DE1538440B2

DE1538440B2 - Schaltungsanordnung zur gleichspannungsstabilisierung nach art einer z diode

Info

Publication number: DE1538440B2
Application number: DE19661538440
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl Ing 7800 Freiburg Keller
Original assignee: Deutsche ITT Industries GmbH
Current assignee: TDK Micronas GmbH
Priority date: 1966-11-23
Filing date: 1966-11-23
Publication date: 1972-03-16
Also published as: NL6715897A; US3523198A; BE706732A; CH466409A; DE1538440A1

Description

3 4

Schaltungsanordnungen sei am Beispiel von Fig. 1 dieser Linie ist die Spannung U der erfindungsgemäßen

näher erläutert. Bei niedrigem Strom / zwischen den Schaltungsanordnung konstant und unabhängig vom

Klemmen + U und — U der Schaltungsanordnung Strom /. Wird der Spannungsteiler R₁, R₂ von einem

fließt dieser zuerst nur über den Spannungsteiler aus Schleifwiderstand mit Abgriff (Potentiometer) gebildet,

R₁ und R₂. Erst wenn der Strom / so groß wird, daß 5 so ist der Gesamtwiderstand konstant, die beiden Teile

der Spannungsabfall am Abgriff A des Spannungs- des Schleifwiderstandes stellen dann die Widerstände

teilers die Summe aus der Zenerspannung der Diode Z R₁ und R₂ dar. Durch Verändern der Schleiferstellung

und den Basis-Emitter-Schwellspannungen der Tran- wandert der Punkt P auf der Geraden OP.

sistoren T₁, T₂ erreicht, fließt ein zusätzlicher Strom Wird andererseits die Lage des Punktes P dadurch

über die Z-Diode in die Basis des Transistors T₁. Dieser io variiert, daß der Widerstand R₂ ein Festwiderstand

Strom erzeugt einen um das Produkt der statischen und der Widerstand .R₁ geändert wird, so ändert sich

Stromverstärkungsfaktoren B₁ ■ B₂ der beiden Tran- die Steigung der Geraden OP, da der Punkt P parallel

sistoren höheren Kollektorstrom im Transistor T₂. zur f/-Achse sich verschiebt. Die Steigung der Geraden

Jede weitere Zunahme des Stromes zwischen den An- OP kann dadurch klein gehalten werden, daß zweck-

schlußklemmen der Schaltungsanordnung wird dann 15 mäßig der Widerstand R₂ größer als 5 kü gewählt

von den beiden Transistoren aufgenommen. Der wird.

Strom durch den Spannungsteiler und damit die an den Meßereebnisse
Anschlußklemmen liegende Spannung U bleibt jedoch

praktisch konstant. In einer Schaltungsanordnung nach F i g. 3, die

Nach dem gleichen Prinzip arbeiten auch die Schal- 20 eine Z-Diode mit einer Abbruchspannung von 7 V

tungsanordnungen von F i g. 2 und 3. Der differen- enthielt, wurde eine stabilisierte Spannung U — 30 V

tielle Widerstand der Schaltungsanordnungen wird im durch Verändern des Widerstandes -R₁ bei festem

wesentlichen durch die Emitterströme der Transistoren Widerstand R₂ = 20 kü. und einem Strom / = 5 mA

und durch die Eigenschaften der Z-Diode bestimmt. eingestellt. Der zwischen den Klemmen -\-U, —U ge-

Selbstverständlich kann vorteilhaft an Stelle der 25 messene differentielle Widerstand der Schaltungs-

Z-Diode Z auch die Reihenschaltung einer Z-Diode anordnung betrug 45 Ω, während der Temperatur-

mit einer oder mehreren in Flußrichtung betriebenen koeffizient TK_n der Schaltungsanordnung kleiner als

Dioden oder ein anderes Halbleiterbauelement ver- 10-*/°C war. Demgegenüber liegen die Werte einer

wendet werden, das in einem Teil seiner Kennlinie handelsüblichen Z-Diode von 30 V Abbruchspannung

einen Bereich mit niedrigem differentiellem Wider- 3° (ZF 30) bei 35 Ω differentiellem Widerstand und

stand aufweist. So laß sich z. B. auch die Kollektor- 9 .· 10~⁴/° C Temperaturkoeffizient, gemessen mit dem

Basis-, die Kollektor-Emitter- oder die Basis-Emitter- gleichen Strom von 5 mA.

Abbruchspannung eines normal oder invers betrie- Der Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltungs-

benen Transistors ausnutzen. In jedem Fall soll zweck- anordnung im Vergleich zu einer einzelnen Z-Diode

mäßig das Halbleiterbauelement so ausgewählt wer- 35 liegt also darin, daß der differentielle Widerstand in

den, daß seine Temperaturabhängigkeit durch die der gleichen Größenordnung liegt, während der Tem-

entgegengesetzte Temperaturabhängigkeit der Tran- peraturkoeffizient um den Faktor 10 verbessert wird

sistoren kompensiert wird. und daß die stabilisierte Spannung in weiten Grenzen

An Stelle der zwei Verstärkertransistoren, die min- eingestellt werden kann.

destens erforderlich sind, können auch noch weitere 40 Da im einfachsten Fall alle drei Schaltungsanord-Transistoren in Darlington-Schaltung eingesetzt wer- nungen außer dem Spannungsteiler nur Halbleiterden, um die Verstärkung zu erhöhen. bauelemente enthalten, eignet sich die Schaltungs-Bei der Schaltung nach F i g. 2 ist es vorteilhaft, den anordnung besonders zum Aufbau als integrierte Transistor T₂ so zu dimensionieren, daß sein dyna- Halbleiterschaltung in einem Halbleiterkörper. Es mischer Stromverstärkungsfaktor /J₂ = d/₀/d/₆ min- 45 können zweckmäßig entweder die ganze Schaltung als destens zweimal höher liegt als sein statischer Strom- zweipolige Einheit oder in Abwandlung nur die Halbverstärkungsfaktor B₂ = Je/Jb, wobei J& der Basis- leiterbauelemente unter Weglassung des Spannungsund J_e der Kollektorgleichstrom ist. Es kann außerdem teilers als dreipolige Einheit integriert werden. Im zweckmäßig sein, die Basis-Emitter-Strecke des Tran- letzten Fall hat die integrierte Schaltung die Eigensistors T₂ mit einem zusätzlichen Widerstand R₃ zu 5° schäften einer Z-Diode, die eine zusätzliche Steuerüberbrücken. Elektrode zum Einstellen ihrer Abbruchspannung bein F i g. 4 ist die Strom-Spannungs-Charakteristik sitzt.

der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung auf- Dadurch ergibt sich der weitere Vorteil, daß nicht

gezeichnet. Hierbei entspricht die Steigung der Ge- mehr eine ganze Reihe einzelner Z-Dioden mit ver-

raden OP dem Gesamtwiderstand des Spannungs- 55 schieden hoher Abbruchspannung zu fertigen sind,

teilers, also der Summe R₁ -f- R₂. Die bei dem Punkt P Vielmehr kann ein einziges Bauelement gefertigt wer-

etwa senkrecht nach oben abknickende Linie stellt die den, dessen Stabilisierungsspannung der Anwender

eigentliche Stabilisierungskennlinie dar, d. h., entlang selbst einstellt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 (T1, T2, Z) mit Ausnahme des Spannungsteilers Patentansprüche· ^1' R^ *n emem Halbleiterkörper gebildet sind. 11. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn-

1. Schaltungsanordnung zur Gleichspannungs- 5 zeichnet, daß der eine Spannungsteilerwiderstand Stabilisierung nach Art einer Z-Diode, dadurch (R₂) größer als 5 kü ist.
gekennzeichnet, daß sie zwei äußere Anschlußklemmen (+17, —U) besitzt, daß sie mindestens zwei als Verstärker betriebene Transistoren

(T₁, T₂) und mindestens ein Halbleiterbauelement (Z) ίο
mit einem Kennlinienbereich niedrigen differentiel-

len Widerstandes enthält, daß zwischen die An- Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsschlußklemmen (+ U, — E/) ein Spannungsteiler (R₁, anordnung für die Gleichspannungsstabilisierung nach R₂) geschaltet ist, daß die Kollektoren der Transi- Art einer Z-Diode. Im Bereich über 10 V ist eine Schalstoren an der einen Anschlußklemme (+U) ange- 15 tung interessant, die wie eine im Abbruchgebiet betrieschlossen sind und daß zwischen den Abgriff (^4) des bene Z-Diode eingesetzt werden kann. Es ist Aufgabe Spannungsteilers (R₁, R₂) und die andere Anschluß- der Erfindung, eine solche Schaltung anzugeben. Eine klemme (-U) die in beliebiger Reihenfolge an- solche Schaltung soll etwa den gleichen niedrigen geordnete Serienschaltung der Basis-Emitter-Strek- differentiellen Widerstand besitzen wie eine einzelne ken der Transistoren (T₁, T₂) und des Halbleiter- 20 Z-Diode der entsprechenden Abbruchspannung und bauelementes (Z) geschaltet ist. einen geringeren Temperaturkoeffizienten TK_U der

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, da- Abbruchspannung haben. Zusätzlich ist es wündurch gekennzeichnet, daß als Halbleiterbauele- sehenswert, daß sich die stabilisierte Spannung in ment (Z) mit niedrigem differentiellem Widerstand weiten Grenzen einstellen läßt.

mindestens eine Z-Diode verwendet ist. 25 Die gestellten Aufgaben werden erfindungsgemäß

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, da- dadurch gelös , daß die Schaltungsanordnung zwei durch gekennzeichnet, daß als Halbleiterbau- äußere Anschlußklemmen besitzt, daß sie mindestens element (Z) mit niedrigem differentiellem Wider- zwei als Verstärker betriebene Transistoren und minstand mindestens eine in Flußrichtung betriebene destens ein Halbleiterbauelement mit einem Kenn-Halbleiterdiode verwendet ist. 3° linienbereich niedrigen differentiellen Widerstandes

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, da- enthält, daß zwischen die Anschlußklemmen ein Spandurch gekennzeichnet, daß als Halbleiterbauele- nungsteiler geschaltet ist, daß die Kollektoren der Tranment (Z) mit niedrigem differentieltem Wider- sistoren an der einen Anschlußklemme angeschlossen stand ein oder beide pn-Übergänge eines Tran- sind und daß zwischen den Abgriff des Spannungssistors benutzt sind. 35 teilers und die andere Anschlußklemme die in beliebiger

5. Schaltungsanordnung nach einem der An- Reihenfolge angeordnete Serienschaltung der Basissprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß min- Emitter-Strecke der Transistoren und des Halbleiterdestens einer der als Verstärker betriebenen Tran- bauelementes geschaltet ist.

sistoren (T₁, T₂) so gewählt ist, daß sein dynamischer Die Erfindung wird nun an drei Ausf ührungsbei-

Stromverstärkungsfaktor mindestens zweimal grö- 40 spielen, die in der Zeichnung dargestellt sind, beschrie-

ßer ist als der statische Stromverstärkungsfaktor. ben.

6. Schaltungsanordnung nach einem oder meh- F i g. 1 zeigt eine erste Ausführungsform der erfinreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn- dungsgemäßen Schaltungsanordnung;

zeichnet, daß der Temperaturkoeffizient der durch F i g. 2 zeigt eine andere Ausführungsform der er-

die Schaltungsanordnung stabilisierten Spannung 45 findungsgemäßen Schaltungsanordnung;

dadurch gering gehalten ist, daß die Temperatur- F i g. 3 zeigt eine weitere Möglichkeit zur Ausfüh-

koeffizienten der Basis-Emitter-Spannungen der rung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung;

Transistoren (T₁, T₂) und des Halbleiterbauele- F i g. 4 zeigt die Strom-Spannungs-Charakteristik

ments (Z) gegenseitig kompensiert sind. der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.

7. Schaltungsanordnung nach einem oder meh- 5° Die in den F i g. 1 bis 3 dargestellten Schaltungsreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn- anordnungen enthalten zwei Widerstände R₁, R₂, eine zeichnet, daß zur Basis-Emitter-Strecke mindestens Z-Diode Z und zwei als Verstärker arbeitende Traneines der Transistoren (T₁, T₂) ein Widerstand (R₃) sistoren T₁, T₂. Die Z-Diode Z ist jeweils mit den parallel geschaltet ist. Basis-Emitter-Strecken der beiden Transistoren in

8. Schaltungsanordnung nach einem der An- 55 Reihe geschaltet. Die Kollektoren der Transistoren Sprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die sind an der einen Anschlußklemme + U der Schal-Schaltungselemente (R₁, R₂, R_s, T₁, T₂, Z) min- tungsanordnung angeschlossen. Zwischen den beiden destens teilweise als integrierte Schaltung in einem Anschlußklemmen +U und — Z7 liegt eine Spannungs-Halbleiterkörper gebildet sind. teiler R₁, R₂, dessen Widerstandsverhältnis die Höhe

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, da- 60 der stabilisierten Spannung bestimmt. Macht man durch gekennzeichnet, daß der mit dem Spannungs- diesen Spannungsteiler zweckmäßigerweise einstellbar, teilerabgriff (A) verbundene Pol der Serienschal- so kann mit ihm die Spannung an den Klemmen der tung der Basis-Emitter-Strecken der Transistoren Schaltung in weiten Grenzen, z. B. zwischen 10 V und (T₁, T₂) und des Halbleiterbauelements (Z) auf- 50 V, verändert werden. Dabei ändert sich der Temgetrennt und zu einer dritten äußeren Anschluß- 65 peraturkoeffizient TK_n der Schaltungsanordnung nicht, klemme geführt ist. ihr differentieller Widerstand steigt aber wie bei Z-Di-

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, da- öden mit zunehmender Spannung an.

durch gekennzeichnet, daß die Schaltungselemente Die Wirkungsweise der in den Figuren gezeigten