DE2000697A1

DE2000697A1 - Schaltungsanordnung zur Gewinnung einer konstanten Referenzspannung aus einer schwankenden Gleichspannung

Info

Publication number: DE2000697A1
Application number: DE19702000697
Authority: DE
Inventors: Hans-Joerg Kanzian
Original assignee: Goerz Electro GmbH
Current assignee: ABB Goerz AG
Priority date: 1969-01-09
Filing date: 1970-01-08
Publication date: 1970-07-23
Also published as: AT285747B

Description

Schaltungsanordnung zur Gewinnung einer konstanten Referenzspannung aus einer schwankenden Gleichspannung Bekannte Referenzspannungsschaltungen weisen vielfach einen relativ großen Eigenbedarf auf, da einerseits die Speise spannung wesentlich größer als die stabilisierte Ausgangsspannung, anderseits auch der Strom durch das Referenzelement oft wesentlich größer als der benötigte Verbraucherstrom sein muß. Der sich derart ergebende geringe Wirkungsgrad ist ein Nachteil, der ihre Anwendung einschränkt.
Die Erfindung vermeidet diese Nachteile und schafft außerdem eine Schaltung, die eine von der Umge bungstemperatur sehr unabhängige Ausgangsspannung erzeugt.
Sie bedient sich hierbei in an sich bekannter Weise einer Zenerdiode, die jedoch einen großen dynamischen Zenerwiderstand besitzen kann, ras bedeutet, daß der Zenerstrom sehr klein gehalten werden kann. Hierdurch wird das Verhältnis von Speise strom zu Ausgangsstrom der schaltung sehr klein.
Die Anordnung hat iilfolgedessen einen sehr hohen Wirkungsgrad und läßt sich besonders in batteriegespeisten Geräten mit Vorteil verwenden.
Die Erfindung betrifft demgemäß eine Schaltungsanordnung zur Gewinnung einer konstanten Referenzspannung aus einer schwankenden Gleichspannung, wobei in Serie zum Laststromkreis die Emitter-oliektorstrecke eines ersten Transistors und ein Widerstand liegen, dessen Spannungsabfall zur Steuerung dieses ersten Transistors mit Hilfe eines zweiten Transistors entgegengesetzten Leitungstypes dient, und wobei die Ausgangsspannung an einer mit dem ersten Transistor in Serie liegenden Zenerdiode abgreifbar ist und zeichnet sich dadurch aus, daß ein dritter Transistor, gleichen Leitungstypes wie der erste Transistor, mit seiner Emitter-Kollektorstrecke in Serie zu je einem Emitter-bzw. rollektorwiderstand an die Eingangaklemmen der Schaltung angeschlossen ist und dai3 seine Basis mit dem Emitter des ersten Transistors und sein Kollektor mit dem Emitter des zweiten Transistors verbunden ist.
Weitere Einzelheiten der erfindung werden an Hand der Zeichnung erläutert, die in Fig. 1 die Orundsätzliche Schaltung und in Fig. 2 eine Variante derselben zur Kompensation eines gegebenen Temperaturkoeffizienten der Zenerdiode zeigt.
In den beiden Figuren haben die Positionszeichen folgende Bedeutung: A und B sind die Eingangsklemmen, an welche die Speise-Gleichspannung anzuschließen ist.
C und D sind die Ausgangsklemmen, an denen die erzeute konstante Referenzsp.annung auftritt. T1 ist ein im Laststromkreis liegender Transistor (Serientransistor), der mit seinem Emitterwiderstand RE1 und gegebenenfalls einem Kollektorwiderstand Rci (Fig. 2) sowie einer Zenerdiode Z in Serie an die Eingangsspannung angeschlossen ist. Parallel zur Emitter-Kollektorstrecke des Transistors T1 liegt ein ohmscher Widerstand RStb der nur zwri starten der Schaltung erforderlich ist. Des weiteren liegt an den Kleben A und 3 die Serienschaltung der Emitter-Kollektorstrecke eines Transistors T3 init dessen Emitterwiderstand Rz3 unu einem Widerstand RE2. Am Verbindungsounkt des @ollektors des Transistors T3 und des Widsrstandes R2 ist der Emitter des Transistors T2 angeschlossen. Dieser Transistor ist vom entgegengesetzten Leitungstyp wie die beiden anderen Transistoren, hier also ein npn Transistor. Sein Kollektor ist mit der Basis des Transistors T1 und einem gollektorwiderstand RC2 verbunden. Mit USp ist die Eingangs-Speise spannung (Gleichspannung) bezeichnet und mit JSP der Speise strom der ganzen Anordnung, der über die Klemmen A, B fließt. JC1 bezeichnet den Kollektorstrom des Transistors T1 und JZ den Zenerstrom über die Zenerdiode Z. UA ist die Ausgangsspannung oder Referenzspannung.
ist der Laststrom und RL die Last, die an den Klemmen C, D liegt. In den Figuren sind weiters noch die Basis Emitter- und Kollektorspannungen jeweils mittels eines Pfeiles angedeutet.
Die beschriebene Schaltung (Fig. 1) wirkt in folgenaer Weise: Der Serientransistor T1 wird über die Transistoren T2 und T3 durch eine Fehlerspannung angesteuert, die der Zenerstrom als Spannungsabfall am Widerstand RE1 verursacht, wodurch der Strom über den Widerstand REl und damit auch über die Zenerdiode Z konstant gehalten wird, solange die Belastung RL konstant bleibt.
Dadurch wird eine konstante Zenerspannung, die zugleich die Ausgangsspannung ist, gewonnen. Diese Aus½angsspannung wird zur Einstellung üer Gleichstromarbeitspunkte aller Transistoren benutzt. Bei entsprecnender Dimensionierung der Widerstände RE3, RE2 und RC2 wird der Kollektorstrom des Transistors T1 unabhängig von Schwank@ngen der Umgebungstemperatur. Die Abgleichbedingun en für lautet mit guter Annäherung Es zeigt sich, daß der Spannungsabfall an RE3 nur sehr klein sein muß (ca. 0,5 V) wodurch sich die mindestens benötigte Speisespannung USp mit USpmin = UA + URE3 + UBE3 + UBE1 ergibt.
Bei Verwendung handelsüblicher Transistoren ergibt sich in der Praxis, daß die minimalste Speisespannung nur um ca. 1,8 Volt größer sein muß als die stabilisierte Ausgangsspannung.
Der Widerstand RSt ist nur zum Starten der Schaltung nötig und beeinflußt die Stabilisierungseigenschaften sehr wenig, da der Strom IRSt auch durch den Widerstand RE1 fließt, an dem der Spannungsabfall gehalten wird.
Die Fig. 2 zeigt eine Schaltung, welohe es erlaubt einen etwa vorhandenen Temperaturkoeffizienten der Zenerdiode zu kompensieren. Hierzu bedarf es einer entsprechenden Auslegung der Widerstände RE3 RE2 und R¢2 und des zusätzlichen Widerstandes RC1, welcher die schaltung von dem Einfluß des Innenwiderstandes der Zenerdiode Z unabhängig macht. Die Widerstandswerte müssen ftir diesen Fall der folgenden Gleichung genügen:

Claims

Patentansprüche: 1. Schaltungsanordnung zur Gewinnung einer konstanten Referenz spannung aus einer schwankenden Gleichspannung, wobei in Serie zum Laststromkreis die Emitter-Kollektorstreoke eines ersten Transistors und ein Widerstand liegen, dessen Spannungsabfall zur Steuerung dieses ersten Transistorf mit Hilfe eines zweiten Transistors entgegengesetzten Leitungstypes dient, und wobei die Ausgangsspannung an einer mit dem ersten Transistor in Serie liegenden Zenerdiode abgreifbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter Transistor (T3) gleichen Leitungstypes wie der erste Transistor, mit seiner Emitter-Kollektorstrecke in Serie zu je einem Emitter- bzw. Kollektorwiderstand an die Eingangsklemmen der schaltungsanordnung angeschlossen ist und daß seine Basis mit dem Emitter des ersten Transistors (T1) und sein Kollektor mit dem Emitter des zweiten Transistors (22) verbunden ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitterwiderstände des zweiten und dritten Transistors und der kollektorwiderstand des zweiten Transistors so dimensioniert sind, daß der Temperaturgang der Schaltung praktisch gleich Null wird.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturkoeffizient der Zenerdiode mittels eines zusätzlich in Serie zur Zenerdiode (Z) geschalteten Widerstandes RC1 und entsprechende Diniensionierung der Widerstände RE3, 2 und R02 kompensiert ist.

L e e r s e i t e