DE1463150C3 - Gleichstromregelungsanordnung mit einem Stelltransistor - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Gleichstromregelungsanordnung mit einem Stelltransistor, dessen Emitter-Kollektor-Pfad in Reihe mit einem als Stromfühler dienenden Meßwiderstand im Zuge der Stromzuführung zur Last angeordnet ist, und mit einem die Spannung über dem Meßwiderstand mit einem Bezugssignal vergleichenden und ausgangsseitig mit der Basis des Stelltransistors verbundenen Differentialverstärker, der zwei in Emitterschaltung mit gemeinsamem Emitterwiderstand geschaltete Transistoren aufweist. ·

Bei einem bekannten Gleichstromregler dieser Bauart (USA.-Patentschrift 2 889 512) befindet sich der Meßwiderstand an der Ausgangsseite (Belastung) des Stelltransistors, wobei dieser Stelltransistor mit ' seinem Emitter an den Eingang (ungeregelte Speisung) angeschaltet ist und der Stelltransistor durch ein Signal gesteuert wird, das zwischen Emitter und Basis zugeführt wird, und zwar durch Verbindung mit einem weiteren Transistor.

Auch bei einer anderen bekannten Gleichstromregelungsanordnung (USA.-Patentschrift 2 978 630) befindet sich die Emitter-Elektrode des Stelltransistors auf der Eingangsseite.

Es ist zwar auch bereits eine Gleichstromregelungsanordnung bekannt geworden »ETZ-B« 11 (1959), Heft 4, Seite 125, insbesondere Bild 6 b), bei der sich der Emitter des Stelltransistors an der Ausgangsseite befindet, aber hierbei befindet sich der Meßwiderstand ebenfalls an der Ausgangsseite.

Sämtlichen der drei bekannten Regelungsanordnungen ist ein wichtiges Merkmal gemeinsam, das darin besteht, daß die Steuerung des Ausgangsstromes gemäß einem sich ändernden Steuersignal nicht erlangt werden kann. In allen Fällen wird der Ausgangsstrom durch die Einstellung eines Widerstands bzw. eines Potentiometers bewirkt und es wäre schwierig, diese Schaltungen auf einfache Weise so abzuwandeln, daß der Ausgangsstrom durch elektronische Steuerung eingestellt werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gleichstromregler zu schaffen, der nicht nur ausgezeichnete Regeleigenschaften besitzt, sondern auch eine einfache und wirksame Steuerung des Ausgangsstromes ermöglicht, wobei verhältnismäßig wenige Schaltungselemente Anwendung finden.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Meßwiderstand zwischen den ungeregelten Eingang und den Kollektor des Stelltransistors geschaltet ist, daß der Emitterwiderstand der in Emitterschaltung; liegenden Transistoren des Differentialverstärkers rriit dem ungeregelten Eingang verbunden ist, daß diese beiden Transistoren von einer Type sind, die der Type des Stelltransistors entgegengesetzt ist, daß die Kollektoren der beiden Transistoren an die Basis des Stelltransistors bzw. an eine Ausgangsklemme- angeschlossen sind und daß die Basiselektroden der Transistoren von einem Steuersignal gespeist bzw. mit dem Kollektor des Stelltransistors verbunden sind.

Der Meßwiderstand liegt hiernach auf der Eingangsseite des Stelltransistors und der Emitter am Ausgang. Das Steuersignal ist demnach nicht mit dem Emitter des Stelltransistors gekoppelt. Außerdem erfordern die dazwischen angeordneten Verstärkertransistoren keine Verbindung nach der Emitter-Elektrode des Stelltransistors.

Auf diese Weise wird eine einfache und wirksame Möglichkeit geschaffen, elektronisch den Ausgangsstrom durch ein Signal zu steuern, das. als Bezugsgröße eingangs abhängig ist.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Anordnung derart getroffen, daß die Spannungsquelle eine Gleichrichteranordnung aufweist, daß ausgangsseitig eine Glättungsschaltung vorgesehen ist und daß der zweite Eingang des Differentialverstärkers mit einem quer zum Eingang angeordneten Spannungsteiler verbunden ist.

Es ist zwar bereits ein Gleichspannungsregler bekannt (»Soviet Inventions Illustrated Section« Nr. II vom Juli 1962, Abschnitt C (Electricity, Electronics, Communications), Seite 38, Ziffer 145 258), bei dem eine konstante Spannung über einer Last gewährleistet wird und bei dem ein Widerstand in Reihe mit der Last geschaltet ist, so daß der Laststrom einfach dadurch gemessen werden kann, daß die Spannung über diesem Widerstand beobachtet wird. Das wichtige Merkmal im Zusammenhang mit der Erfindung besteht jedoch darin, daß ein Differentialverstärker benutzt wird, der zwei in Emitterschaltung angeordnete Transistoren umfaßt, um das Rückkopplungssignal mit einem Steuersignal zu kombinieren. Diese

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bekannte Schaltungsanordnung kann jedoch keine An- an die Basis des Transistors 13 gelegte Spannung im regung zur Lösung der gestellten Aufgabe bieten, wesentlichen proportional dem quadratischen Mittelweil nach der Erfindung eine völlig neuartige Schal- wert der Wechseleingangsspannung ist.
tungsanordnung benutzt wird, wobei das Transisto- . Die Transistoren 13 und 14 sind so angeordnet, renpaar nicht einfach die Differenz zwischen einem 5 daß immer, wenn ihre Basen dasselbe Potential ha-Rückkopplungssignal und einem Steuersignal bildet, ben, der Kollektor-Emitter-Strom, der durch jeden sondern zusätzlich eine Verstärkung und Invertie- der Transistoren 13 und 14 fließt, gleich der Hälfte rung des Rückkopplungssigrials bewirkt, wodurch des Stromes ist, der durch den Widerstand 15 fließt, der Vorteil erlangt wird, daß eine bemerkenswert Falls das Basispotential des Transistors 13 in bekleine Zähl von Widerständen benutzt wird, ίο zug auf das Basispotential des Transistors 14- auf

Drei erfindungsgemäße Schaltungsanordnungen Grund eines Wechsels oder einer Veränderung in der zur Durchführung verschiedener Funktionen werden Wechseleingangsspannung abnimmt, wird der Emitim folgenden beispielsweise an Hand der Zeichnung ter-Kollektor-Strom des Transistors 13 größer als der beschrieben; in dieser zeigt Emitter-Kollektor-Strom in dem Transistor 14.

Fig. 1 schematisch eine Schaltung zur Erzeugung 15 Durch eine Erhöhung des Emitter-Kollektor-Stromes

eines Gleichstromes proportional zu einer Wechsel- des Transistors 13 wird der Basisstrom des Transi-

spannung, stors 16 erhöht, so daß der Emitter-Kollektor-Strom

F i g. 2 schematisch eine Schaltung zur Erzeugung des Transistors 16, d. h. der Schaltungsausgangs-

eines Gleichstromes proportional zu einem Wechsel- strom, proportional zum Anstieg seines Basisstromes

strom und 20 ansteigt. Falls der Ausgangsstrom dazu neigt, auf

ι F i g. 3 schematisch eine Schaltung zur Erzeugung Grund einer Veränderung in dem Widerstand eines

Γ eines konstanten Gleichstromes aus einer Wechsel- Verbrauchers, der an die Ausgangsklemmen 17 und

Spannungsquelle. 18 angeschlossen ist, abzunehmen, d. h. unabhängig

Nach F i g. 1 wird ein Doppelweggleichrichterglied von der Wechseleingangsspannung, wird das Basis-

10 von einem Transformator 11 mit einer Wechsel- 25 potential des Transistors 14 dazu neigen, anzustei-

spannung gespeist, die proportional einer Wechsel- gen, und der Anteil des Stromes zu dem Transistor

eingangsspannung ist, welche an die Eingangsjdem- 14--von dem Widerstand 15 wird dazu neigen, abzu-

men 12 gelegt ist. nehmen, wodurch der Emitter-Kollektor-Strom des

Die Emitter der P-N-P Transistoren 13 und 14 Transistors 13 ansteigt. Folglich wird der Basisstrom sind über einen Widerstand 15 an den positiven Pol 30 des Transistors 16 ansteigen, wodurch das Ausgangsdes Gleichrichtergliedes 10 angeschlossen. Der KoI- signal in Übereinstimmung mit dem Wechseleinlektor des Transistors 13 ist an die Basis eines N-P-N gangssignal gehalten wird. Falls das Ausgangssignal Transistors 16 geschaltet, dessen Kollektor direkt an auf Grund einer "Veränderung des Widerstandes des die Basis des Transistors 14 und über einen Wider- Verbrauchers dazu neigt, anzusteigen, bewirkt der stand 22 an den positiven Pol gelegt ist. Der Emitter 35 Transistor 14, daß der Emitter-Kollektor-Strom zu des Transistors 16 liegt an einer Ausgangsklemme dem Transistor 13 abnimmt, wodurch das Ausgangs-17. Der Kollektor des Transistors 14 ist an eine Aus- signal in Übereinstimmung mit dem Eingangssignal gangsklemme 18 und über einen Glättungs- oder Be- gehalten wird. Auf diese Weise erzeugt die Schaltung ruhigungswiderstand 19 an den negativen Pol der automatisch ein im wesentlichen konstantes Aus-Gleichstromschaltung des Gleichrichtergliedes 10 an- 40 gangssignal für einen gegebenen Wert der Wechselgeschlossen. Ein Beruhigungs- oder Glättungskon- eingangsspannung.

densator 20 liegt parallel an den Ausgangsklemmen Die Z-Diode 30 ist so angeordnet, daß sie immer 17 und 18 und ein Beruhigungs- oder Glättungskon- dann Strom durch den Widerstand 29 fließen läßt, densator 21 ist zwischen dem positiven Pol des . wenn die Spannung am Ausgang des Gleichrichter-Gleichrichtergliedes 10 und der Ausgangsklemme 18 45 gliedes 10 zwischen dem positiven und negativen Pol angeordnet. größer ist als ein vorbestimmter Maximalwert, wo-

Eine Basiseingangsschaltung für den Transistor 13 durch die Gleichstromspannung am Ausgang des umfaßt eine Diode 23 und einen Widerstand 24, die Gleichrichtergliedes 10 auf diesen hohen Wert bein Parallelschaltung zwischen dem positiven Pol des grenzt wird.

Gleichrichtergliedes 10 und den in Reihe geschalte- 50 Bei Anwendungen, wo außerordentlich hohe Einten Widerstände 25, 26 und 27 liegen. Die Basis des gangsspannungen angelegt werden können, kann die Transistors 13 ist an die Verbindungsstelle zwischen Gleichstromschaltung mit einer Spannungsbegrenden Widerständen 25 und 26 geführt. Ein Kondensa- zungsschalt'ung versehen sein, die höhere Ströme tor 28 ist zwischen der Verbindungsstelle der Wider- führt.

stände 26 und 27 und dem positiven Pol des Gleich- 55 Die in F i g. 2 gezeigte Schaltung ist im allgemei-

richtergliedes 10 angeordnet. Der negative Pol des nen ähnlich der in F i g. 1 dargestellten; gleiche Teile

Gleichrichtergliedes 10 liegt an dem anderen Ende sind mit gleichen Bezugszahlen versehen. Ein Wider-

des Widerstandes 27. - stand 31 wurde parallel zum Wechselstromeingang

Eine Spannungsbegrenzungsschaltung, welche einen des Gleichrichtergliedes 10 hinzugefügt; und die Ba-

mit einer Z-Diode 30 in Reihe geschalteten Wider- 60 siseingangsschaltung für den Transistor 13 umfaßt

stand 29 umfaßt, liegt zwischen dem positiven und nun in Reihenschaltung eine Diode 32 und die

dem negativen Pol des Gleichrichtergliedes 10. Widerstände 33 und 34 und in Parallelschaltung

Im folgenden wird der Betrieb der Schaltung be- dazu einen Kondensator 35.

schrieben. Eine Gleichspannung entwickelt sich par- Der Betrieb der Schaltung ist ähnlich dem Betrieb allel zu der Basiseingangsschaltung proportional zu 65 der Schaltung nach Fig. 1. Ein Wechseleingangseiner Wechseleingangsspannung, die an die Ein- strom wird an die Eingangsklemmen 12 gelegt, wogangsklemmen 12 gelegt ist. Die Werte der Basi- durch sich eine Wechselspannung parallel zu dem Schaltungskomponenten sind so angeordnet, daß die Widerstand 31 entwickelt. Die Komponenten der Ba-

siseingangsschaltung sind so gewählt, daß das Basiseingangspotential für den Transistor 13 im wesentchen proportional dem quadratischen "Mittelwert der Spannung ist, die sich parallel zu dem Widerstand 31 entwickelt, und folglich des Wechseleingangsstromes. Wie bei der Schaltung nach Fig.l ist der an die Ausgangsklemmen 17 und 18 gelegte Ausgangsgleichstrom proportional dem Basispotential des Transistors 13 und wird im wesentlichen konstant unabhängig von Veränderungen im Verbraucherwiderstand gehalten.

Die Schaltung nach F i g. 3 ist im allgemeinen ähnlich der in Fig.l gezeigten; gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszahlen versehen. Die vorerwähnte Basiseingangsschaltung umfaßt jedoch nach Fig.3 eine Z-Diode 36, die in Reihe mit einem Widerstand 37 geschaltet ist. Die Widerstände 38 und 39 sind in ■Reihe zwischen den positiven Pol des Gleichrichterglicdes 10 und der Basiseingangsschaltung gelegt. Eine Z-Diode 40 ist zwischen die Verbindungsstelle der Widerstände 38 und 39 und den negativen Pol angeschlossen. Ein Kondensator 41 liegt zwischen dem ausgangsseitigen Ende des Widerstandes 39 mit positivem Potential und dem negativen Pol, um zusammen mit dem Widerstand 39 als elektrisches Filter zum Glätten der Spannung zu wirken, die sich zwischen dem positiven und dem negativen Pol entwickelt. ■ · .
Der Betrieb der Schaltung ist ähnlich der in bezug auf Fig.l beschriebenen, mit der Ausnahme, daß auf Grund der Wirkung der Z-Dioden 36 und 40 das Basispotential des Transistors 13 im wesentlichen konstant gehalten wird, vorausgesetzt, daß ,die Größe oder Amplitude der Wechseleingangsspannung zu jeder Zeit groß genug ist, um eine Spannung parallel zur Gleichstromschaltung zu entwickeln, die größer ist als die Spannung, die erforderlich ist, um

die Z-Diode 40 leitend zu machen. . .

Die Funktion des Transistors 14 ist, wie es in bezug auf F i g. 1 beschrieben ist, so daß die Schaltung einen im wesentlichen konstanten Ausgangsstrom aufrechterhält, unabhängig von Veränderungen im Verbraucherwiderstand.

Es ist selbstverständlich, daß, obgleich in dieser Beschreibung P-N-P Transistoren für die Transistoren 13 und 14 und ein N-P-N Transistor als Transistor 16 angegeben wurden, durch Umkehrung der Polarität die Schaltung so angeordnet sein könnte,' daß geeignete Transistoren mit entgegengesetzter Leitfähigkeit verwendet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Gleichstromregelungsanordnung mit einem Stelltransistor, dessen Emitter-Kollektor-Pfad in Reihe mit einem als Stromfühler dienenden Meßwiderstand im Zuge der Stromzuführung zur Last angeordnet ist, und mit einem die Spannung über dem Meßwiderstand mit einem Bezugssignal vergleichenden und ausgangsseitig mit der Basis des Stelltransistors verbundenen Differentialverstärker, der zwei in Emitterschaltung mit gemeinsamem Emitterwiderstand geschaltete Transistoren aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwiderstand (22) zwischen den ungeregelten Eingang (10) und den Kollektor des Stelltransistors (16) geschaltet ist, daß der Emitterwiderstand (15) der in Emitterschaltung liegenden Transistoren (13, 14) des Differentialverstärkers mit dem ungeregelten Eingang verbunden ist, daß diese beiden Transistoren (13, 14) von einer Type sind, die der Type des Stelltransistors (16) entgegengesetzt ist, daß die Kollektoren der beiden Transistoren (13, 14) an die Basis des Stelltransistors (16) bzw. an eine Ausgangsklemme (18) angeschlossen sind und daß die Basiselektroden der Transistoren (13, 14) von einem Steuersignal gespeist bzw. mit dem Kollektor des Stelltransistors (16) verbunden sind.

2. Gleichstromregelungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsquelle eine Gleichrichteranordnung. "(10) aufweist, daß ausgangsseitig eine Glättungsschaltung (21) vorgesehen ist und daß der zweite Eingang des Differentialverstärkers mit einem quer zum Eingang angeordneten Spannungsteiler (23 bis 27) verbunden ist.