DE1054506B - Schaltung zur Gleichspannungsstabilisierung mit Transistoren - Google Patents

Description

• Schaltung zur Gleichspannungsstabilisierung mit Transistoren Bei der Anwendung von Transistoren in der bei Röhren bekannten Schaltung zur Gleichspannungsstabilisierung ergibt sich der Nachteil, daß man zur Erzielung eines günstigen Regelfaktors eine hohe Differenzspannung zwischen der nicht stabilisierten Eingangs- und der stabilisierten Ausgangsspannung aufwenden muß.
• Die Erfindung gibt Maßnahmen an, einen kleinen Regelfaktor, d. h. eine gute Stabilisierung, trotz kleiner Differenzspannungen zu ermöglichen.
• Zur Lösung der Aufgabe, schwankende Gleichspannungen zu stabilisieren, sind Röhrenschaltungen bekannt, die eine längsgeschaltete, mit der verstärkten, schwankenden Ausgangsspannung gesteuerte Röhre enthalten.
• Mit diesen Röhrenschaltungen ist es jedoch nur möglich, größere Spannungen (>_ 50 V) zu stabilisieren, nämlich wegen der Höhe der Anodenspannungen, die für den Betrieb von Röhren notwendig sind.
• Schaltungen mit Transistoren können, wie bekannt ist, nach dem gleichen Prinzip aufgebaut werden, wobei jeweils das Gitter einer Röhre durch die Basis eines Transistors, die Kathode durch den Emitter und die Anode durch den Kollektor zu ersetzen ist. In Fig. 1 ist Ui die nicht stabilisierte Eingangsspannung, L,'2 die stabilisierte Ausgangsspannung. Transistor Tr. nimmt am Spannungsteiler R1, R.2 einen Teil der Ausgangsspannung ab, vergleicht diesen mit einer Referenzspannung U"ef (z. B. einer Glimmlampe) und verstärkt die Differenz. Mittels der verstärkten Differenzspannung wird der im Längszweig liegenden Transistor Tri gesteuert, dessen Emitter auf der Seite der Ausgangsspannung liegt. Er wirkt als veränderlicher Widerstand, der die Differenz zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung aufnimmt.
• Transistorschaltungen eignen sich besonders gut zur Stabilisierung kleiner Gleichspannungen, da man mit sehr niedrigen Kollektorspannungen auskommt.
• Es ist auch bekannt *(USA-Patentschrift 2 751549), bei einer solchen Stabilisierungsschaltung den Transistor Tri so in den Längszweig zu schalten, daß sein Kollektor auf der Seite der Ausgangsspannung liegt, wobei die Polung der nicht stabilisierten Eingangsspannung umgekehrt werden muß (bei Verwendung eines Transistors von demselben Leitfähigkeitsty-p). Diese Schaltung ermöglicht zwar, ohne den Widerstand Ra in Fig. 1 auszukommen, jedoch ist der Innenwiderstand dieser Schaltung und damit die Belastungsabhängigkeit der Ausgangsspannung größer. Dies kommt daher, daß in Fig. 1 der Transistor Tri zwischen Basis und Emitter gesteuert wird, während er in dem anderen erwähnten Fall zwischen Basis und Kollektor gesteuert würde. Die Erfindung bezieht sich dagegen auf die bekannte Grundschaltung des Transistors Tri nach Fig.1 und ermöglicht dort, die Differenzspannung zwischen Ausgangsspannung und Eingangsspannung trotz guter Stabilisierung herabzusetzen. Erfindungsgemäß wird der Außenwiderstand des verstärkten Transistors durch den von der Kollektor-Emitter-Strecke gebildeten Innewiderstand eines weiteren Transistors gebildet, der vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp ist wie der verstärkende Transistor.
• Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Ausführungsbeispiele in Fig. 2 und 3 näher erklärt, nachdem zunächst die Nachteile der bekannten Schaltung nach Fig. 1 erläutert wurden.
• Der Regelfaktor a der Schaltung Fig. 1 ist S2=Steilheit von Tr2.
• Je kleiner a ist, d. h. je größer S2 und Ra ist, um so besser ist die Stabilisierung.
• Da die Steilheit S2 proportional 1e2, dem Emitterstrom von Tr2, ist, ein großes I" auch einen entsprechend großen I"2, Kollektorstrom von Tr2, zur Folge hat, so bedeutet das, da I, über Ra fließt, einen großen Spannungsabfall an Ra, falls S2 * Ra groß sein soll, da Uas; I,2 ' Rd ist. (Über Ra fließt auch noch der im allgemeinen kleine Basisstrom des Transistors Tri.) Der Nachteil dieser Schaltung ist also 1. dieser große Spannungsverlust U" an Ra, der eine große Differenzspannung zwischen Ui und U2 für kleines ca zur Folge hat, weil Ui- U2.-; U2 ist. 2. Da U" gleich der Kollektorspannung von Trl ist, benötigt man einen Transistor entsprechend großer Verlustleistung für kleinen Regelfaktor a.
• Der Zweck der Erfindung ist es nun, eine Schaltung anzugeben, mit der ein sehr kleiner Regelfaktor a bei kleiner Differenzspannung zwischen U1 und U2 ermöglicht wird.
• Nach Fig. 2 wird' an Stelle des Ohmschen Ra (Fig. 1) ein Transistor Tr. vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp wie Tr. so eingesetzt, daß sein Kollektor mit dem Kollektor von Tr2 und der Basis von Trl, sein Emitter mit dem Kollektor von Tri und dem dem Leitfähigkeitstyp des Tr. entsprechenden Pol der Eingangsspannung U1 verbunden ist und seine Basis mittels der Batterie U3 eine Vorspannung gegenüber dem Emitter erhält. Der entgegengesetzte Leitfähigkeitstyp ist erforderlich, weil verlangt wird, daß die Spannung U3 zwischen Basis und Emitter des Transistors Tr. aus der Spannung U1 gewonnen wird und deshalb an dem einen Pol von U1 liegen muP. Diese Bedingung wäre erfüllt, wenn Tr. vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie die anderen Transistoren wäre, dann müßten Emitter und Kollektor von Tr. gegeneinander vertauscht werden, so daß die Spannungsquelle U3 nicht einpolig an der Spannungsquelle Ui liegen würde.
• Der Außenwiderstand R" wird jetzt durch den sehr hochohmigen Innenwiderstand R= (d. h. Wechselstromwiderstand) des Transistors Trs gebildet, wobei man wegen des kleinen Gleichstromwiderstandes schon mit sehr kleiner Kollektorspannung (> 0,5 V) auskommt. Das bedeutet, daß der Regelfaktor a mehr von der Differenzspannung zwischen U1 und U2, die eine Gleichspannung ist, abhängig ist, man also mit kleiner Differenzspannung auskommt, deren Größe sich praktisch nur noch nach den maximal zulässigen Spannungsschwankungen der Eingangsspannung U1 richtet.
• Außerdem ergibt sich nebenbei noch der Vorteil, daß der Regelfaktor a über den ganzen Eingangsspannungsschwankungsbereich konstant bleibt, denn die Steilheit 4 des Transistors Tr. ist proportional I12, R= umgekehrt proportional I", folglich S2 - RI=const. Fig. 3 zeigt ein praktisches Ausführungsbeispiel für die Schaltung nach Fig.2 bei Verwendung der handelsüblichen Transistoren 0D 604 für Trl, 0C 604 spei für Tr. und TF 71 für Trs. Dl und D2 sind »Zener«-Dioden (Silizium-Dioden mit niedriger Durchbruchspannung), wobei Dl die Bezugsdiode darstellt und D2 zur Einstellung der Vorspannung für den Transistor Tr. dient. Bei nahezu konstanter Ausgangsspannung U2 von 20 V ist der entnehmbare Strom 0 bis 100 mA. Die Eingangsspannung Ui darf zwischen 23 und 32 V schwanken, nach oben durch die zulässige Verlustleistung des Transistors Tr. begrenzt. Der Regelfaktor ist a = 10-s, der Innenwidersand der geregelten Quelle gleich 0,1 S2.
• An Stelle eines einzelnen Transistors Trl kann in an sich bekannter Weise eine Kombination von zwei oder mehreren Transistoren verwendet werden.
• Die gleiche Schaltung kann auch mit Transistoren vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp aufgebaut werden, wobei dann die dem Typ entsprechende Polung der Eingangsspannung und Referenzspannung zu wählen ist.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Schaltung zur Gleichspannungsstabilisierung mit einem Transistor, der die Differenzspannung zwischen der konstant zu haltenden Ausgangsspannung und einer Vergleichsspannung verstärkt, und mit einem von dieser verstärkten Spannung geregelten, im Längszweig so eingeschalteten Transistor, daß sein Emitter auf der Seite der Ausgangsspannung liegt, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenwiderstand des verstärkenden Transistors (Tr2) durch den von der Kollektor-Emitter-Strecke gebildeten Innenwiderstand eines weiteren Transistors (Trs) gebildet wird, der vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp ist wie der verstärkende Transistor (Fig.2 und 3). In Betracht gezogene Druckschriften USA.-Patentschrift Nr. 2 751549.