DE1763015C - - Google Patents

Description

Konstantstromquelle eingekoppelf ist. 35 tung liegt.

5. Serienregeleinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, Die als Arbe:ls_Wu.er,ta»d de

dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektor- transistors wirkende ko«^tantstro'«W^te «t Emitter-Strecke des Transistors (Γ4) der zweiten J_n vorteilhafter Wdtcrbildung der Erfindang ^m Konstantstromquelle mittels einer Starttaste (Sl) Spannungsabfall am Arbeitswiderstand der zweiten durch einen Widerstand (R9) überbrückbar ist. ₄o Konstantstromquellc gesteuert. Mehraufwand

6. Serienregeleinrichtung nach Anspruch 3 Ferner ergibt sich mit einem f/'Jf^Meh abwand oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein zur der besondere \^ortei^.^daVnn,™romauenen^ Emitter-Kollektor-Strecke des SteUtransistors (Tl) der beiden komplementären^^ "^! ¹^ J paralleler Stromzweig vorgesehen ist (F i g. 3). Verbindung mit emem Meßw.derstand in} Langszweig

7. Serienregeleinrichtung nach Anspruch 1, da- 45 der Serienregelung

durch gekennzeichnet, daß der an der ungesiebten piner elektronischen Üherlaslabschaltung übernehmen Eingangsspannung (Ue) liegenden zweiten Kon- kann. „rfinHinwKrnaBeii Reeel-

staiftstromquelle (Transistor TA mit Arbeitswider- Ein weiterer Vorteil dei Mu^gemäßen Regel

stand« 10) ein Spannungsteiler, bestehend aus einrichtung besteht darm daß deren S^aUung;Remc einer Serienschaltung von mehreren in Durchlaß- 5» Kapazitäten ^f⁰^^¹'/^..,''"'^^ würden richtung gepolten Dioden (DA, D5, D6) und einem Reglers in integrierter ^SchaUu"f_fin ^b^'ⁿ _e ^de" .^™ Widerstand (R 14), parallel geschaltet ist und daß Weitere Einzelheiten der .Erfindung werden an

dessen Abgriff zwischen Dioden und Widerstand Hand von mehreren Ausfuhrungsbeisp.elen in den über eine weitere entgegengesetzt gepolte Diode Fig.2 bis 8 naher "»"««·.. . _ , (D3) mit dem negativen Ende des Arbeitswider- 55 In F. g. 2 .st ein Ausfuhrung beisp.el einer Rege standest/? 10) der zweiten Konstantstromquelle einrichtung gemäß der Erfind™g £π^ e U die verbunden ist (F i g 4) gleichzeitig als elektronische Uberlastabschaltung

^e Ser^reÄnricntung nach Anspruch 3 wirkt. Von der in Fig 1 ^^^TuS oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppel- Serienregele.nnchtung m.t dem Stelltrans.st^r ^l und diode (Dl) durch die Basis-Emitter-Strecke eines 6o dem Span.uingsverstarkcrtrans.s or Γ2 unterscheidet Transistors(TS) ersetzt ist (Fig 5) sich die neue Schaltung durch einen Kaskaden-

Transistors (/ 5) ersetzt ist (t g. D). schaltung von zwei gesteuerten Konstantstromquellen,

rjje von einem pnp-Transistor Γ3 und einem npn-

Transistor 7"4 gebildet werden, die im Kollektorkreis

Die Erfindung bezieht sich auf eine Serienregel- 65 des Verstärkertransistors 72 den Außenwiderstand Λ3 inrichtung hoher Rückwirkungsfreiheit zur Erzeugung in F i g. 1 ersetzt Der Transistor" dere sten iner stabilisierten Gleichspannung unter Verwendung Konstantsjroinquelle ist m Re.he mit _dem Emitterines SteUtransistors und eines Spannungsverstärker- widerstand Λ5 so in den Kollektorslromkre.s des

Verstärkertransistors Tl eingeschaltet, daß die Kollektorelektroden beider Transistoren miteinander und der Emitter des Transistors Γ3 über den Widerstand R5 n.it der positiven Eingangsklemme verbunden sind. Die zweite Konstantstromquelle besteht aus der an der Eingangsspanming Ue liegenden Reihenschaltung des Widerstandes Z? 10, der Kollektor-Emitter-Strecke des npn-Transistors TA und des Emitterwiderstandes RW. Der Verbindungspunkt von Widerstand RIO und Transistor TA ist mit der Basis des Transistors Γ3 und die Basis des Transistors TA mit der positiven Ausgangsklemme verbunden.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltung nach F i g. 2 wird nochmals auf die bekannte Schaltung nach F i g. 1 eingegangen. In dieser Schaltung entnehmen der Spannungsverstärkertransistor TI den Kollektorstrom Zc₂ und der Emitterfolger bzw. Stelltransistor 7Ί den Basisstrom Zs₁ über den Arbeitswiderstand R'i aus der ungesiebten Eingungsspannung Ue- Alle Änderungen von Ue bewirken eine entsprechende Änderung des Kollektorstromes Zc₂ und somit auch eine Änderung der Bais-Emitter-Spannung Übe* des Transistors Tl. Dadurch wiederum ändert sich das Refrenzpoteniial Ur₍s — Ube2 r U₇. der Schaltung, wodurch die Ausgangsspannung U_A entsprechend dem Übersetzungsverhältnis des Gegenkopplungsteih-rs Ri, Rl schwankt.

Ersetzt man den Arbeitswiderstand des Transistors Tl durch den mit eingeprägtem Emitterstrom als Konstantstromquelle arbeitenden pnp-Transistor 7*3 (F i g. 2), so erhält man einen sehr großen differentiellen Arbeitswiderstand. Dadurch steigt die offene Spannungsverstärkung des Regelverstärkers Tl, Tl beträchtlich, und der Innenwiderstand Rt der Regelschaltung nimmt bei geschlossener Schleife entsprechen.-ab.

Infolge der hohen Impedanz am Punkt K reicht im allgemeinen die Kollektor-Basis-Kapazität des Spannungsverstärkertransistors Tl (Miller-Kapazität) zur Phasenkoirmensation der geschlossenen Regelschleife aus. Die Größe des Konstantstromes Zk₃ ist direkt von der Basis-Referenzspannung J Us abhängig. Deswegen wird in Λ10 ein zweiter Strom Im eingeprägt, der einen konstanten Spannungsabfall Δ Us zur Folge hat. Der Konstantstrom Im wird von dem npn-Transistor TA geliefert, der als Basis-Referenzspannung die geregelte Ausgangsspannung Ua benutzt. Durch diese Maßnahme wird der Konstantstrom Im und damit auch Zr₃ durch die geregelte Ausgangsspannung Ua selbst stabilisiert. Die Ausgangsspannung Ua wird durch die hohen Impedanzen der Kollektoren von 7Ί (Zci), T3 (Zk₃) und TA (Im) von der ungesiebten Eingangsspannung Ue dynamisch isoliert, wodurch die Rückwirkung aller Schwankungen der Eingangsspannung kleiner als 10~⁴ wird.

Die Kaskadenschaltung der zwei komplementären Stromquellen ermöglicht auf einfache Weise eine elektronische überlastabschaltung. Eine solche elektronische Sicherung entsteht durch Einfügen eines Meßwiderstandes R6 in die Kollektorzuleitung von Tl und ein^r Koppeldiode Dl zum Emitter von T3. Sobald der Kollektor.;':rom von Tl in Λ6 einen Spannungsabfall Δ Umi =■■ Δ Um₂ + Übe hervorruft, fließt über die nun leitend werdende Diode Dl ein Teil des Emitterstromes Z^₃ (;inmit auch des Kollektorstromes IK3) in den Kollektor von Tl ab. Mit weiter zunehmendem Kollektorstrom Zc₁ wird schließlich immer mehr Emitterstrom Ie₃ über die Koppeldiode Dl abgeleitet. Dadurch erhält Tl keinen Kollektorstrom mehr, die Ausgangsspannung Ua sinkt ab, der Konstantstrom Im wird geringer, AUs wird geringer und Γ3 in zunehmendem Maße gesperrt. Da der Stelltransistor Π keinen Basisstrom mehr erhält, ist eier Längszweig der Schaltung gesperrt, und die Ausgangsspannung Ua wird gleich Null. Dann sind aucn die Transistoren Tl und TA gesperrt. Die Schaltung bleibt auch bei Wegnahme der Last

ίο oder des Kurzschlusses gesperrt und muß mittels der Starttaste 51 wieder eingeschaltet werden. Dabei fließt über die Widerstände Λ10 und R9 der SlarlstromAs, der an AlO einen Spannungsabfall A Us hervorruft, der etwa dem zweifachen Wert der

Schwellenspannung der Emitter-Kollektor-Diode des Transistors T3 entspricht. Da im gesperrten Zustanu Δ Um₂. gleich Null ist, fließt "<in im Transistor / < Basisstrom und somit auch k.'llektorstrom Ik₃- *'' das Potential am Punkt K sofort anhebt, die Ai^- gangsspannung Ua steigt mit, es fließt Konstantstem I_Ki, und der Spannungsabfall AUs wird größer. Da dur-h schaukelt sich die Ausgangsspannung Ua bi zum stationären Wert auf. Beim Anlegen der Eingangspannung Ub an die Schaltung, d. h. bei lnbetrieb-

nähme, ergibt sich der gleiche Einschaltvorgang.

In F i g. 3 ist die gleiche Regehinrichtung mit eine; abgewandelten Form der elektronischen Überlastabschaltung dargestellt. Wie in der Schaltung nach Fig. 2 führt auch bei dieser Schaltung ein Kurz

schluß zur totalen Sperrung aller Transistoren. Durch Hinzufügendes Widerstandes «3 (F i g. 3) wird jedoch erreicht, daß die Regelschaltung automatisch bei Inbetriebnahme oder Aufhebung des Kurzschlusses wieder anspringt. Über die Widerstände R6, Z?3, R~!

und RS fließt bei noch gesperrter Schaltung ein Strom ht, der an der Reihenschaltung von RT, K8 einen Spannungsabfall Ua hervorruft, der größe; ist als der zweifache Wert der Schwellenspannung der Emitter-Basis-Diode des Transistors TA. Dadurch erhält der Transistor TA Basisstrom. Nacheinander fließen dann die Kollektorströme Zk₄ und I_Ka- Sodann steigt die Ausgangsspannung Ua und die gesamte Schaltung schaukelt sich bis zum stationären Zustand auf. Der Einfluß des über die Widerstände Λ 6 und R3 aus der ungesiebten Eingangsspannung Ue in den

Ausgang fließenden Stromes I_st ist wegen des niedrigen

dynamischen Innenwiderstandes der Regelschaltung gering.

Tm Gegensatz zn den beiden vorangehenden Schal-

tungen nach Fig. 2 und 3 zeigt die Schaltung nach Fig. 4 bei Überlast ein Konstantstromveriialten. Bei Inbetriebnahme springt die Regeleinrichtung auch unter Normallast automatisch an. Diese Eigenschaften weiüsn Uu.w. iis aus den Dioden D3 bis D6 und den Widerstand /ilA bestehende Netzwerk erzielt.

Sobald die Eingangsspannung Ue an die Schaltung angelegt wird, fließt über die Dioden Dft, DS, D-i und den Widerstand Λ14 ein Strom Is, der an dei Dioden ZJ4.D5, D6den Spannungsabfall Wn^: 3 Um (Übe = Schwllenspannung einer Diode in Durchlaß richtung) erzeugt, der wegen des geringen dynamische! Widerstandes der in Flußrichtung gepolten Dioden ;il Spannungsquelle betrachtet werden kann. Da im ge sperrten Schaltüngszustand die Ströme Im ^lind ^!>t gleich Null sind, wird die Diode Z>3 leitend, a Widerstand R10 entsteht der Spannungsabfall

AUs = AUd- AUr = 3 Übe - Uhb = 2 U_IIE,

und es fließt Basisstrom im Transistor 7*3. Dadurch wiederum steigt der Kollcktorstrom Ik₃, der das Potential des Punktes K hochzieht und die Basis des Transistors 7*1 ansteuert. Der Kollektorstrom Ic\ und die Ausgangsspannung Ua steigen an, der Transistor TA wird leitend und nimmt den Kollektorstrom Ικ.\ auf. Der Spannungsabfall A Us wird durch den zusätzlicnen Strom größer, der Strom Ik₃ steigt weiter an, und die Ausgangsspannung U,\ erreicht ihren stationären Wert. Dabei wird die SpannungAUs größer als die Spannung A Un- Infolgedessen sperrt die Diode D3 und entkoppelt somit den geregelten Punkt C vom ungeregelten Punkt B. Bei Überlast verhält sich diese Schaltung genauso wie die Schaltung nach F i g. 2. Jedoch von dem Zeitpunkt an, in dem der Kollcktorstrom im Transistor Tl (durch das Absinken von Ua und der damit verbundenen Sperrung der Basis-Emitlcr-Streckc von Tl) gleich Null wird, nehmen die Ströme Ik* und Ik₃ nur bis auf den Wert ab, der durch die nun leitend werdende Diode £>3 bestimmt wird. Die Spannung AUs kann nur bis auf den Wert 2 Uns absinken. Dadurch ist am Punkt C eine feste, jedoch um etwa 50°/₀ geringere Basis-Rcfercnz-Spannung A Us als im Normalbctricb gegeben. Da der Spannungsabfall AUm₁ durch die nun geschlossene Regelstrecke Γ3, Dl und Tl gleich AUs ■■=■- 2 U/ih gehalten wird, sinkt der Kollcktorstrom Ia auf etwa 50°/₀ des Abschaltstromes und bleibt konstant auf diesem Wert, selbst wenn die Ausgangsspannung Ua = 0 wird. Bei Aufhebung des Kurzschlusses kehrt die Schaltung, wie anfangs beschrieben, in den stationären Zustand zurück.

Für besondere Anwendungsfälle kann die in F i g. 4 dargestellte Schaltung abgewandelt werden. Bei besonders kleinen Überlastgrenzströmen, die in die Größenordnung von /^₃ kommen, empfiehlt sich die Verwendung eines zusätzlichen pnp-Transistors 7*5 an Stelle der Koppcldiode Dl (F i g. 5). Dadurch wird der notwendige Steuerstrom für die Abschaltung um die Stromverstärkung B des Transistors 7*5 verringert.

Für hohe Ausgangsströme läßt sich die Regeleinrichtung durcheine Kaskadenschaltung von Emitlcrfolgcrn erweitern. In F i g. 6 ist eine Ausführung mit einem zusätzlichen Transistor 7'6 gezeigt. Der Widerstand Λ15 dient zur Ableitung eventueller Kollcktor-Basis-Rcstströmc des Transistors 7*1, kann jedoch bei guten Silizium-Transistoren meistens entfallen. Soll die Regeleinrichtung integriert werden, so verwendet man aus Kostengründen allgemein laterale pnp-Transistoren. Die geringe Stromverstärkung (B ^ I bis 5) dieser Transistoren kann man mittels eines zusätzlichen npn-Emitterfolgers ausgleichen. Ein Beispiel dafür ist in F i g. 7 mit dem lateralen pnp-Transistor 7*3 und dem zusätzlichen Transistor Tb dargestellt.

In F i g. 8 ist eine Regeleinrichtung für eine geregelte Ausgangsspannung von 24 V mit Bemessungsangaben für die wichtigsten Bauteile wiedergegeben. Im Hinblick auf eine gute Temperaturstabilität der Ausgangsspannung wurde eine zusätzliche Diode Dl in Scr τ mit der Z-Piode Dl geschaltet. Die Z-Diode D\ luii eine Durchbruchspannung von 7,2 V, so daß sicli Ί.·.· negativen Temperaturkoeffizienten der in Flußrichiun.: betriebenen Diode Dl und der Basis-Emittcr-Strcckc von 7*2 mit dem positiven TcmpenUurkoeffizicnu·' der Z-Diode Di kompensieren.

Weiterhin ist durch den Einstell widerstand / !ι die Möglichkeit gegeben, Toleranzen der Z-Diodi /.'^! auszugleichen.

Für negative Eingangs- und Ausgangsspannur.iverzielt man äquivalente Schaltungseigenschaften di · sinngemäßes Vertauschen der Leitfähigkeitstypen 1< Transistoren und Umpolen der Dioden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

¹ transistors, dessen Arbeitswiderstand transistorisiert Patentansprüche: j_st . . _meh_reren 1. Serienregeleinrichtung hoher Rückwirkungs- Serie^regelschdtungen Beispiel ist in F i g. 1 eine freiheit zur Erzeugung einer stabilisierten deich- X^a"^a"^ten _c Λ,, ' " dargestellt, die im wesentlicher, spannung unter Verwendung eines SteUtransistors S einfache ^bcha"^u\_ä * _vej_g liegenden Leistungsund eines Spannungsverstärkertransistors, dessen aus einem . -, · _nstromreg_elstrecke, einem Tran · Arbeitswiderstand transistorisiert ist, dadurch transistor l\ ^a'^s _sverstärker mit Außenwidergekennzeichnet, daß in den Kollektor- ^sisto.^r ^ ^A"" Referenzdiode D1 besteht. Der Stromkreis des Spannungsverstärkertransistors (Γ2) stand A3 una emc _Spannungsteiler Al, Rl der Ausgang einer aus zwei Konstantstromquellen io Transistor li ^Γι"' _pannung Ua ab, vergleicht bestehenden, von zwei Transistoren (Γ3, T4) ent- einen Teil der.Ausgag £ ^ ^ _{OiodeDl unc} gegengesetzten Leitfähigkeitstyps gebildeten Kas- sie mit der Ketrenap ^ _&regeltransi_stor Tl wirk, kadenschaltung eingeschaltet ist, deren Eingang ve, stärkt die U ^ere _{wid tan(L} der die Differer-(Basis des Transistors Γ4) an der geregelten Aus- als verändern^ er _Ausgangsspannung Ua unu

stets? ttää^ %

2. Serienregeleinrichtung nach Anspruch 1, da- die Regeleigei scna.^ ^ ^^ ^ _ohmsch.. , durch gekennzeichnet, daß die als Arbeitswider- bessern, ist es .u.ui ^- E_mitter.Kollektor-Streeke stand des Spannungsverstärkertransistors (Γ2) wir- Außemv.dersu^., > £_nTiischal,_{en (S}. W. W a g η c r. kende Konstantstromquelle (Transistor Γ3) vom ao eines Irans:-..>s , , , _onj_sch_er Schaltungen uni Spannungsabfall am Arbeitswiderstand (R 10) der »Stromve-^guns, γ > Bild 7 2/25 und 2(-zweiten Konstantstromquelle (Transistor Γ4) ge- Geräte«. ..ambur^l· *.·■ -^ _{zugninde> eji}._,

^{steuert ist}· ,, , ®"_u κ7v^g ··^verbesserte Regelschaltung an

3. Serienregeleinrichtung nach Anspruch 1 da- einfache, aber ν ;- Regelbereich Schwandurch gekennzeichnet, daß die Kaskadenschaltung a₅ zugeben, die iii <.-■ /^_n einschließlich der der beiden Konstantstromquellen bildenden korn- klingen der '-^ΙΓ1'^;'Α, ._s|_nderungen ausregelt, plementären Transistoren (73, 74) in Verbmdung Brummspannui^ ; uHkb^tung,^J 8 _rn,_ich ^ mit einem Meßwiderstand (R6) im Längszwe.g der ?emaß der hr ..J ·.·, ^rü α _sverstärker. Serienregeleinrichtung eine elektron.sche Übe.last- m den Kollekt r..i. _; ikre.s α ί _Ko°_stantstruin. abschaltung bildet. 3o transistors der An .....ig ein r a^u^ entseßen-

4. Serienregeleinrichtung nach Anspruch 3, da- quellen bestehen.ien ν on zwei J^'^^g^ durch gekennzeichnet, daß der Spannungsabfall gesetzten Le.tfah.gke, styps g

am Meßwiderstand (Λ6) über eine Diode (Dl) in schaltung eingeschaltet ist ^^ den Steuerkreis des Transistors (Γ3) der ersten geregelten Ausgangssp.innung der

den Steuerkreis ds () gg