedoch die Anode der Pentode 11 nicht - wie sonst bei
bekannten stabilisierten Netzgeräten elektronischer Schaltungsanordnungen allgemein
üblich - mit dem positiven Potential an der Anode oder Kathode der Pentode 5 über
einen Widerstand verbunden, sondern sie liegt zusammen mit einem Widerstand
18 und einem hierzu in Reihe liegenden Phasenschieber 19
am Schirmgitterpotential
der Pentode 5. Außerdem ist die Anode der Pentode 11 über einen Widerstand
17 mit dem Steuergitter der Pentode 5 verbunden.
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Der Phasenschieber 19 wird zweckmäßigerweise aus Widerstand-Kondensator-Kombinationen
in an sich bekannter Weise aufgebaut, wozu in der gezeigten Schaltungsanordnung
die Widerstände 20 bis 24
und die Kondensatoren 25 bis 29 vorgesehen
sind. Der Phasenschieber muß in Verbindung mit dem Widerstand 18 und dem Innenwiderstand
der Steuerröhre 11 derart dimensioniert werden, daß die der stabilisierten Gleichspannung
U- überlagerte Brummspannung im wesentlichen kompensiert wird, indem vorzugsweise
entweder dem Steuer- oder dem Bremsgitter der Pentode 5 eine die Brummspannung deren
Schirmgitterspannung kompensierende Brummspannung entsprechender Amplitude und Phasenlage
zugeführt wird.
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Selbstverständlich kann der Phasenschieber auch in anderer an sich
bekannter Art aufgebaut sein und kann der Spannungsvergleich der stabilisierten
Gleichspannung mit einer Differenzspannung auch in anderer an sich bekannter Weise
als in der gezeigten Art, d. h. nicht unter Verwendung der Bauelemente 10 bis 16,
erfolgen.