DE1588655A1 - Schaltungsanordnung zur Spannungsstabilisierung - Google Patents

Description

6489-67/Dr.ν.B/Bru

RCA 57,757

U.S.Serial No. 582,849

Filed: September 29, 1966

Radio Corporation of America, New York, N.Y. (V.St.A.)

Schaltungsanordnung zur Spannungsstabilisierung

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Stabilisierung einer Spannung, die von einer ungeregelten Spannungsquelle an einen Verbraucher geliefert wird, mit einem dem Verbraucher parallel geschalteten, im Durchbruch betriebenen Bauelement, dessen Klemmenspannung nur wenig von der Grosse des das Bauelement durchfliessenden Stromes abhängt.

Es ist bekannt, die Spannung an einem Verbraucher durch ein dem Verbraucher parallel geschaltetes, im Durchbruch betriebenes Bauelement, z.B. eine Glimmentladungsröhre oder eine Zenerdiode zu stabilisieren. Für höhere Anforderungen reicht eine solche Stabilisierung jedoch nicht aus, da die Spannung an dem im Durchbruch betriebenen Bauelement immer noch merklich von der Grosse des dieses Bauelement durchfliessenden Stromes abhängt.

Es sind ferner elektronische Schaltungen zur Span-

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nungsstabilisierung bekannt, die mit einem in die Stromzuführung zum Verbraucher geschalteten gesteuerten Bauelement (Röhre oder Transistor) arbeiten, dessen Innenwiderstand durch ein auf die Verbraucherspannung ansprechendes Bauelement im Sinne einer Verringerung der Schwankungen der Verbraucherspannung gesteuert wird. Solche elektronischen Stabilisierungsschaltungen sind jedoch im allgemeinen teuer und kompliziert, insbesondere müssen gesteuerte Bauelemente verwendet werden, die für den vollen Verbraucherstrom ausgelegt und dementsprechend teuer sind.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Spannungsstabilisierung anzugeben, die einfach ist und auch höheren Genauigkeitsanforderungen entspricht.

Diese Aufgabe wird bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art geraäss der Erfindung dadurch gelöst, daß das im Durchbruch betriebene Bauelement mit einer Einrichtung verbunden ist, die auf den das Bauelement durchfliessenden Strom anspricht, dass dem Bauelement ein veränderlicher Stromweg parallel geschaltet ist und daß die stromempfindliche Einrichtung den Stromfluß im Parallelstroraweg im Sinne einer Verringerung der Schwankungen des das Bauelement durchfliessenden Stromes steuert.

Die Schaltungsanordnung gemäse der Erfindung liefert eine sehr gute stabilisierte Spannung sowohl bei Eingangsspannungs-

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schwankungen als auch bei Last Schwankungen.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Schaltbildes einer Spannungsstabilisierungsschaltung gemäss einem Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert .

Die in der Zeichnung dargestellte Schaltungsanordnung wird durch eine nicht dargestellte ungeregelte Spannungsquelle gespeist, die zwischen eine Klemme 10 und eine mit Masse verbundene Klemme 12 geschaltet ist. Ein mit einer stabilisierten Spannung zu speisender, nicht dargestellter Verbraucher wird an eine Ausgangsklemme 14 und die Masseklemme 12 angeschlossen. Bei der dargestellten AusfüTirungsform ist die Klemme 10 mit dem negativen Pol der ungeregelten Spannungsquelle verbunden. Zwischen die Klemmen 10 und 14 ist ein Widerstand 16 geschaltet. An den Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 16 und der Klemme Ik ist die Anode einer Zenerdiode 18 oder eines anderen Bauelementes mit entsprechenden Eigenschaften angeschlossen. Die Kathode der Zenerdiode 18 ist mit dem Emitter eines npn-Transistors 20 verbunden, dessen Basis an Masse liegt und dessen Kollektor mit Jeweils einer Klemme zweier Widerstände 22, 24- verbunden ist, Die andere Klemme des Widerstandes 2% ist an eine bezüglich Masse positive Klemme 26 einer nicht dargestellten Spannungsquelle, z.B. einer Batterie, angeschlossen. Die andere Klemme des Widerstandes 22 ist mit einer Klemme eines Widerstandes 28 verbunden, dessen andere Klemme an die Klemme 10 der ungeregelten Spannungsquelle

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hup

angeschlossen ist. Der Verbindungspunkt der Widerstände 22,28 ist mit der Basis eines pnp-Transistors 30 verbunden, dessen Emitter an Masse und dessen Kollektor an die Anode der Zenerdiode 18 angeschlossen ist.

Im Betrieb der beschriebenen Schaltungsanordnung fließt Strom von dem mit der Klemme 14 verbundenen Verbraucher durch den Widerstand 16 zur Klemme 10 der ungeregelten Spannungsquelle. Wenn die an der Zenerdiode 18 liegende Spannung gross genug ist, arbeitet die Zenerdiode im Durchbruchsbereich, wobei Strom durch diese Diode und die Basis-Emitter-Strecke des Transistors 20 fliesst. Da der Spannungsabfall an der Zenerdiode im Durchbruchsbereich nahezu unabhängig vom Diodenstrom ist, ist auch die Spannung an dem mit der Klemme 14 verbundenen Verbraucher ziemlich konstant, auch wenn die Eingangsspannung und der vom Verbraucher aufgenommene Strom schwanken. LastSchwankungen und Eingangsspannungsschwankungen verursachen jedoch entsprechende Schwankungen des die Zenerdiode durchfliessenden Stromes, wobei sich der Spannungsabfall der Zenerdiode etwas ändert. Da der die Zenerdiode 18 durchfliessende Strom auch durch den Emitter des Transistors £0 fliesst, ändert sich der zwischen Kollektor und Basis des Trandstors fliessende Strom entsprechend den Änderungen des Stromes durch die Zenerdiode 18. Der grösste Teil des Emitterstromes des Transistors 20 gelangt also zum Kollektor und fliesst daher durch de Widerstände 22 und 28. Da die drei in Reihe geschalteten Wider-

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stände 22, 24 und 28 einen Spannungsteiler bilden und das die Basis des Transistors 30 mit dem Verbindungspunkt der Widerstände 22 und 28 verbunden ist, bewirken Änderungen des den Transj&or 20 durchfliessenden Stromes entsprechende Änderungen des Basisstromes des Transistors JO, wodurch die Leitfähigkeit des Stromweges von Masse durch die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors 30 entsprechend geändert wird. Da die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors 30 parallel zu der die Zenerdiode und die Emitter-Basis-Strecke des Transistors enthaltenden Reihenschaltung liegt, ist also ein veränderlicher Nebenschluss zur Zenerdiode vorhanden, dessen Widerstand sich in einem solchen Sinne ändert, daß der Strom durch die Zenerdiode 18 unabhängig von Änderungen der Versorgungsspannung und des Laststromes weitestgehend konstant gehalten wird. Als Ergebnis davon bleibt auch der Spannungsabfall an der Zenerdiode 18 sehr konstant und hängt praktisch nicht mehr von den Änderungen der Versorgungsspannung oder des Laststromes ab. Durch die Zenerdiode 18 fliesst also ein im wesentlichen konstanter Strom. Am Verbraucher liegt eine Spannung, die gleich der Durchbruchsspannung der Zenerdiode zuzüglich der konstanten Emitter-Basis-Spannung des Transistors 20, die etwa X/2 Volt beträgt, ist.

Das beschriebene Ausführungsbeispiel lässt sich in der verschiedensten Weise abwandeln, ohne den Rahmen der Erfindung zu überschreiten. Wenn eine gegen Masse positive Spannung

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stabilisiert werden soll, wird der Klemme 10 eine positive Spannung und der Klemme 26 eine negative Spannung zugeführt, die Zenerdiode 18 wird umgepolt, und für die Transistoren 20, 30 werden

wj,e Typen mit entgegengesetzten Leitungstypen,dargestellt* verwendet.

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Claims (7)

1. Pat ent ansprüehe

   1 ·" Schaltungsanordnung zur Stabilisierung einer Spannung, die von einer ungeregelten Spannungsquelle an einen Verbraucher geliefert wird, mit einem dem Verbraucher parallel geschalteten, im Durchbruch betriebenen Bauelement, dessen Klemmenspannung nur wenig von der Grosse des das Bauelement durchfliessenden Stromes abhängt, dadurch gekennzeichnet, daß das im Durehbruch betriebene Bauelement (l8) mit einer Einrichtung (20) verbunden ist, die auf den das Bauelement durchfliessenden Strom anspricht, dass dem Bauelement ein veränderlicher Nebenschlußstromweg (30) parallel geschaltet ist, und daß die stromempfindliche Einrichtung (20) den Stromfluss im Nebenschlußstronmeg im Sinne einer Verringerung der Schwankungen des das Bauelement durchfliessenden Stromes steuert.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das im Durehbruch betriebene Bauelement eine Zenerdiode ist.
3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die stromerapfindliche Einrichtung ein Transistor (20) ist, dessen Emitter-Basis-Strecke der Zenerdiode (18) in Reihe geschaltet ist.

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4. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Neben-

   schlußstromweg einen Transistor (50) enthält, dessen Emitter-Kollektor-Strecke der Zenerdiode (18) parallelgeschaltet ist.
5. 5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichn et, daß zwischen eine erste Klemme (10) der ungeregelten Spannungsquelle und eine Verbraucherklemme (14) ein Widerstand (16) geschaltet ist, daß eine Klemme einer Zenerdiode über den Widerstand (l6) mit der Klemme (10) der Spannungsquelle verbunden 1st, daß der Emitter eines ersten Transistors (20) mit der anderen Klemme der Zenerdiode (18) verbunden ist, daß die Basis des ersten Transistors (20) mit einer zweiten Klemme (12) der Spannungsquelle verbunden ist, daß der Kollektor eines zweiten Transistors (30) mit der ersten Klemme der Zenerdiode verbunden ist, daß der Emitter des zweiten Transistors (30) mit der zweiten Klemme (12) der Spannungsquelle verbunden ist, und daß der Kollektor des ersten Transistors (20) mit der Basis des zweiten Transistors (30) gekoppelt ist.
6. 6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistoren entgegengesetsben Leitungstyp haben und daß der zweite Transistor (30) einen solchen Leitungstyp hat, daß seine Kollektor-Emitter-Strecke einen Nebenschlußstromweg zur Zenerdiode bildet.

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7. 7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß eine Anzahl von Widerständen (22,24,28) in Reihe zwischen die erste Klemme (10) der ungeregelten Spannungsquelle und eine Klemme (26) entgegengesetzter Polarität einer zweiten Spannungsquelle geschaltet ist, daß die andere Klemme der zweiten Spannungsquelle mit der anderen Klemme (12) der ungeregelten Spannungsquelle verbunden ist, daß der Kollektor des ersten Transistors (20) mit dem Verbindungspunkt zwischen zwei Widerständen (22,24) der in Reihe geschalteten Widerstände verbunden ist, und daß die Basis des zweiten Transistors (30) mit einem Verbindungspunkt zwischen zwei anderen Widerständen (22,28) der in Reihe geschalteten Widerstände verbunden ist.

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