DE1463270A1

DE1463270A1 - Stabilization circuit with a zener diode and two transistors C.P. Goerz Electro GmbH

Info

Publication number: DE1463270A1
Application number: DE19641463270
Authority: DE
Inventors: Johann Keller
Original assignee: C P GOERZ ELECTRO AG; Metrawatt AG
Current assignee: C P GOERZ ELECTRO AG; Metrawatt AG
Priority date: 1964-02-03
Filing date: 1964-12-29
Publication date: 1968-12-05
Also published as: FR1420272A; GB1052790A; DE1463270B2; AT240478B

Description

Exp!Exp!

CF. G o e r ζ Electro Aktiengesellschaft In ./ i e η (Oeet err ei ch) und Metrawatt Aktiengesellschaft inCF. G oer ζ Electro Aktiengesellschaft In ./ ie η (Oeet err ei ch) and Metrawatt Aktiengesellschaft in

Nürnberg (Deutschland)Nurnberg, Germany)

StabilieierungBBchaltung mit einer Zenerdiode und zweiStabilization circuit with one zener diode and two

TraaeiBtorenTraaeiBtoren

Die Erfiaduag betrifft eine Stabillsierungεschaltung mit einer Zenerdiode uud zwei Transietoren und hat zum ziel, eine einfache Stabilisierungεschaltung, insbesondere zur Erzeugung einer Referenzspannung zu schaffen, deren Auegangeepannung besonders unabhängig von der Vereor^ungsspaunung irt.The Erfiaduag concerns a stabilization circuit with a Zener diode and two transit gates and the aim is to a simple Stabilisierungε circuit, in particular for generation to create a reference voltage, its Auegangeepspannung irt especially independent of the reforestation.

Die bisher bekannten Sohaltuugsanoräuungen mit efriTer von der Versorgungsspannung beeondere unabhängigen Aupgangespannung haben den lachtail, dace eine Stabilisierung mit zwei Zenerdloden, welohe iß irgend einer Form in Kaskade geschaltet find, erforderlich ist, was einen relativ schlechten Wirkungsgrad der Anordnung zur Folge hat. Da sich in mindestens einer Zenerdiode der Strom stärker ale proportional mit der Versorgungsspannung ändert, ändert Eich die Verlustleistung in dieser zenerdiode und coialt deren Kristalltemperatür. Dies wirkt sich infolge des Teuperaturkoeffiziernten der Zenerdiode ungünstig auf die Stabilisierung aus. Die einzelnen Bauteile müssen sueeerdem entsprechend stark bemessen sein, i*as einen unterhältniemässig groBsen Platzbedarf ergibt.The previously known Sohaltuugsanoräuungen with efriTer output voltage that is particularly independent of the supply voltage have the lachtail, dace a stabilization with two Zenerdloden, whatever form is cascaded is required, which results in a relatively poor efficiency of the arrangement. Since there is at least one zener diode the current is stronger than proportional to the supply voltage changes, calibration changes the power loss in this zener diode and coialt their crystal temperature. This affects as a result of the Teuperaturkoeffiziernten the Zener diode unfavorable on the stabilization the end. The individual components must also accordingly be strong, i * as entertaining one not big Space requirement results.

Diese Kaohteile werden bei der erfindungsgemäeeea Anordnung vermieden, indem der aufgenommene Oesamtrtrom konstant gehal-These Kaohteile are in the inventive arrangement avoided by keeping the absorbed oesamic flow constant.

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ten wird und dxe 7erIustielEtuug in der Zenerdtode souit Lon-and the 7erIustielEtuug in the Zenerdtode souit Lon-

stant bleibt. Selbst fur den Fall, dare eine, zweite Z^nerdiode verwendet wird - rcas einer viel* er en ^ualitätrverbesserung entspricht - wird selüst ^?u dieser dia Verlustleistung konstant gehalten.remains constant. Even in the event that a second Zener diode is used - which corresponds to a much greater improvement in quality - is self-sufficient ^? u this dia power dissipation kept constant.

Die Aenderung der Verlurtleietuug v/ird in der erfin-UUJUgfgeniäsεβü Anordnung von zwei Transistoren aufgenommen, up.reu r-araiaeter durch -iie daaer schwankende Kristalltemperatur ε eh. z.3ar andern, was jedoch durch die üügenechaften der Schaltung keinen direkten Siufluec nuf die Staülielerung ausübt. Der ..irkungEgrad ict üegeuuoer bieder bekannten Anordnungen gröEscr, was neben einer guten I^;latzauenützuni? die Yer'.veudung kleiner Bauteile ermöglicht.The change in the direction of loss is taken up in the inventive arrangement of two transistors, depending on the fact that there are fluctuating crystal temperatures, which, however, do not have any direct effect due to the fact that the circuit is flexible Exercises Staulielerung. The ..effectiveness is greater than the conventionally known arrangements, which in addition to a good I ^; latzauenützuni? which enables the use of small components.

CreiiiäSB der Erfindung vjtrden diese Eigenschaften d-^r Anordnung Ca durch erreicht, Cnte der eine Aupchlucs der ZcnTüloäe, nelcxie parallel zu deu TcrurauciierkleLiuuen 13-egt, mit der Bati^ dss ersten i'raneistorE veruuud' η irt, depsen I'ollektor und Euiitter liber je einen .<id?retand >m neu ooiueu Anechlüeceu dar Spannuu^pquello liegen, daf£ die Basis dieses Transistors welters nu den' Kollektor des zweiten TrausistorE gelegt ist, vjelcher vou '.!er zum ersten Transistor e-ubgegeu^eeetzteu Leitun^stype ?.ε^μ/, dessen ^iiiitter Ubor einen Jiderstand so '.sie dar rollektor^idc-rstand dec- ersten Transistors an deu einen Auechluss.dor Spannun^squelle liegt und dessen BaEis uit deiu Kollektor des ersten Transistors unmittelbar verbunden ist, sodasr die Zenarspannung als 3aeisepannung fur den er et en Transistor dlont und die Konstanthaltung von deecen irollektorstrora beviirkt und wobei die durch diesen Strom am Kollektorvjideretaud des ersten Transistor» erzeugte SpaanunjgjBlc B>sisspan-According to the invention, these properties are achieved by the arrangement Ca, Cnte the one Aupchlucs der ZcnTüloäe, nelcxie parallel to Deu TcrurauciierkleLiuuen 13-egt, with the Bati ^ dss first i'raneistorE veruuud 'irt, depsen I'ollektor and Euiitter over each one. <Id? Retand> m new ooiueu Anechlüeceu that tensionuu ^ pquello lie that the base of this transistor is placed on the 'collector of the second TrausistorE, vjelcher vou' eeetzteu INTR ^ stype? ^.ε μ / whose ^ iiiitter Ubor so .They a Jiderstand 'represents rollektor ^ IDC rstand dec first transistor eng a Auechluss.dor Spannun ^ squelle and whose BaEis uit dEiu collector of the first transistor directly is connected, so that the cenar voltage is used as the supply voltage for the transistor and the constant holding of the collector current and the voltage generated by this current at the collector terminal of the first transistor » s is span

nunu

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uuuj fur den zweiten Trcurictor verwendet iet, üamit den KoI- ' lcktorrtroiu. uie-eet TraneiEtore, zuglr-^; ch den üocr die Diode flieBEeuden Strom und damit die Zeuerepauuuug ₌ Veroraucherfpawuut.g konrtaut hält. .uuuj used iet for the second trcurictor, üamit the KoI- 'lcktorrtroiu. uie-eet TraneiEtore, zuglr- ^; ch the üocr the diode keeps flowing and thus the Zeuerepauuuug ₌ Veroraucherfpawuut.g Konrtaut. .

.-eitere Einzelheiten der Erfindung werdeu nu Hand der Zeiciiuuug erläutert, iu welcKer Flg. 1 uud Fl,:. S den prinzipielleü Aufbau bisher vorwsudeter 'Stab-J lieieruuiTEChaltuugeü uüd Fig. 3 da.e. Prinzip der erfiuduügrgemäcceu Stabilieieruugeechaltuug zeigt.Further details of the invention will now be given to the Zeiciiuuug explains iu which Flg. 1 and Fl,:. S the principle Establishment of previously pre-developed 'Stab-J lieieruuiTEChaltuugeü uüd Fig. 3 da.e. Principle of the successful Stabilieieruugeechaltuug shows.

Beirr Stabil! eier uugeechaltuuc uacli Fi r_::. 1 'ft eiu sue eiuer Zeuerdioie DzI uud einem Vprvrid^rFtand RvI bestehender Aat quer zur Speleeepauuung gelegt. Parallel zur Zenerdiode, au welciier eiu? gc^euUucr den SpeieeepaiiuungErchviaukuuseu bereits vjevcgeheücl voretaliMTeiLGrte Spanuutig U₂, abfällt, iet eiu z^oiter ebenfallH aut einer Zeuerdiode D__g uud eiuem Yorwideretaud R₂ gebildeter Aet angeordnet, wobei au den beideu AQschlüeeeu der zweiten z-nordiode die Verbraucherspauuuug U^ abgegriffen wird, welche stab!lieiert ißt. Jedoch iet bei dieeer ßtabilisierunge-εehaltuug nur dann ein groeeer Stabilieierungefaktor zu erreichen, neuu die Vorwideretäude groee gegenüber den Innemiiderttäudeu der Zenerdioden eind, wae bedingt, dare die Speieeepannuug U_e verhältuieuäeEig grort. gegenüber U und TT groee gegea-Beirr stable! eggs uugeechaltuuc uacli fi _r:. 1 'ft eiu sue your Zeuerdioie DzI uud a Vprvrid ^ rFtand RvI existing Aat placed across the Speleeepauuung. Parallel to the Zener diode, au welciier eiu? gc ^ euUucr the SpeieeepaiiuungErchviaukuuseu already vjevcgeheücl voretaliMTeiLGrte Spanuutig U ₂ drops, EIU iet z ^ oiter ebenfallH aut a Zeuerdiode D_ _g UUD eiuem Yorwideretaud R arranged ₂ formed Aet, wherein au the beideu AQschlüeeeu the second z-nordiode the Verbraucherspauuuug U ^ tapped is who eats stab! However iet at dieeer only ßtabilisierunge-εehaltuug to achieve a groeeer Stabilieierungefaktor, Neuu the Vorwideretäude of the Zener diodes big compared to the Innemiiderttäudeu eind, wae conditioned dare the Speieeepannuug U _e verhältuieuäeEig grort. compared to U and TT sizes

Bp Z ZBp Z Z

über U_y sein uiueßiabout _{u y} be uiueßi

Eine Terbeeeeruag in dieeer Hineicht keun erreicht werden, wenn der VorHl&cretand Eur Zener diode durch den KolleVt.orkreie eine« Tranei store ersetzt »ird, deeeen Bnltter Über einen Tornideretftiid an der Speieeepaünung liegt und deeeen Baeieepan-A terbeeeeruag in which no way can be achieved, when the pre & cretand Eur Zener diode by the colleague screeches A “Tranei store replaces” ird, deeeen Bnltter about one Tornideretftiid lies at the Speieeepaünung and deeeen Baeieepan-

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nung voü einer zweiten Zeuerdiode ptabilieiert wird, womit der Spannungcbedarf bei gleichzeitig gutei»i Stabilleierungsfaktor klein gehalten we;rdeu kann.nung voü a second fire diode is ptabilieiert, with which the Tension requirement with good stabilization factor at the same time can be kept small.

Eine in dieser tfeiee aufgebaute Schaltung zeigt im Prinzip die Fi^. 2. An der SpeiBespannung U« liegt die Serienechaltuug dee Yorwideretandee R_y init der Zenerdiode D₂^» an -welcher die nur wenig schwankende Zenorspannung 17 abfällt. Parallel zur Zenerdiode iet die Emitter-Basis-Streoke dee Traneistors Tr mit dem Emitterwldorstand H_ gelegt. Zwischen dem Kollektor dee Traueietors und dem Pluspol der Speieeepaunung liegt die Zenerdiode D_z2, an der die Verbrauoherspannung υ_γ abfällt.A circuit constructed in this way shows in principle the figure. 2. The series connection dee Yorwideretandee R _{y with} the Zener diode D ₂ ^ "is applied to the supply voltage U" - which the only slightly fluctuating Zener voltage 17 drops. The emitter-base-Streoke dee Traneistor Tr with the Emitterwldorstand H_ is placed parallel to the Zener diode. _{The Zener diode D z2} , at which the consumer voltage υ _γ drops, is located between the collector of the wedding gate and the positive pole of the supply pause.

Für diese Bohaltung gilt die BeziehungThe relationship applies to this Bo posture

nenn also die au der Emltter-Baeis-Streoke abfallende Spannung τιeBentIioh kleiner 1st ale die am Wideretand R_ abfallende Spannung, eo kann mit einem praktisch konstanten Kollektorstrom des Transistors und damit mit praktisch konstanter Verbraucherspannung trotz Schwankungen der Speisespannung u_g gerechnet werden. Obwohl dieee Schaltung mit einer relativ geringen Speisespannung auskommt, ist der Stabilisierungsfaktor für rielt Zweoke no ah zu klein. Eine Verbeeeerung kann nioht ohne weiteres erzielt werden, da der Vorwiderstand E₇ nioht beliebig vergrössert werden kann. Mit einer Vtrfrueserung der Spannung U₂, die asu einem gruseeren StabiliBierungefaktor führen würde, vergrüesert eioh aber gleiohzeltig die notwendige SpeieeSpannung Ug.So if the voltage τιeBentIioh falling on the main base line is smaller than the voltage dropping across the resistor R_, eo can be expected with a practically constant collector current of the transistor and thus with practically constant consumer voltage despite fluctuations in the supply voltage u _g . Although the circuit manages with a relatively low supply voltage, the stabilization factor is too small for real Zweoke no ah. Enlargement cannot be achieved without further ado, since the series resistor E _{7 can} not be increased as desired. With a reduction in voltage U ₂ , which would lead to a greater stabilization factor, the necessary supply voltage Ug increases at the same time.

Di· Behebung aller dtr angeführten WaοhteiIe gelingt mit Hilfe der erfinduegsgemäesen StabilirieruoeBEohaltung, derenThe elimination of all dtr listed balances succeeds with the help of the StabilirieruoeBEohaltung according to the invention, their

in FiG. 3 gezeigt lit. BAD ORIGINALin FiG. 3 shown lit.BAD ORIGINAL

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An die zur Stromquelle führenden Leitungen Bind Über den Kollektorwideretand Ιϊ_β, der Kollektor und Über den S&ltter-To the lines leading to the power source bind via the collector resistor Ιϊ _β , the collector and via the S & ltter-

der Baitter dee ersten Transisture Tr 1 rielegt. jjieser Transistor ist ein pup - Transistor. Die Basic dieses Transistors 1st mit der Anode der Senerdiode D„ verbunden,the baitter dee the first transistor Tr 1 lays down. This transistor is a pup transistor. The basic of this The transistor is connected to the anode of the Sener diode D ",

deren Kathode so wie d* r E&itterwi der stand H , dee Transistorswhose cathode as well as the E & itterwi der stood H, the transistor

OA IOA I

Tr 1 an der einen Leitung der Stromquelle liegt, lüt dpr Basis dee Transistors Tr 1 und damit mit der Anode dor ^enordiode ist CeT Kollektor des zweiten Transistors Tr 2 verbunden, welcher ein Transistor der npn-Type if=t. Die Baeie d'esee zweiten Traueietors steht unmittelbar ml ^ dem Kollektor αβε treten Transit-tore Tr 1 in Verbindung, während der Saitter des zwei tau Transistors Tr 2 über einen «Tidfrstand R_₂ an jeuar Leitung dar Stromquelle liegt, au die auch der rollektorwlderstaud des ernten Transistors Tr i angeschlossen 1st. Die Aupgangsspannung U₂ -wird direkt au der Zeaerdiode abgegriffen.Tr 1 is connected to one line of the power source, the base of the transistor Tr 1 and thus the CeT collector of the second transistor Tr 2, which is a transistor of the NPN type if = t, is connected to the anode dor ^ enordiode. The Baeie d'esee second Traueietors is directly with the collector αβε transit ports Tr 1 in connection, while the Saitter of the two Tau transistor Tr 2 is connected to each line of the power source _{via a Tidfrstand R_ 2, as well as the Rollektorwlderstaud} of the harvest transistor Tr i connected 1st. The output voltage U _{2 is} tapped directly from the Zeaer diode.

Zur richtigen Funktion der Sohaltung ωαεε gelten, dare i-TFor the correct function of the position ωαεε, dare i-T

₈₁ " 7™"" ^ ^lf welters dace ₈₁ "7 ™""^ ^lf welters dace

^UH1 ^U H1

^uoduod

unter diesen Tomassetzungeη, dare also die Stronnrer-Btärkungsfaktoren der beiden Transistoren wesentlich grasser als 1 sind, dass die an der Basis-Baitterstreoke dee ersten Traaeistors abfallende f^munung wesentIicn kleiner let alsunder this tomassettingeη, the Stronnrer amplification factors of the two transistors would be much larger than 1 are that the at the base Baitterstreoke dee first Traaeistor's sloping formation is essentially less than

17063!17063!

die Zener spannut.¹? and dass die an drr Baslr-Ttoltt er strecke des zweiten Transistors aufallsnde Spannung -fef-entlich kleiner ist als das Produkt aus U_. _τ ° icaun geschrieben werden:the Zener spurts. ¹ ? and that the voltage transmitted across the Baslr-Ttoltt he stretch of the second transistor is -fef-publicly smaller than the product of U_. _τ ° icaun can be written:

el ^s rr*-" , womit sich ergibt
Jel ^s rr * - ", which results in
J

C2 -C2 -

Der über die Sf^erdiode flieaeaude Dtroui, vvoloher die erzeugt., wird demnach praktisoh konstant gehalten, Fodaes bei dieeer Schaltuug auch die an pich ganz {τβ-jiußetx Schwankungen der Zener spannung selbst vermieden v?erden, DieBe co erzeugte, praktisch völlig unv^räud ;rte Spannung liegt an der Basis dee ersten Transistors und verursacht damit einen konctaü-&3U Kollektoretro^i an diesem Transistor j ein konstanter ICoIlektorstrou verursacht aber Beinerseite -»ied^r e.tn-in konetanteu Spanuun^sabfall am Tollektorwiderstand R , dieses Transistors. Dieser Spannungsabfall bzrc. die so erzeugte konstante Spannung liegt an der Serienschaltung von Smitterwiderstand und Baeie- ' Etoltterstrecke des zweiten Transistor« und ist T3reache t'-ir einen koaetanten Koliektorstrom dieses Transistors. Dieser Strom flieset aber auch über die Zenerdiode und erzeugt an dieser - wie bereits erläutert « eine praktisch unveränderliche Bezugss^nuung zur Sterarung des ersten Transietors, welche auch gleichzeitig die Verbraucherspannung darstellt.The flow through the Sf ^ erdiode Dtroui, vvoloher that generated., Is therefore kept practically constant, Fodaes also avoid the fluctuations in the Zener voltage itself, which were generated, practically completely unavoidable ^ Rough voltage is at the base of the first transistor and thus causes a contact & 3U collector retro ^ i on this transistor j a constant ICoIlektorstrou but causes leg side - »ied ^ r e.tn-in constant voltage drop at the collector resistor R, this transistor. This voltage drop bzrc. The constant voltage thus generated is due to the series connection of Smitterwiderstand and Baeie- 'Etoltterstrecke of the second transistor "and is T3reache t'-ir a koaetanten Koliektorstrom this transistor. However, this current also flows through the Zener diode and generates - as already explained "a practically unchangeable reference voltage for the first transit gate, which at the same time also represents the consumer voltage.

Spanaungsschwankungen der Stromquelle ^erdea somit praktisch völlig ausgeglichen.Voltage fluctuations in the power source are therefore practical completely balanced.

Lediglich die in der obigen Berechnung vernachlässigte Spannungerüokwlrkung in den Transistoren, die bei veränderterOnly the one neglected in the above calculation Voltage reduction in the transistors, which when changed

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Speisespannung die Spannungen ^q_Ei ^{unä u}ogg ^veräudert> begrenzt die Stabil! eier ungsviirkung. Diese Spannungsrüekfllrkung ist Jedoch sehr klein {10" bie 10 bei handeleüblichen Transistoren) und wirkt eioh durch die SchaltungBeigeuechaften nur eehr eohwach auf die Zenerspanuung aus.Supply voltage the voltages ^ q _E i ^{unä u} ogg ^udder > limits the stable! egg effect. However, this voltage reversal is very small (10 "to 10 with standard transistors) and only has a very weak effect on the Zener voltage due to the circuitry.

Da fUr einen groseen StabiliBierungsfaktor der i/lderet^d H₀₁ möglichst klein Bein eoll, kann dioBer natürlich durch eine ' Zenerdiode ersetzt werden. Falle ob jedoch nur darauf ankommt, den Stabilleierungefaktpr fUr ,leohselepanuuugen zu vergrSseern (z.B. zur Unterdrückung eines Restbrummes), bo nird es genügen, den dynamischen Widerstand von R₀₁ zu verringern, was duroh Parallelschaltung eines Kondensatore leicht erreicht vierden kann.Since the i / lderet ^ d H ₀₁ should be as small as possible for a large stabilization factor, it can of course be replaced by a Zener diode. If, however, it is only important to increase the stabilization factor for leohselepanuuugen (e.g. to suppress residual hum), it will suffice _{to reduce the dynamic resistance of R 01} , which can easily be achieved by connecting a capacitor in parallel.

Der erste Transistor kann natürlich auch von der npn-Type aeiß, jedoch muss dann der zweite Traue!ειor von der entgegengesetzten Leitungstype, der pnp-Type, sein« Es ist klar, daee gleichzeitig die Speisespannung TJg und die Zenerdiode D₂, umgepolt «erden muss, τι» omit auch die Ausgangs spannung U₂ ihr Vorzeichen weohselt.The first transistor may of course aeiß also of the NPN type, but must then the second Trust! Ειor "be of the opposite conductivity type, the PNP Type It is clear daee same time the supply voltage TJG and the zener diode D _2, reversed" must be grounded so that the output voltage U _{2 also changes} its sign.

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Claims

Patent claims:

^ 'l * Stabilization circuit with a Zenerdlode and two Transistors, characterized in that the one connection of the Zener diode, which is parallel to the consumer terminals, connected to the base of the first transistor, its collector and emitter via a resistor at each of the two connections the source of the voltage because the basis of this rrausistors further to the collector of the second transistor placed, "which vou the opposite to the first transistor The line type is whose iSmitter has a ./iderstand as well as the collector resistance of the first transistor eiusn connection of the voltage source and its base with directly connected to the collector of the first transistor, codaes the Zener voltage ale base voltage for the first transit gate serves and causes its collector current to be kept constant and the current at the collector resistor through this of the first transistor generated voltage as Basisppanuun ^ for the second transistor is used and thus the collector current of this transistor, at the same time the flowing through the diode Current and thus the Zener voltage - consumer voltage, keeps constant.

2. A circuit according to claim I _1, characterized in that ale ale Zener diode is provided with a compensated temperature coefficient.

3. Circuit according to claims 1 and 2, characterized in that daes the collector resistance of the first transistor

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- S - BAD ORIGINAL

durch eine Zenerdlode ersetzt let.replaced by a Zenerdlode let.

4. Schaltung nach den AneprLehen 1 und S und gegebenenfalls 3, dadurch gekennzeichnet, daes parallel zum Ifollektomideretand des ersten Transietors bzw. zu der diesen Jidrr&taud ereetzenden Zenerdlode ein Kondensator geschaltet let.4. Switching according to AneprLehen 1 and S and if necessary 3, characterized in that it is parallel to the ifollectomideretand of the first transit gate or to the one that sets up this Jidrr & taud Zenerdlode let a capacitor switched.

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