DE1246865B

DE1246865B - Circuit arrangement for generating an electronically stabilized direct voltage from an alternating voltage

Info

Publication number: DE1246865B
Application number: DE1964T0025658
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Krueger
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1964-02-21
Filing date: 1964-02-21
Publication date: 1967-08-10

Description

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.Circuit arrangement for generating an electronically stabilized Direct voltage from an alternating voltage The invention relates to a circuit arrangement to generate an electronically stabilized direct voltage from an alternating voltage, where a filter reactor is connected in series between the rectifier and the consumer is provided with a working as a controllable resistor pentode, the screen grid the pentode via an additional rectifier to the connection point of the rectifier and the sieve throttle or is connected to a tap of the sieve throttle and between the end of the rectifier on the screen grille side and the ground point of the circuit arrangement a charging capacitor is provided.

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.Such a circuit arrangement is known. To familiarize with this Circuit arrangement to obtain a low-hum stabilized DC voltage, must the grid voltage of the pentode can be very strongly screened, which in practice generally with a justifiable economic outlay, not in the most necessary manner Dimensions can be done.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei dieser bekannten Schaltung die der stabilisierten Gleichspannung überlagerte Brummspannung mit möglichst einfachen Mitteln zu reduzieren.The invention is based on the object in this known circuit the ripple voltage superimposed on the stabilized DC voltage with the simplest possible To reduce funds.

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.This object is achieved according to the invention in that a phase shifter containing means for supplying a ripple voltage of such amplitude and phase are provided on a grid of the pentode that the stabilized DC voltage superimposed ripple voltage is essentially compensated and that here the phase shifter - possibly with the interposition of additional resistors - on the input side with the screen grid and on the output side with the control or braking grid of the pentode connected is.

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.Although it is already a circuit arrangement for generating an electronically stabilized direct voltage from an alternating voltage known at the special Means for reducing the ripple voltage superimposed on the stabilized DC voltage are provided. These means constitute a feedback control circuit that an additional and, compared to the entire circuit arrangement, quite complex Contains amplifier stage with a pentode operated in a grid-base circuit. As a result of the use of the backward regulation principle, this makes one practical complete compensation of the ripple voltage cannot be carried out; on the other hand, the Circuit arrangement according to the invention applied the feedforward principle, whereby an almost complete regulation of the ripple voltage is possible. the additional components required in the circuit arrangement according to the invention are, moreover, purely passive elements of relatively low economic value; at In a preferred embodiment of the invention, they only represent resistor-capacitor combinations The price is at least one order of magnitude below the cost of the compensation funds in this known circuit arrangement.

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.The application of the feedforward principle in a circuit for automatic constant holding of the output voltage of a DC voltage source however known per se. This further known circuit is particularly known as Supply voltage source of a time very strongly fluctuating in size Load resistance, for example a video amplifier in television technology, can be used with meandering load fluctuations and also contains a through a control tube adjustable tube in its longitudinal branch. The control grid of the control tube is here via voltage divider to the input and output voltage as well as on a voltage dependent on the load current is connected, whereby besides the mentioned Forwards regulation also a voltage reverse regulation and a current regulation take place. This is known by means of additional capacitors and resistors Circuit an improvement in the screening effect at higher frequencies and a suppression caused by tendencies to oscillate. The disadvantage of this known circuit is, however, that their control tube with fluctuating load its anode current and thus its steepness must change greatly, which means that the compensation is only for a single operating point the control tube is precisely adjustable. In the circuit arrangement according to the invention on the other hand, the screen grid penetration is the Longitudinal tube for compensation exploited, which represents a tube constant, which over the entire usable open state of the tube fluctuates very little, whereby the compensation in the Circuit arrangement according to the invention over an extraordinarily wide working range can be easily carried out with practically the same result. Disadvantage of this known Switching is also the narrowing of the control range of the control tube their inclusion in the control loop.

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.In the embodiment of the invention shown in the figure, which will be described in detail below for more detailed explanation, the rectification of the AC mains voltage U, -,:, takes place by means of a conventional power supply unit with a two-way rectifier circuit consisting of a transformer 1 and two Rectifiers 2 consists. To smooth the commutated AC voltage that occurs there, a filter element is connected to the output of the rectifier, which filter element consists of a filter choke 3 and a filter capacitor 4. As is well known, this type of screening without using a charging capacitor is mainly used for consumers with strongly fluctuating consumer currents, since the voltage across the filter capacitor 4 exceeds a certain critical value - which is a function of the consumer resistance - provided that the inductance of the filter choke exceeds a certain critical value is essentially constant and approximately 0.9 times the value of the effective voltage of the AC voltage feeding the rectifier, ie generally the secondary voltage of the mains transformer. This DC voltage occurring at the filter capacitor 4 is used as the anode voltage for a pentode 5 connected in series with the consumer resistor and operating as an electronically controllable resistor. For economic reasons, it is desirable to keep the DC voltage drop in the power supply device as low as possible, which can be achieved by choosing low ohmic resistances of the transformer windings and by choosing rectifiers with low forward resistances. Since, in the circuit arrangement shown, the voltage drop between the cathode and anode of the pentode 5 is subtracted from the DC voltage applied to the filter capacitor 4 and consequently only a DC voltage reduced by this voltage drop is available at the consumer resistor, it is necessary to connect the pentode 5 with the lowest possible anode voltage operate. However, in order to be able to draw a sufficiently high anode current, which is equal to the load current through the load resistance, the pentode 5 must be operated with a relatively high screen grid voltage. For this purpose, the required direct voltage is obtained by rectifying the commutated alternating voltage occurring across the filter throttle 3. This purpose is served by an additional rectifier 6, which is connected to the connection point between the rectifiers 2 and the filter choke 3 and is connected to the screen grid of the pentode 5 via a resistor 7. A charging capacitor 8, which is charged almost to the peak voltage of the commutated alternating voltage, is used to filter the ripple voltage occurring behind the rectifier 6. Another capacitor 9 located on the screen grid is used for post-filtering and interference suppression of the screen grid voltage. Of course, the components 7 and 9 are not absolutely necessary for the circuit arrangement shown to work properly. The polarity of the rectifier 6 shown ensures that the charging capacitor 8 is essentially only discharged via the screen grid-cathode path of the pentode 5 and the consumer resistor in series, but not as a charging capacitor for the filter choke 3 and the filter capacitor 4 Sieve member acts. If the screen grid voltage caused by the rectification of the filter choke? occurring ripple voltage is obtained which exceeds the value desired for the tube, the choke can of course also be provided with a suitable tap or a type with a higher forward resistance can be selected for the additional rectifier 6. The bias voltage generation for the control grid of the pentode 5 takes place, for example, in connection with a glow stabilizer 10 to output a reference voltage with which the direct voltage U_ at the output of the circuit arrangement is compared using a voltage amplifier pentode 11 , the output voltage of which is used to control the pentode5. The bias and load resistances of the pentode 11 are designated by 12 to 16.

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.The circuit arrangement described so far with reference to the figure is of the type which is already referred to as known in the introduction. In contrast to the state of the art, however, the anode of the pentode 11 is not connected to the positive potential at the anode or cathode of the pentode 5 via a resistor - as is usually the case with known stabilized power supply units in electronic circuit arrangements, but rather it is connected to a resistor 18 and a phase shifter 19 located in series with this at the screen grid potential of the pentode 5. In addition, the anode of the pentode 11 is connected to the control grid of the pentode 5 via a resistor 17 .

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.The phase shifter 19 is expediently constructed from resistor-capacitor combinations in a manner known per se, for which purpose the resistors 20 to 24 and the capacitors 25 to 29 are provided in the circuit arrangement shown. The phase shifter, in conjunction with the resistor 18 and the internal resistance of the control tube 11, must be dimensioned in such a way that the ripple voltage superimposed on the stabilized DC voltage U- is essentially compensated by preferably adding the ripple voltage to its screen grid voltage either on the control grid or the braking grid of the pentode 5 compensating ripple voltage of appropriate amplitude and phase position is supplied.

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.Of course, the phase shifter can also be used in other ways known type and the voltage comparison of the stabilized DC voltage with a differential voltage also in other known ways than in the manner shown, i.e. H. not using components 10 to 16, take place.

Claims

Claims: 1. Circuit arrangement for generating an electronically stabilized DC voltage from an AC voltage, in which the series connection of a filter choke with a pentode working as a controllable resistor is provided between the rectifier and the consumer, the screen grid of the pentode via an additional rectifier with the connection point of the rectifier and the Filter choke or with a tap of the filter choke and a charging capacitor is provided between the screen grid-side end of the rectifier and the ground point of the circuit arrangement, characterized in that means (18 ', 19) containing a phase shifter ( 19) for supplying a ripple voltage of such amplitude and Phase on a grid of the pentode (5) are provided that the ripple voltage superimposed on the stabilized DC voltage is essentially compensated and that here the phase shifter - possibly with the interposition of additional Wi resistors - connected on the input side to the screen grid and on the output side to the control or braking grid of the pentode.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the phase shifter is constructed in a manner known per se from a resistor-capacitor combination (20 to 24 and 25 to 29) . Documents considered: German Auslegeschrift No. 1061394; U.S. Patent Nos. 2,593,066, 3,112,436.