DE2700111A1 - Automatic stabilising circuit for DC voltages - has error signal amplifier with positive feedback with loop gain of one - Google Patents

Abstract

The circuit operates on the series control circuit principle. The error signal amplifier may be a differential amplifier. It has an infinite gain owing to a positive feed back with loop gain of one. The amplifier has a terminal which assumes a negative resistance when the loop gain is greater than one and it is able to compensate a phase shift of 180 deg. This phase shift is caused by the error signal amplifier gain when the loop gain becomes greater than one.

Description

Titel: SpannungsreglerTitle: Voltage Regulator

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Stabilisierung von Gleichspannungen (kurz Spannungsregler), insbesondere von Versorgungsspannungen in elektrischen und elektronischen Geräten.The invention relates to a circuit for stabilizing DC voltages (voltage regulator for short), in particular of supply voltages in electrical and electronic devices.

Dabei wird eine wenig konstante und/oder von Wechselspannungen überlagerte Gleichspannung an den eingang der Schaltung gelegt, während an ihrem Ausgang die stabilisierte und wechselspannungsfreie Ausgangsgleichspannung zur Verfügung steht.A little constant and / or alternating voltages are superimposed DC voltage is applied to the input of the circuit, while at its output the Stabilized and AC voltage-free output DC voltage is available.

Bisher bekannt gewordene Schaltungen, die zur erfüllung dieser Aufgabe diskrete Bauelemente verwenden, liefern entweder bei Verwendung weniger Bauteile unbefriedigende technische Daten oder sie erfordern zur Erzielung guter Daten einen hohen Aufwand. Bei integrierten Spannungsreglern spielt die Zahl der integrierten Bauelemente nur eine untergeordnete Rolle, so daß sie bei gleichen Kosten günstigere Daten liefern, trotzdem weisen auch sie einige typische Mängel auf. So benötigen universell einsetzbare integrierte Spannungsregler neben dem Spannungsteiler zur Einstellung der Ausgangs spannung normalerweise noch einen Siebkondensator am Ausgang, einen Kondensator zur Phasenkompensation und evtl. einen Widerstand zur Einstellung der Strombegrenzung. Für größere Leistungen wird zusätzlich ein Leistungstransistor, evtl. mit Kühlblech, benötigt.Circuits that have become known to date and that are used to accomplish this task Using discrete components either yields when fewer components are used unsatisfactory technical data or they require one to achieve good data high effort. With integrated voltage regulators, the number of integrated Components only play a subordinate role, so they are cheaper at the same cost Deliver data, but they also have some typical shortcomings. So need Universally applicable integrated voltage regulator in addition to the voltage divider for Adjustment of the output voltage usually a filter capacitor at the output, a capacitor for phase compensation and possibly a resistor for adjustment the current limitation. A power transistor is also required for higher outputs, possibly with cooling plate, required.

Somit geht ein wesentlicher Vorteil von integrierten Schaltungen, nämlich die Möglichkeit, eine Aufgabe durch Verwendung nur eines Bauteils zu lösen, teilweise wieder verloren. Integrierte Festspannungsregler benötigen meist keine äußere Beschaltung und können auch größere Leistungen liefern, sie sind jedoch teurer, legen den Anwender auf eine begrenzte Zahl von vorgegebenen Spannungen fest und weisen schlechtere Regeleigenschaften auf. Darüber hinaus benötigen alle bisher bekannt gewordenen integrierten Spannungsregler (insbesondere für eine gute Brummunterdrückung, wobei 50 bis 70 dB übliche Werte sind) eine relativ hohe Spannungsdifferenz zwischen Ein- und Ausgang, was eine entsprechend hohe Verlustleistung zur Folge hat.Thus, a major advantage of integrated circuits is namely the possibility of solving a task using just one component, partially lost again. Integrated fixed voltage regulators usually do not need any external circuitry and can also deliver greater power, but they are more expensive, set the user to a limited number of specified voltages and have poorer control properties. In addition, they all need so far well-known integrated voltage regulator (especially for good hum suppression, where 50 to 70 dB are common values) a relatively high voltage difference between Input and output, which results in a correspondingly high power loss.

Aufgabe der erfindung ist es, eine Schaltung für einen Spannungsregler anzugeben, die sich leicht an den jeweiligen Verwendungszweck optimal anpassen läßt und sich durch hohe Brummunterdrückung (80 dB oder mehr), niedrige Spannungsdifferenz zwischen in- und Augang (bis herab zur Sättigungsspannung des Serienregeltransistors von etwa 0,5 V) und minimalen Bedarf an Bauelementen auszeichnet, wobei ausschließlich preisgünstige Standardbauelemente verwendet werden. Die Schaltung eignet sich vorwiegend als fest eingebautes Stromversorgungsteil in elektronischen Geräten, sie kann bei entsprechender Erweiterung aber auch in Labornetzgeräten eingesetzt werden, die einen großen Variationsbereich für Strom und Spannung aufweisen müssen.The object of the invention is to provide a circuit for a voltage regulator indicate that can easily be optimally adapted to the respective purpose and through high hum suppression (80 dB or more), low voltage difference between input and output (down to the saturation voltage of the series control transistor of about 0.5 V) and minimal need for components, whereby exclusively Inexpensive standard components are used. The circuit is mainly suitable as a permanently installed power supply unit in electronic devices, it can be used with corresponding expansion can also be used in laboratory power supplies that must have a large range of variation for current and voltage.

Die Aufgabe wird mit einer Serienregelschaltung gelöst, wie sie auch in den meisten bekannten Spannungsreglern benutzt wird.The task is solved with a series control circuit, like them is used in most known voltage regulators.

Die grundsätzliche Wirkungsweise geht aus Fig. 1 hervor: Der Laststrom 1a fließt durch den Serienregeltransistor Tg, der vom Differenzverstärker DV so gesteuert wird, daß die vom Laststrom am Lastwiderstand Ra erzeugte Spannung Ua konstant bleibt. Ein Teil U2 der Ausgangsspannung Ua wird über den Spannungsteiler R1 und R2 auf einen Eingang des Differenzverstärkers zurückgeführt, während am anderen Eingang die von der Bezugsspannungsquelle BSQ gelieferte konstante Bezugsspannung Uz liegt. Weicht die Ausgangsspannung von ihrem Sollwert ab, so weicht auch die Teilspannung U2 von der Bezugsspannung Uz ab. Diese Spannungsdifferenz wird vom Differenzverstärker verstärkt und dient zur Steuerung des Transistors T3, so daß die Abweichung der Ausgangsspannung von ihrem Sollwert weitgehend wieder rückgängig gemacht wird.The basic mode of operation is shown in Fig. 1: The load current 1a flows through the series control transistor Tg, which is from the differential amplifier DV so is controlled that the voltage Ua generated by the load current across the load resistor Ra remains constant. A part U2 of the output voltage Ua is passed through the voltage divider R1 and R2 fed back to one input of the differential amplifier, while at the other Input the constant reference voltage supplied by the reference voltage source BSQ Uz lies. If the output voltage deviates from its nominal value, then the also deviates Partial voltage U2 from the reference voltage Uz. This voltage difference is from Differential amplifier amplifies and is used to control the transistor T3, so that the deviation of the output voltage from its nominal value is largely reversed is made.

Die Schaltung in Fig. 1 stellt einen Proportionalregler dar, dessen Regelgröße die Ausgangsspannung Ua ist. Im allgemeinen können Proportionalregler eine Abweichung ihrer Regelgröße vom Sollwert nicht vollständig ausregeln, sondern es bleibt eine Restabweichung übrig, die notwendig ist, um die zur Steuerung des Stellgliedes (identisch mit T) erforderliche Spannungsdifferenz am Eingang des Differenzverstärkers aufrecht zu halten. Um die Restabweichung zu null zu machen, müßte die Verstärkung des Differenzverstärkers unendlich groß sein, wodurch die Schaltung instabil würde.The circuit in Fig. 1 represents a proportional controller whose The controlled variable is the output voltage Ua. In general, proportional controllers not completely correct a deviation of your controlled variable from the setpoint, but rather there remains a residual deviation that is necessary to control the Actuator (identical to T) required voltage difference at the input of the differential amplifier keep upright. In order to make the residual deviation to zero, the gain would have to of the differential amplifier would be infinitely large, which would make the circuit unstable.

Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie entgegen dieser bei anderen Proportionalreglern gültigen Beschränkung einen unendlich hohen Verstärkungsfaktor ermöglicht.The present invention is characterized in that it opposes this restriction, which applies to other proportional controllers, is an infinitely high one Gain factor allows.

Die unendlich hohe Verstärkung wird durch eine positive Rückkopplung innerhalb des Differenzverstärkers mit der Kreisverstärkung 1 erreicht. Um zu verstehen, warum die Schaltung trotzdem stabil bleibt, ist zunächst zu berücksichtigen, daß eine Schwingung nicht sprunghaft mit voller Amplitude auftritt, sondern daß ihr stets ein Einschwingvorgang vorausgeht, der durch das Eigenrauschen der Schaltung oder eine andere Störung ausgelöst wird und sich dann selbst verstärkt bis die endgültige Schwingamplitude erreicht ist. Wird der rückgekoppelte Verstärker innerhalb einer Regelschaltung verwendet, deren Aufgabe es ist, Störspannungen auszuregeln, so regelt sie auch die entstehende Schwingung aus, so daß der Einschwingvorgang nicht einsetzen kann und die Schaltung stabil bleibt. Das gilt zunächst nur für eine Kreisverstärkung des Differenzverstärkers von höchstens 1. Sobald der Betrag der Kreisverstärkung größer als 1 wird, macht die Phase des Verstärkungsfaktors einen Sprung von 1800. Damit ist die Phasenbedingung des Regelkreises, der seinerseits ebenfalls eine Rückkopplung, nämlich eine Gegenkopplung, aufweist, nicht mehr erfüllt, d. h. die ursprüngliche Gegenkopplung des Regelkreises verwandelt sich in eine Mitkopplung, 8o daß er instabil wird. Da es in der Praxis nicht möglich ist, den Betrag der Kreisverstärkung exakt auf dem Wert 1 zu halten, muß eine Möglichkeit vorgesehen werden, den bei Überschreiten dieses kritischen Wertes auftretenden Phasensprung zu kompensieren. Das kann dadurch geschehen, daß auch der Lastwiderstand einen Phasensprung von 1800 ausführt, so daß die Regelschaltung mit einem negativen Lastwiderstand arbeitet, sobald der Betrag der Kreisverstärkung des Differenzverstärkers den Wert 1 überschreitet. Dadurch wird die andernfalls auftretende Mitkopplung des Regelkreises wieder in eine Gegenkopplung verwandelt. Die beiden Phasensprünge müssen exakt synchron auftreten.The infinitely high gain is due to a positive feedback reached within the differential amplifier with the loop gain 1. To understand, why the circuit remains stable anyway, it must first be taken into account that an oscillation does not occur suddenly with full amplitude, but that you always preceded by a transient process caused by the inherent noise of the circuit or some other disorder is triggered and then amplified until the final one Vibration amplitude is reached. If the feedback amplifier is within a Control circuit used, the task of which is to regulate interference voltages, so regulates they also stop the resulting oscillation, so that the transient process does not start can and the circuit remains stable. Initially, this only applies to loop amplification of the differential amplifier of at most 1. As soon as the amount of loop gain becomes greater than 1, the phase of the gain makes a jump from 1800. This is the phase condition of the control loop, which in turn is also a feedback, namely a negative feedback, no longer fulfilled, d. H. the original Negative feedback of the control loop is transformed into positive feedback, 8o that it is unstable will. Since it is not possible in practice, the amount of loop gain exactly to hold at the value 1, a possibility must be provided, if the value is exceeded to compensate for this critical value occurring phase jump. It can do that happen that the load resistance also carries out a phase jump of 1800, so that the control circuit works with a negative load resistance as soon as the amount the loop gain of the differential amplifier exceeds the value 1. Through this the feedback of the control loop that would otherwise occur becomes a negative feedback again transformed. The two phase jumps must occur exactly synchronously.

drfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß der Differenzverstärker selbst als negativer Lastwiderstand benutzt wird.This is achieved according to the invention in that the differential amplifier itself is used as a negative load resistor.

Das geschieht vorzugsweise durch Verwendung eines Differenzverstärkers mit mindestens einem Anschluß für die Versorgungsspannung, von dem aus betrachtet er die Eigenschaft eines negativen Widerstandes annimmt, wenn der Betrag der Kreisverstärkung größer als 1 wird. Diese Bedingung erfüllt z. B. ein Differenzverstärker, bei dem der von U2 angesteuerte Zweig über einen eigenen Anschluß zur Stromversorgung verfügt. Dieser Anschluß wird mit dem Ausgang der Regelschaltung verbunden, so daß parallel zum äußeren Lastwiderstand Ra ein negativer Widerstand liegt, wenn der Betrag der Kreisverstärkung des Differenzverstärkers größer als 1 wird. Der Betrag des negativen Widerstandes muß kleiner sein als der Betrag von Ra, damit der aus der Parallelschaltung beider Widerstände resultierende Widerstand ebenfalls negativ ist.This is preferably done using a differential amplifier with at least one connection for the supply voltage, viewed from the it takes on the property of a negative resistance when the magnitude of the loop gain becomes greater than 1. This condition is fulfilled e.g. B. a differential amplifier in which the branch controlled by U2 has its own connection to the power supply. This terminal is connected to the output of the control circuit, so that in parallel there is a negative resistance to the external load resistance Ra if the magnitude of the Loop gain of the differential amplifier is greater than 1. The amount of the negative Resistance must be smaller than the amount of Ra, so that from the parallel connection resistance resulting from both resistances is also negative.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß ein äußerst einfacher Differenzverstärker verwendet werden kann und daß sich trotzdem mit einer positiven Rückkopplung beliebig hohe Verstärkungsfaktoren erzielen lassen, ohne daß die Schaltung instabil wird. Der hohe Verstärkungsfaktor macht zusätzlich einige weitere Schaltungsparameter unkritisch, so daß trotz eines minimalen Aufwandes an preiswerten Bauelementen gute technische Daten resultieren, die sich sonst nur mit wesentlich aufwendigeren Schaltungen verwirklichen lassen.The advantage of the invention is that an extremely simple Differential amplifier can be used and that is still with a positive Feedback can achieve arbitrarily high gain factors without affecting the circuit becomes unstable. The high gain factor makes some additional circuit parameters uncritical, so that despite a minimal amount of inexpensive components good The result is technical data that would otherwise only be available with much more complex circuits make it come true.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 2 dargestellt.An embodiment of the invention is shown in FIG.

T3 ist der Serienregeltransistor, die Basis und der Emitter des Transistors T1 sind die Eingänge des Differenzverstärkers. Die Differenz der Eingangs spannungen erscheint verstärkt an den Arbeitswiderständen R3 und R4. Der impedanzwandler T2 dient zur Abtrennung des Rückkopplungszweiges von R3 und R4 und als Treiber für T3. . Der über den Widerstand R5 zurückgekoppelte Strom verteilt sich entsprechend den differentiellen Widerständen auf die Z-Diode D1 und den Transistor T1. . Der in den Transistor T1 fließende Stromanteil ist gleichphasig mit dem durch die Spannungsdifferenz zwischen Basis und Emitter von T1 verursachten Strom und bewirkt somit eine positive Rückkopplung. Als Bezugsspannungsquelle dient die Z-Diode D1, deren Arbeitsspannung vorzugsweise 6,8 V beträgt, um den Temperaturkoeffizienten von T1 zu kompensieren. Der Arbeitsstrom der Z-Diode setzt sich aus dem Emitterstrom von T1 und dem (nahezu brummfreien) Basisstrom von T3 (= Kollektorstrom von T2) zusammen. Dadurch wird das Problem einer getrennten Siebung der Versorgungsspannung für die Bezugsspannungsquelle vermieden.T3 is the series regulating transistor, the base and the emitter of the transistor T1 are the inputs of the differential amplifier. The difference between the input voltages appears more strongly at the load resistors R3 and R4. The impedance converter T2 serves to separate the feedback branch from R3 and R4 and as a driver for T3. . The current fed back via resistor R5 is distributed accordingly the differential resistances on the Zener diode D1 and the transistor T1. . Of the Current component flowing into transistor T1 is in phase with the by the voltage difference between the base and emitter of T1 caused the current and thus causes a positive feedback. The Zener diode is used as the reference voltage source D1, the working voltage of which is preferably 6.8 V, by the temperature coefficient to compensate for T1. The working current of the Zener diode is made up of the emitter current of T1 and the (almost hum-free) base current of T3 (= collector current of T2) together. This poses the problem of separate screening of the supply voltage avoided for the reference voltage source.

Der rückgekoppelte (Wechsel-)Strom ist durch die Größe der Störspannung, bzw. die Änderung des Laststroms, und die Stromverstärkung von T3 sowie die differenziellen Widerstände von D1 und T1 gegeben. R5 bestimmt die Größe der (Wechsel-)Spannung an den Arbeitswiderständen R3 und R4, die zum Ausregeln der Störung nötig ist, und hat dadurch einfluß auf den Rückkopplungsfaktor. R3 und R4 werden so dimensioniert, daß der Arbeitsstrom der Z-Diode unter Berücksichtigung des Basisstroms von T3 in einem günstigen Bereich liegt. Der richtige Wert von R5 wird zweckmäßigerweise einmal für die zu verwendenden Bauelemente (D1 und T3) experimentell bestimmt, während der einfluß der bxamplarstreuungen durch Abgleich mit R3 ausgeglichen wird. Die richtige instellung von R3 ist unkritisch, für Anwendungen, die keine extrem hohen Anforderungen an die Brummunterdrückung stellen, kann R3 daher evtl. entfallen.The fed back (alternating) current is determined by the magnitude of the interference voltage, or the change in the load current, and the current gain of T3 and the differential Given resistances of D1 and T1. R5 determines the size of the (alternating) voltage at the load resistors R3 and R4, which is necessary to correct the disturbance, and thus has an influence on the feedback factor. R3 and R4 are dimensioned so that the working current of the Zener diode taking into account the base current of T3 in is a favorable range. The correct value of R5 is expediently once for the components to be used (D1 and T3) determined experimentally, while the influence of the bxamplar scatter is compensated for by comparison with R3. the Correct setting of R3 is not critical for applications that do not have extremely high levels Make requirements for hum suppression, R3 may therefore be omitted.

Die richtige Einstellung des Rückkopplungsfaktors mit R3 ist am einfachsten, wenn eine Wechselspannung (Brummspannung) der Eingangsspannung Ue überlagert ist. Wenn die Ausgangs- mit der Eingangsbrummspannung in Phase ist, muß R3 vergrößert werden, bis die Ausgangsbrummspannung null wird. Gleichzeitig wird auch der Innenwiderstand der Regelschaltung null. Bei weiterer Vergrößerung von R3 nimmt die Ausgangsbrummspannung wieder zu und dreht ihre Phase um 1800, so daß sie gegenphasig zur Eingangsbrummspannung wird. Gleichzeitig wird der Innenwiderstand der Regelschaltung negativ.The correct setting of the feedback factor with R3 is easiest, if an alternating voltage (ripple voltage) is superimposed on the input voltage Ue. If the output voltage is in phase with the input ripple voltage, then R3 must be increased until the output ripple voltage becomes zero. At the same time, the internal resistance is also increased the control circuit zero. As R3 is increased further, the output ripple voltage increases and turns its phase around 1800 so that it is out of phase with the input ripple voltage will. At the same time, the internal resistance of the control circuit becomes negative.

Die über R1 auf die Basis von T1 gekoppelte Ausgangsbrummspannung wird am Kollektor von T1 verstärkt. Bei einer Kreisverstärkung des Differenzverstärkers kleiner 1 ist diese Rolle torspannung von T1 gegenphasig zur Ausgangsbrummspannung. Somit ist der Strom I3 unter Berücksichtigung der in Fig. 2 eingetragenen Richtungspfeile in Phase mit der Ausgangsbrummspannung. Der Anschluß des Widerstandes R3 am Ausgang der Regelschaltung stellt daher einen positiven ohmschen Lastwiderstand dar. Bei einer Kreisverstärkung des Differenzverstärkers von 1 wird die Ausgangsbrummspannung null, während die Kollektor-(Wechsel-)spannung von T1 einen endlichen Wert behält, so daß auch weiterhin ein Strom 13 fließt. Der Anschluß von R3 erscheint somit jetzt am Ausgang der Regelschaltung als ein (Wechselstrom-)Lastwiderstand mit dem Wert null. Wird die Kreisverstärkung des Differenzverstärkers größer als 1, so kehrt die Ausgangsbrummspannung ihr Vorzeichen um, während die Kollektorspannung von T1 ihre Phase beibehält, so daß der Strom 13 jetzt gegenphasig zur Ausgangsbrummspannung ist. Der Anschluß von R3 stellt jetzt für den Ausgang der Regelschaltung einen negativen ohmschen (Wechselstrom-)Lastwiderstand dar, dessen Betrag um so größer wird, je größer die Kreisverstärkung wird.The output ripple voltage coupled across R1 to the base of T1 is reinforced at the collector of T1. With a loop gain of the differential amplifier less than 1, this role is torsional tension of T1 in phase opposition to the output ripple voltage. The current I3 is thus, taking into account the directional arrows shown in FIG in phase with the output ripple voltage. The connection of the resistor R3 at the output the control circuit therefore represents a positive ohmic load resistance a loop gain of the differential amplifier of 1 becomes the output ripple voltage zero, while the collector (AC) voltage of T1 retains a finite value, so that a current 13 continues to flow. The connection of R3 now appears at the output of the control circuit as an (AC) load resistor with the value zero. If the loop gain of the differential amplifier is greater than 1, it reverses the output ripple voltage changes its sign, while the collector voltage of T1 maintains its phase, so that the current 13 is now in phase opposition to the output ripple voltage is. The connection of R3 now represents a negative for the output of the control circuit ohmic (alternating current) load resistance, the magnitude of which increases the greater the amount the loop gain becomes larger.

Die Schaltung nach Fig. 2 benötigt eine Starthilfe, weil andernfalls alle Transistoren nach Anlegen der Eingangsspannung gesperrt bleiben. Diesem Zweck dient R6, dessen Wert so bemessen sein muß, daß er bei angeschalteter Last die Ausgangsspannun£r mindestens auf die Summe der Arbeitsspannung von D1 und der Basi8-hEitter-Spannung von T2 hochziehen kann, damit T3 minen Basisstrom erhält. Die Schaltung kann daher nicht im Leerlauf betrieben werden, es muß ihr vielmehr ein Laststrom entnommen werden, der mindestens so groß ist wie der durch R6 fließende Strom. Man kann jedoch R6 wesentlich vergrößern, so daß evtl. der durch R1 und R2 fließende Strom als Laststrom ausreicht, wenn die Schaltung eine zusätzliche Starthilfe erhält, indem parallel zu D1 ein Widerstand von etwa 2,2 k0hm geschaltet wird. In diesem Fall braucht nämlich der nach dem Einschalten durch R6 fließende Strom die Ausgangsspannung nur auf einen Wert hochzuziehen, der etwas über der Basis-Emitter-Spannung von T2 liegt. Diese zusätzliche Starthilfe wird vor allem dann nötig, wenn die Ausgangsspannung gleich oder nur wenig größer als U2 sein soll. - Andererseits beeinflußt R6 wegen der hohen Verstärkung des Differenzverstärkers die Regeleigenschaften der Schaltung auch dann praktisch nicht, wenn er sehr kleine Werte annimmt. Diese Tatsache kann auagenutzt werden, um die Verlustleistung von T3 herabzusetzen, indem R6 wesentlich kleiner gewählt wird als für die Starthilfe nötig wäre.The circuit of FIG. 2 needs a jump start because otherwise all transistors remain blocked after the input voltage is applied. That purpose R6 is used, the value of which must be such that it can match the output voltage when the load is switched on at least to the sum of the working voltage of D1 and the Basi8-hEitter voltage can pull up from T2 so that T3 receives mine base current. The circuit can therefore not be operated in idle mode, rather a load current must be drawn from it which is at least as large as the current flowing through R6. However, one can Increase R6 significantly so that the current flowing through R1 and R2 may be used as the load current sufficient if the circuit gets an additional jump start by parallel a resistor of about 2.2 kΩ is connected to D1. In this case you need the current flowing through R6 after switching on only reduces the output voltage to one Pull up value that is slightly above the base-emitter voltage of T2. These additional jump start is especially necessary when the output voltage should be equal to or only slightly greater than U2. - On the other hand, R6 affects because of the high gain of the differential amplifier improves the control characteristics of the circuit practically not even if it assumes very small values. This fact can can be used to reduce the power dissipation of T3 by adding R6 significantly is chosen smaller than would be necessary for the jump start.

iiachfolgend werden zwei Dimensionierungsbeispiele für Ausgangsspannungen von 18 V und 14 V und einen Laststrom von etwa 170 mA (200 mA) angegeben, wobei die Werte in Klammern für Ua = 14 V gelten: H1 = 1,6 k0hm (1,6 k0hm), R2 = 1,1 k0hm (1,8 kOhm), R3 = 2,2 k0hm (1 Ohm), R4 = 1,8 k0hm (1 k0hm), R5 = 560 Ohm (330 Ohm), R6 = 68 Ohm (56 Ohm), Arbeitsspannung von D1 = 6,8 V, T1 und T2 = BC 238, T3 = BD 136, Ue = 22,5 V + 10 % (18 V + 10 %). Die der bingangsspannung überlagerte Wechaelspannung darf so groß sein, daß bei der negativen Spannungsspitze die Spannung zwischen Emitter und Kollektor von T3 noch etwa 0,5 V beträgt. Für T3 wird bis zu Umgebungstemperaturen von 700 C kein Kühlblech benötigt. Wird T3 auf ein Kühlblech montiert, so kann die Schaltung ohne Anderung der Dimensionierung mit einem Strom bis etwa 0,6 A belastet werden.The following are two dimensioning examples for output voltages of 18 V and 14 V and a load current of approximately 170 mA (200 mA), where the values in brackets for Ua = 14 V apply: H1 = 1.6 kohm (1.6 kohm), R2 = 1.1 kohm (1.8 kOhm), R3 = 2.2 k0hm (1 Ohm), R4 = 1.8 k0hm (1 k0hm), R5 = 560 Ohm (330 Ohm), R6 = 68 Ohm (56 Ohm), working voltage of D1 = 6.8 V, T1 and T2 = BC 238, T3 = BD 136, Ue = 22.5 V + 10% (18 V + 10%). The alternating voltage superimposed on the input voltage may be so large that the voltage between the emitter and collector of T3 is still about 0.5 V. For T3 is up to ambient temperatures from 700 C no cooling plate is required. If T3 is mounted on a cooling plate, the Circuit loaded with a current of up to 0.6 A without changing the dimensions will.

Der Kondensator C1 (etwa 0,47 uF) dient zur Unterdrückung von hochfrequenten Schwingungen, die die Schaltung nicht mehr ausregeln kann. Die gleiche Aufgabe hat der Kondensator C2 (etwa 1000 pF bis 10.000 pF), der statt an den Kollektor von T1 auch an den Emitter von T2 geschaltet werden kann. In den beiden genannten Dimensionierungsbeispielen arbeitet die Schaltung allerdings so stabil, daß auf C2 verzichtet werden kann.The capacitor C1 (about 0.47 uF) is used to suppress high frequencies Vibrations that the circuit can no longer regulate. Does the same job the capacitor C2 (about 1000 pF to 10,000 pF), which is held at the collector of T1 can also be switched to the emitter of T2. In the two mentioned dimensioning examples however, the circuit works so stably that C2 can be dispensed with.

Die Schaltung nach Fig. 2 ist kurzschlußfest. Sobald nämlich die Ausgangs spannung Ua auf einen Wert absinkt, der kleiner ist als die Summe der Arbeitsspannung von D1 und der Basis Emitter-Spannung von T2, , werden alle Transistoren gesperrt.The circuit according to FIG. 2 is short-circuit proof. As soon as the starting voltage Ua drops to a value that is smaller than the sum of the working voltage of D1 and the base-emitter voltage of T2,, all transistors are blocked.

Wenn R6, wie in den genannten Dimensionierungsbeispielen, zur Entlastung von T3 wesentlich kleiner gewählt wird als zur Starthilfe erforderlich, wird dieser Widerstand im Kurzschluß stark belastet. Er muß also ausreichend dimensioniert oder durch eine Sicherung geschützt werden. Zweckmäßig ist statt dessen auch die Verwendung eines Sicherungswiderstandes.If R6, as in the dimensioning examples mentioned, for relief of T3 is chosen to be significantly smaller than required for starting aid, this will be Resistance in short circuit heavily loaded. So it must be sufficient dimensioned or protected by a fuse. Instead, it is useful also the use of a fuse resistor.

Die Schaltung nach Fig. 2 kann in vielfältiger Weise erweitert werden. Bei großen Lastströmen ist es z. B. zweckmäßig, T3 in bekannter Weise durch ein Komplemantär-Darlington-Transistorpaar zu ersetzen. - Eine weitere Verbesserung der Brummunterdrückung ist möglich, indem parallel zu R1 ein Kondensator geschaltet wird. Dieser Kondensator muß eine relativ hohe Kapazität aufweisen (22 uF oder mehr), weil der Eingangswiderstand an der Basis von T1 sehr klein werden und sogar negative Werte annehmen kann. Deshalb soll bei Verzicht auf diesen zusätzlichen Kondensator der Spannungsteiler R1 und H2 nicht zu hochohmig werden. Bei Verwendung des Zusatzkondensators wird die Brummunterdrückung so hoch (über 100 dB), daß Rg durch einen Festwiderstand ersetzt werden kann. Außerdem wird dann auch die von D1 verursachte Temperaturabhängigkeit vernachlässigbar. Die gleiche Wirkung wie mit einem Kondensator parallel zu R1 läßt sich unter Verzicht auf diesen Kondensator auch erzielen, wenn der Transistor T1 durch eine Darlington-Stufe ersetzt wird.The circuit according to FIG. 2 can be expanded in many ways. With large load currents it is z. B. appropriate, T3 in a known manner by a Complementary Darlington transistor pair to replace. - Another improvement The hum suppression is possible by connecting a capacitor in parallel to R1 will. This capacitor must have a relatively high capacitance (22 uF or more), because the input resistance at the base of T1 will be very small and even negative Can assume values. Therefore, if you do without this additional capacitor the voltage dividers R1 and H2 do not have too high resistance. When using the additional capacitor the hum suppression is so high (over 100 dB) that Rg through a fixed resistor can be replaced. In addition, the temperature dependency caused by D1 will then also be negligible. The same effect as having a capacitor in parallel with R1 leaves can also be achieved by dispensing with this capacitor if the transistor T1 is replaced by a Darlington step.

Da der differentielle Widerstand der Z-Diode D1 temperaturabhängig ist, wird auch die Kreisverstärkung des Differenzverstärkers und somit auch die optimale einstellung von R3 temperaturabhängig. Diese Abhängigkeit macht sich jedoch nur bei starken Temperaturänderungen bemerkbar und stört in den meisten Anwendungen nicht. Wenn nötig, kann sie mit einem Impedanzwandler beseitigt werden, indem die Katode der Z-Diode mit der Basis eines pnp-Transistors und der emitter dieses Transistors mit dem mitter von T1 verbunden wird. R5 bleibt mit dem mitter von T1 verbunden, der Kollektor des pnp-Transistors wird mit dem Bezugspunkt der Schaltung (Anode der Z-Diode) verbunden. Die Z-Diode erhält ihren Arbeitsstrom, indem ein Widerstand zwischen die Katode der Z-Diode und den Kollektor von T3 geschaltet wird. Der von der nahezu temperaturunabhängigen Steilheit abhängige raitter-Eingangswiderstand des zusätzlichen pnp-Transistors übernimmt nun die Rolle des differentiellen Widerstandes der Z-Diode. - Statt des pnp-Transistors kann ein npn-Transistor verwendet werden, wobei lediglich der Kollektor des Zusatztransistors statt mit dem Schaltungsnullpurkt mit dem Emitter von T3 zu verbinden ist und ein Widerstand vom emitter von T1 zum Schaltungsnullpunkt geschaltet wird. In dieser Ausführung bildet der Zusatztransistor mit T1 einen Differenzverstärker. Bei Verwendung dieses Differenzverstärkers kann die Schaltung in bekannter Weise mit einer negativen Hilfsspannung betrieben werden. Dadurch wird es möglich, die Ausgangsspannur:g Ua bis auf null herabzuregeln.Since the differential resistance of the Zener diode D1 is temperature-dependent is, the loop gain of the differential amplifier and thus also the optimal setting of R3 depending on the temperature. However, this dependency makes itself felt only noticeable in the event of strong temperature changes and interferes in most applications not. If necessary, it can be eliminated with an impedance converter by removing the Cathode of the Zener diode with the base of a pnp transistor and the emitter of this transistor connected to the center of T1. R5 stays connected to the middle of T1, the collector of the pnp transistor is connected to the reference point of the circuit (anode the Zener diode). The Zener diode gets its working current by adding a resistor is connected between the cathode of the Zener diode and the collector of T3. The from the almost temperature-independent slope dependent raitter input resistance of additional pnp transistor now takes on the role of the differential Resistance of the Zener diode. - Instead of the pnp transistor, an npn transistor can be used only the collector of the additional transistor instead of the circuit zero to be connected to the emitter of T3 and a resistor from the emitter of T1 to the Switching zero point is switched. In this version, the additional transistor forms with T1 a differential amplifier. When using this differential amplifier can the circuit can be operated in a known manner with a negative auxiliary voltage. This makes it possible to regulate the output voltage: g Ua down to zero.

Ein anderes Ausführungsbeispiel der erfindung zeigt Fig. 3.Another exemplary embodiment of the invention is shown in FIG. 3.

Die positive Rückkopplung innerhalb des Differenzverstärkers erfolgt hier, ausgehend vom kollektor des Transistors T1, über die Kollektorkreise der Transistoren T2 und T3 und den Widerstand R4. Der Kollektorarbeitswiderstand des Transistors T3 besteht aus der Parallelschaltung des Widerstandes R3 und der Basis-mittr-trecke von T4. in Abgleich der Kreisverstärkung ist nicht vorgesehen, da der Differenzverstärker auch ohne Abgleich ungefähr eine Kreisverstärkung von 1 aufweist.The positive feedback takes place within the differential amplifier here, starting from the collector of transistor T1, via the collector circuits of the transistors T2 and T3 and resistor R4. The collector working resistance of the transistor T3 consists of the parallel connection of the resistor R3 and the base middle track from T4. in balancing the loop gain is not provided because the differential amplifier has a loop gain of approximately 1 even without adjustment.

Falls erwünscht, kann ein Abgleich z. B. dadurch erfolgten, daß zwischen den Kollektor von T3 und die Basis von T4 ein Widerstand geschaltet wird. Dieser Widerstand muß sehr kleine Werte annehmen, da bereits eine geringe erhöhung dieses Widerstandes eine starke erhöhung der Kreisverstärkung zur Folge hat.If desired, an adjustment can e.g. B. were done in that between a resistor is connected to the collector of T3 and the base of T4. This Resistance must take on very small values, since this is already a slight increase Resistance results in a strong increase in the loop gain.

Claims (2)

Patentansprüche: 1. Schaltung zur Stabilisierung von (Gleich-)Spannungen (kurz Spannungsregler), dis nach dem Prinzip des Serienregelkreises arbeitet, dadurch gekennzeichnet, daß der Fehlersignalverstärker (Differenzverstärker) durch eine positive Rückkopplung mit der Kreisverstärkung 1 einen unendlich hohen Verstärkungsfaktor erhält und daß der Fehlersignalverstärker einen Anschluß aufweist, der die nigenschaft eines negativen Widerstandes annimmt, wenn die Kreisverstärkung größer als 1 wird, und daß dieser Anschluß dazu benutzt wird, den Phasenssrung von 1800 zu kompensieren, den der Verstärkungsfaktor des Fehlersignalverstärkers macht, wenn die Kreisvcrstärkung größer als 1 wird.Claims: 1. Circuit for stabilizing (direct) voltages (voltage regulator for short), which works on the principle of the series control loop, thereby characterized in that the error signal amplifier (differential amplifier) by a positive feedback with the loop gain 1 has an infinitely high gain factor and that the error signal amplifier has a terminal which has the property assumes a negative resistance when the loop gain is greater than 1, and that this connection is used to compensate for the phase difference of 1800, which the gain of the error signal amplifier makes when the loop gain becomes greater than 1. 2. Spannungsregler nach Anspruch 1, gekennzcichnet durch die Verwendung von 3 Transistoren, einer Z-Diode, 5 Festwiderständen, einem einstellbaren Widerstand und einem Kondensator (Fig. 2). din erster Festwiderstand (R1) wird zwischen den Ausgang des Reglers und die Basis eines ersten Transistors (T1) und ein zweiter Festwiderstand (R2) zwischen die Basis des ersten Transistors und den Schaltungsnullpunkt geschaltet. Die Katode der Z-Diode (D1) wird mit dem Emitter des ersten Transistors und ihre Anode mit dem Schaltungsnuilpunkt verbunden.2. Voltage regulator according to claim 1, gekennzcichnet by the use of 3 transistors, a Zener diode, 5 fixed resistors, an adjustable resistor and a capacitor (Fig. 2). din first fixed resistor (R1) is between the Output of the regulator and the base of a first transistor (T1) and a second Fixed resistance (R2) between the base of the first transistor and the circuit zero point switched. The cathode of the Zener diode (D1) connects to the emitter of the first transistor and its anode connected to the circuit ground. Der Kollektor des ersten Transistors wird mit der Reihenschaltunkines dritten Festwiderstandes (R4) und des einstellbaren Widerstandes (R3) verbunden, das andere Ende dieser Reihenschaltung wird mit dem Ausgang verbunden. Die Basis eines zweiten Transistors (T2) wird mit dem Kollektor des ersten Transistors verbunden. Zwischen die Emitter des ersten und zweiten Transistors wird ein vierter Festwiderstand (R5) geschaltet.The collector of the first transistor is connected to the series connection third fixed resistor (R4) and the adjustable resistor (R3) connected, the other end of this series circuit is connected to the output. The base a second transistor (T2) is connected to the collector of the first transistor. A fourth fixed resistor is placed between the emitters of the first and second transistor (R5) switched. Der Kollektor des zweiten Transistors wird mit der Basis eines dritten Transistors (T3) verbunden, dessen Emitter den eingang des Reglers darstellt, während sein Kollektor mit dem Ausgang verbunden wird. Zwischen den Ein- und Ausgang des Reglers wird ein fünfter Festwiderstand (R6) und zwischen den Ausgang und den Nullpunkt ein Kondensator (C1) geschaltet. Die beiden ersten Transistoren sind vom Typ npn und der dritte Transistor vom Typ pnp, wenn die Ausgangsspannung positiv ist, bei negativer Ausgangsspannung umgekehrt, außerdem muß dann die Z-Diode umgepolt werden.The collector of the second transistor connects to the base of a third Transistor (T3) connected, the emitter of which represents the input of the regulator, while its collector is connected to the output. Between the input and output of the Controller is a fifth fixed resistor (R6) and between the output and the zero point a capacitor (C1) connected. The first two transistors are of the npn type and the third transistor of the pnp type, when the output voltage is positive, at negative output voltage, the polarity of the Zener diode must then be reversed.