NL7907275A - Spanningsstabilisator geschikt voor een telefoon- toestel. - Google Patents

Description

- ' Λ. · PHΝ 9590 1 N.V. Philips* Gloeilampenfabrieken te Eindhoven Spanningsstabilisator geschikt voor een telefoontoestel.

De uitvinding heeft betrekking op een spannings-stabilisator geschikt voor een telefoontoestel bevattende twee aansluitklemmen, een eerste transistorschakeling waarvan de hoofdstroombaan met de aansluitklemmen is gekoppeld, ® een tussen de aansluitklemmen aangesloten spanningsdeler waarvan een eerste aftakpunt met de basis van de transis-torschakeling is verbonden en een condensator is aangesloten tussen de basis van de transistorschakeling en de aansluitklem waarmede de emitter van de transistorschake-^ ling is gekoppeld.

Een dergelijke stabilisator is bekend uit de Nederlandse octrooiaanvrage 7307^96. De eisen die aan een spanningsstabilisator voor toepassing in een telefoontoestel worden gesteld zijn: een zo klein mogelijke gelijkstroomweerstand, om de dissi-patie, vooral bij grote lijnstromen, klein te houden en een constante wisselstroomimpedantie welke hoog is ten opzichte van de afsluitimpedantie om de wisselstroom-signalen zoals spreek- en weksignalen niet te dempen, ^ welke impedantie in het bijzonder onafhankelijk van de grootte van de opgenomen gelijkstroom moet zijn.

Bij de uit het genoemde Nederlandse octrooischrift bekende spanningsstabilisator is de wisselstroomimpedantie echter sterk afhankelijk van de door de stabilisator vloeiende gelijkstroom tengevolge van het zogeheten Early effect.

Verder treedt er tengevolge van de niet-lineaire karakteristiek van de transistorschakeling door de stabilisator distorsie van de wisselstroomsignalen op.

3fl

De uitvinding beoogt aan deze bezwaren tegemoet te komen en op eenvoudige wijze een spanningsstabilisator te verwezenlijken welke een lage dissipatie en een nage- 7907275 f > · * PHN 9590 - 2 - noeg constante en lineaire wisselstroomimpedantie vertoont van voldoende grootte bij veranderende gelijkstroom door de stabilisator.

De spanningsstabilisator overeenkomstig de uit-5 vinding is daardoor gekenmerkt dat deze een weerstand en een tweede transistorschakeling bevat, waarvan de hoofdstroombaan in serie met de weerstand tussen de hoofdstroombaan van de eerste transistorschakeling en de genoemde aansluitklem is aangesloten en de basis van de W tweede transistorschakeling op een aftakpunt van de spanningsdeler is aangesloten.

Dit heeft het voordeel dat de tweede transistorschakeling met de weerstand de emitterbelasting van de eerste transistorschakeling vormt waarbij in het bij-^ zonder de afvlakkende werking van de condensator via de basisemitterovergang van de eerste transistorschakeling een nagenoeg constante collectorspanning van de tweede transistorschakeling verwezenlijkt ter realisatie van een hoge en constante wisselstroomimpedantie, waardoor tevens 20 de niet-lineaire vervorming aanzienlijk is gereduceerd, zodat met een kleinere weerstand in de emitterketen van de tweede transistorschakeling kan worden volstaan hetgeen tevens het voordeel van een geringe gelijkstroomdissipatie oplevert. Te dezer plaatse wordt opgemerkt dat uit de Ne-25 derlandse octrooiaanvrage 7212510 een signaalopwekinrich-ting bekend is waarvan het uitgangscircuit als stabilisa-tiecircuit is uitgevoerd en waarbij het emittercircuit van de eerste transistorschakeling een weerstand bevat. Deze weerstand dient echter voor het realiseren van een lijn-30 afsluitimpedantie van 300 Ohm. Hierdoor wordt weliswaar de niet-lineaire vervorming verminderd maar heeft het bezwaar dat in deze weerstand een aanzienlijke extra dissi-patie optreedt omdat daardoor de waarde van de spanning over de schakeling sterk afhankelijk is van de door de 35 stabilisator vloeiende stroom.

Volgens een verder uitvoeringsvoorbeeld is het aftakpunt waarop de basis van de tweede transistorschakeling 7907275 PHN 9590 - 3 - is aangesloten gelegen tussen het eerste aftakpunt en de genoemde aansluitklem. Deze maatregel is vereist voor het verkrijgen van een inst els panning van de basis—emitter-overgang van de eerste transistorschakeling.

5 Door deze maatregel is evenwel een ruisbron in de vorm van de weerstand tussen de afvlakcondensator en de basis van de tweede transistorschakeling geplaatst waarvan de ruis met de door de verhouding van de weerstanden van de potentiometer bepaalde versterkingsfaktor aan de 10 aansluitklemmen wordt toegevoerd.

Om dit op te heffen is volgens een ander uit-voerxngsvoorbeeld het aftakpunt waarop de bases van de tweede transistorschakeling is aangesloten gelijk aan het eerste aftakpunt en is hét emitteroppervlak van de 15 eerste transistorschakeling veel groter dan het emitteroppervlak van de tweede transistorschakeling.

De uitvinding en haar voordelen zullen aan de hand van de in figuren weergegeven uitvoeringsvoorbeelden nader worden toegelicht, waarbij overeenkomstig delen met 20 dezelfde verwijzingscijfers zijn aangeduid. Daarbij toont fig. 1 een eenvoudig uitvoeringsvoorbeeld van een spanningsstabilisator volgens de uitvinding en toont fig. 2 een voorkeursuitvoeringsvorm van een spannings stabilisator volgens de uitvinding.

25 De in figuur 1 weergegeven spanningsstabilisator bevat twee aansluitklemmen 1 en 2 waarmee deze stabilisator via een haakcontact 21 en een door gestippeld getekende weerstanden 3 en 4 weergegeven abonneelijn op een centrale, weergegeven als batterij 5> is aangesloten.

30 Verder is op de klemmen 1 en 2 een niet weergegeven schakeling van een telefoontoestel aangesloten welke een gestabiliseerde voedingsspanning vereist.

Om dit te realiseren bevat de stabilisator een tussen de aansluitklemmen aangesloten serieschakeling van 35 de hoofdstroombanen van twee transistoren 6 en 7 en een weerstand 8 en een daaraan parallel geschakelde spannings-deler, welke in dit uitvoeringsvoorbeeld de serieschake- 7907275 i * PHN 9590 - 4 - ling van de -weerstanden 9» 10 en 11 bevat. De bases van de transistoren 6 en 7 zijn respectievelijk op de aftak-punten 12 en 13 van de spanningsdeler aangesloten.

Verder is de basis van de eerste transistor voor wissel-5 stroom kortgesloten met de aansluitklem 2 met behulp van een condensator 14.

De werking is als volgt.

Bij het sluiten van het haakcontact zal de spanning tussen de aansluitklemmen 1 en 2 vanaf nul volt stijgen. Zodra 10 de spanning van het tweede aftakpunt 13 tengevolge van een in de spanningsdeler vloeiende stroom de basisemitter-spanning van de tweede transistor 7> zijnde + 0,6 Volt, overschrijdt komt deze in geleiding. Tegelijk met de tweede transistor 7 komt de eerste transistor 6 in geleiding 15 omdat de weerstand 10 zo groot gekozen is dat bij de genoemde stroom de spanning van het eerste aftakpunt 12 tenminste de collector-emitterspanning van de tweede transistor 7 groter is dan de spanning van het tweede aftakpunt 13.

20 De spanning tussen de aansluitklemmen 1 en 2 is daarbij gelijk aan de verhouding van de weerstanden 9> 10 en 1T en de weerstand 11 vermenigvuldigd met de basis-emitter spanning van de tweede transistor 7·

Daarbij zal bij een toename van de spanning tussen 25 de aansluitklemmen die langzamer is dan de door de waarden van de weerstand 9» de daaraan voor ac parallel geschakelde serieschakeling van de weerstanden 10 en 11 en de condensator 14 bepaalde tijdsconstante de condensator 14 verder worden opgeladen en stijgt de spanning op de 30 bases van de eerste en tweede transistor 6 en 7 evenredig met de spanning over de stabilisator, waardoor deze een grotere stroom zal gaan voeren. Deze door de spanningsbron 5 geleverde grotere stroom geeft over de weerstanden 3 en 4 van de abonneelijn een grotere spanningsva1, welke 35 de toename van de spannihg tussen de aansluitklemmen 1 en 2 tegenwerkt. Het omgekeerde geldt voor een langzame daling van de spanning tussen de aansluitklemmen 1 en 2.

7907275 V > ΡΗΝ 9590 - 5 -

Bij een bepaalde instelstroom van de transistoren 6 en 7 blijft de spanning over de stabilisator, afgezien van de door de weerstand 8 veroorzaakte spanningstoename, nagenoeg constant. Voor een verandering van de spanning tus-5 sen de aansluitklemmen, welke sneller is dan de genoemde oplaadtijdconstante zoals voor spreek- en multifrequente kiestoonsignalen vormt de condensator praktisch een kortsluiting, waardoor genoemde spanningsverandering niet aan de bases van de transistoren 1 en 2 worden toegevoerd.

M De wisselstroomimpedantie van de stabilisator wordt dan ook bepaald door de waarde van de weerstand 9 en de impedantie gezien in de kollektor van de eerste transistor 6.

Deze kollektorimpedantie wordt onder andere bepaald door de waarde van de impedantie in het emitter-15 circuit van de eerste transistor 6, welke vanwege het feit dat de tweede transistor 7 in cascade geschakeld is . met de eerste transistor 6, hoog is.

De grootte van deze impedantie is afhankelijk van de aanwezigheid van weerstand 8, omdat stromen door deze 20 weerstand tengevolge van spanningsexcursies van de collec-torspanning van transistor 7 over deze weerstand spanningsveranderingen -geven die in fase zijn met die van de collector.

Hierdoor is de spanningsexcursie van de collector-25 emitterspanning van de tweede transistor 7 kleiner dan die van de collector van de tweede transistor ten opzichte van de tweede aansluitklem 2, hetgeen een grotere wisselstroomimpedantie van de kollektor betekent dan zonder de aanwezigheid van weerstand 8.

30 De weerstand 8 heeft echter als belangrijkste functie de lineariteit van de schakeling voor wisselstroom te vergroten door de invloed van het niet—lineaire gedrag van de basisemitter diode van de tweede transistor 7 op de basisstroom te verminderen.

35 De belangrijkse vergroting van de wisselstroom impedantie van de stabilisator wordt evenwel verkregen doordat de collectorspanning van de tweede transistor 7 7907275 -f PHN 9590 - 6 - voor wisselspanningen bepaald wordt door de basisspanning en de basis-emitterspannxng van de eerste transistor 6. Vanwege het feit dat de basisspanning van de eerste transistor door condensator 14 door kortsluiting van de 5 wisselspanning constant wordt gehouden op de door de spanningsdeler bepaalde waarde van de gëlijkspanning en de basis-emitterspanning van een transistor slechts weinig verandert tengevolge van grote collectorspannings-veranderingen is de collectorspanning van de tweede 10 transistor 1 nagenoeg constant,, hetgeen een hoge wissel-spanningsimpedantie betekent.

Verder heeft een transistor de eigenschap dat grote collectorstroomveranderingen verkregen kunnen worden bij relatief kleine veranderingen van de basis-emitter-15 instelspanning. Dit heeft tot gevolg dat de collectorspanning van de tweede transistor 7 bij een groot gelijk-stroomregelbereik van de spanningsstabilisator slechts weinig behoeft te veranderen, hetgeen weer een nagenoeg constant wisselspanningsimpedantie betekent.

20 Tengevolge van deze eigenschappen van de schakeling is gebleken dat de waarde van de weerstand 8 klein kan zijn, omdat deze nu hoofdzakelijk dient om het lineaire karakter van de impedantie te realiseren. In de praktijk is gebleken dat een weerstand van 5 -δ· 6 Ohm voldoende was. 25 Deze kleine waarde van de weerstand 8 heeft het voordeel dat de toename van de spanning over de stabilisator bij toenemende stroom klein blijft, hetgeen een vlakkere spanningskarakteristiek van de stabilisator geeft en dientengevolge een kleinere toename van de extra 30 dissipatie bij toenemende stroom dan zonder de aanwezigheid van de tweede transistor het geval zou zijn.

Deze geringe dissipatie heeft het voordeel dat de stabilisator een grotere maximale stroom kan opnemen wanneer de maximaal toelaatbare dissipatie gegeven is, zoals 35 bij realisatie in geïntegreerde vorm het geval is.

De eigenschappen van de stabilisator zijn verder te verbeteren door in plaats van enkelvoudige transistoren, 7907275 PHN 9590 - 7 - transistorschakelingen met grotere versterkingsfactor toe te passen.

Zo is in figuur 2 een uitvoeringsvoorbeeld weergegeven waarin als transistorschakelingen Darlington 5 transistors 15, 16 en 17, 18 zijn toegepast.

De in figuur 1 weergegeven uitvoeringsvorm is gevoelig voor ruis en stoorsignalen op het aftakpunt 13 van de spanningsdeler. Zo wordt bijvoorbeeld de ruis opgewekt in de weerstanden 10 en 11 door de transistor 7 ^ versterkt en via transistor 6 aan de aansluitklemmen 1 en 2 afgegeven.

Dit bezwaar is in het uitvoeringsvoorbeeld van figuur 2 opgeheven. De spanningsdeler bevat slechts twee weerstanden 19 en 11 en de bases van de eerste transis— 15 toren 15 en 17 van de Darlington transistoren zijn beide op hetzelfde aftakpunt 13 van de spanningsdeler aangesloten. Dit heeft het voordeel dat de weerstand 10 is vermeden en dat de ruis en stoorsignalen op aftakpunt 13 door de condensator 14 kortgesloten worden, zodat de 20

Darlington transistors deze niet kunnen versterken.

Om echter voldoende collector-emitterspanning voor de eerste transistor 17 van het tweede Darlingtonpaar 17, 18 te creëren, is het emitteroppervlak van de eerste transistor 15 van het eerste Darlingtonpaar ongeveer een 25 factor vijf è. zes groter .-gekozen dan het emitteroppervlak van de eerste transistor 17 van het tweede Darlingtonpaar.

De stroom door de eerste transistor 17 van het tweede Darlingtonpaar wordt gevormd door de basisstroom van de tweede transistor 18. Dat geeft een spannings-30 verandering van 120 mV per decade stroomverandering wat voor waarden van stromen kleiner dan 6 mA door de stabili- * sator een te hoge differentiaal weerstand tot gevolg heeft.

Om hieraan tegemoet te komen is tussen de basis en de emitter van de tweede transistor 18 een weerstand 20 35 van ongeveer 10 K Ohm opgenomen. Hierdoor zal de stroom door de eerste transistor 17 gevormd worden door de basisstroom van de tweede transistor 18 en de stroom door de 7907275 PHN 9590 - 8 - weerstand 20.

Bij een verlaging van de stabilisator stroom beneden de 6 mA neemt de basisstroom van de tweede tran— sistor 18 af tot een waarden kleiner dan de stroom door 5 de weerstand 20, waardoor de eerste transistor 17 een nagenoeg constante stroom voert en de spanningsverandering van 120 mV per decade afneemt naar 60 mV per decade stroom-verandering.

De waarde van de differentiaal weerstand voor 10 kleine stromen is derhalve afgenomen waardoor de stabilisator schakeling in dit uitvoeringsvoorbeeld te gebruiken is tot ca. 0,6 mA.

15 20 25 30 35 7907275

Claims (5)

1. Spanningsstabilisator geschikt voor een telefoon toestel bevattende twee aansluitklemmen, een eerste tran-5 sistorschakeling waarvan de hoofdstroombaan met de aan- sluitklemmen is gekoppeld, een tussen de aansluitklemmen aangesloten spanningsdeler waarvan een eerste aftakpunt met de basis van de transistorschakeling is verbonden en een condensator is aangesloten tussen de basis van de 10 transistorschakeling en die aansluitklem, waarmede de emitter van de transistorschakeling is gekoppeld daardoor gekenmerkt, dat de stabilisator een weerstand en een tweede transistorschakeling bevat, waarvan de hoofdstroombaan in serie met de weerstand tussen de hoofdstroombaan 15 van de eerste transistorschakeling en genoemde aansluitklem is aangesloten en de basis van de tweede transistorschakeling op een aftakpunt van de spanningsdeler is aangesloten.

2. Spanningsstabilisator volgens conclusie 1, daar-20 door gekenmerkt, dat het aftakpunt waarop de basis van de tweede transistorschakeling is aangesloten is gelegen tussen het eerste aftakpunt en genoemde aansluitklem.

3. Spanningsstabilisator volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt, dat het aftakpunt waarop de basis van de 25 tweede transistorschakeling is aangesloten het eerste aftakpunt is en dat het emitteroppervlak van de eerste transistorschakeling groter is dan het emitteroppervlak van de tweede transistorschakeling.

4. Spanningsstabilisator volgens conclusie 1, daar-30 door gekenmerkt, dat elke transistorschakeling twee tran- sistoren bevat waarvan de collectoren zijn doorverbonden en de emitter van een eerste van de transistoren op de basis van de tweede transistor is aangesloten en de emitter van de tweede transistor de emitter van de tran-35 sistorschakeling vormt.

5. Spanningsstabilisator volgens conclusie 4, daardoor gekenmerkt, dat tussen de basis en de emitter van 7907275 PHN 9590 ' - 10 - de tweede transistor van.de tweede transistorschakeling een weerstand is aangesloten. 5 10 15 20 25 30 , 35 7907275