DE1150457B

DE1150457B - Circuit for regulating, in particular for keeping constant, the collector current of a transistor

Info

Publication number: DE1150457B
Application number: DES76397A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Kurt Kupka
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1961-10-24
Filing date: 1961-10-24
Publication date: 1963-06-20

Description

Schaltung zur Regelung, insbesondere zur Konstanthaltung, des Kollektorstroms eines Transistors Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zur Regelung, insbesondere für Konstanthaltung, des KoIlektorstromes eines Transistors mittels eines mit den Polen einer Spannungsquelle verbundenen aus einer im Durchbruchsbereich arbeitenden Zenerdiode und einem Vorwiderstand bestehenden Spannungsteilers, dem der Transistor so angeschaltet ist, daß seine Emitter-Basis-Strecke über einen ihr vorgeschalteten Stabilisationswiderstand parallel zur Zenerdiode liegt und bei der der Kollektor gegenüber dem Emitter über einen Lastwiderstand mit einer Spannung beaufschlagt ist, die das gleiche Vorzeichen aufweist wie die an dem von der Zenerdiode abliegenden Ende des Spannungsteilers liegende Spannung.Circuit for regulating, in particular for keeping the collector current constant of a transistor The invention relates to a circuit for regulating, in particular for keeping the capacitor current of a transistor constant by means of a with the Poles of a voltage source connected from one working in the breakdown area Zener diode and a series resistor existing voltage divider, which the transistor is switched on in such a way that its emitter-base path has an upstream of it Stabilization resistor is parallel to the Zener diode and where the collector applied to the emitter via a load resistor with a voltage which has the same sign as that on that remote from the Zener diode Voltage at the end of the voltage divider.

Es sind bereits Schaltungen zur Transistorstromkonstanthaltung bekannt. So wird z. B. von S h o c k 1 e y in der USA-Patentschrift 2 716 729 eine derartige Schaltung angegeben. Sie ist im Prinzip in Fig. 1 dargestellt.Circuits for keeping transistor current constant are already known. So z. B. by S h o c k 1 e y in US Pat. No. 2,716,729, one of these Circuit specified. It is shown in principle in FIG.

Der Emitter des Transistors 1 liegt über den Stabilisationswiderstand 3 am positiven Pol der Gleichspannungsquelle B. Der Kollektor ist über den Lastwiderstand 4 und das den Kollektorstrom anzeigende Amperemeter 5 mit dem negativen Pol der Gleichspannungsquelle B verbunden. Parallel zu den Klemmen der Gleichspannungsquelle B ist der Spannungsteiler, bestehend aus der Zenerdiode 2 und ihrem Vorwiderstand 6, geschaltet. Die Basis des Transistors 1 ist an den Verbindungspunkt von Zenerdiode 2 und Vorwiderstand 6 geführt. Die Zenerdiode 2 bewirkt wegen ihrer steilen Stromspannungscharakteristik im Zenerbereich eine annähernd konstante Spannung an der Emitter-Basis-Strecke des Transistors. Auf Grund des Kennlinienverlaufs des Kollektorstromes in Abhängigkeit von der Kollektor-Basisspannung bei konstanter Emitter-Basisspannung wird im Kollektorkreis ein annähernd konstanter Strom erzwungen, auch wenn sich die Spannung der Gleichsspannungsquelle B oder die Größe des Belastungswiderstandes 4 in gewissen Grenzen ändert. Fordert man jedoch für bestimmte Anwendungszwecke eine sehr hohe Konstanz des Kollektorstromes, z. B. 0,1 % maximale Änderung, so ist eine Schaltung nach Fig. 1 nicht ausreichend, weil, durch die Physik des Transistors bedingt, auch bei konstanter Basis-Emitterspannung und veränderlicher Basis-Kollektorspannung der Kollektorstrom des Transistors 1 nicht vollkommen konstant gehalten wird, sondern bei wachsender Basis-Kollektorspannung ebenfalls leicht ansteigt. Außerdem ist für hohe Stabilisierungsforderungen die Durchbruchsspannung der Zenerdiode 2 bei Änderungen des ihr über den Vorwiderstand 6 eingeprägten Zenerstromes nicht hinreichend konstant.The emitter of the transistor 1 is connected to the positive pole of the DC voltage source B via the stabilization resistor 3. The collector is connected to the negative pole of the DC voltage source B via the load resistor 4 and the ammeter 5 indicating the collector current. The voltage divider, consisting of the Zener diode 2 and its series resistor 6, is connected in parallel to the terminals of the DC voltage source B. The base of the transistor 1 is led to the connection point of the Zener diode 2 and the series resistor 6. The Zener diode 2 causes an approximately constant voltage at the emitter-base path of the transistor because of its steep voltage characteristic in the Zener range. Due to the characteristic curve of the collector current as a function of the collector base voltage with a constant emitter base voltage, an approximately constant current is forced in the collector circuit, even if the voltage of the DC voltage source B or the size of the load resistor 4 changes within certain limits. However, if a very high constancy of the collector current is required for certain applications, e.g. B. 0.1% maximum change, a circuit according to Fig. 1 is not sufficient because, due to the physics of the transistor, the collector current of the transistor 1 is not kept completely constant even with a constant base-emitter voltage and variable base-collector voltage , but also increases slightly with increasing base-collector voltage. In addition, for high stabilization requirements, the breakdown voltage of the Zener diode 2 is not sufficiently constant in the event of changes in the Zener current impressed on it via the series resistor 6.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung zu schaffen, die im Gegensatz zu den bisher bekannten Schaltungen höheren Anforderungen bezüglich der Konstanz des Kollektorstromes des Transistors genügt.The invention is therefore based on the object of providing a circuit create the higher requirements in contrast to the previously known circuits with regard to the constancy of the collector current of the transistor is sufficient.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird die eingangs angegebene Schaltung gemäß der Erfindung so weiter ausgebildet, daß ein Kompensationswiderstand mit seinem einen Ende direkt oder über einen Abgriff des Stabilisationswiderstandes mit dem Emitter verbunden ist und mit seinem anderen Ende mit einer gleich- oder gegenphasig mit dem Kollektorstrom schwankenden Spannung beaufschlagt ist, die gleiches Vorzeichen gegenüber dem Emitter hat wie die Kollektorspannung.To solve this problem, the circuit specified at the outset is in accordance with the invention so further developed that a compensation resistor with his one end directly or via a tap of the stabilization resistor with the Emitter is connected and at its other end with one in phase or out of phase is applied with the collector current fluctuating voltage, the same sign compared to the emitter, we have the collector voltage.

Die Schaltungsanordnung kann so ausgestaltet sein, daß die an den aus der Zenerdiode und dem Vorwiderstand bestehenden Spannungsteiler liegende Spannung sowie die Kollektorspannung des Transistors und die Spannung für den durch den Kompensationswiderstand und den Stabilisationswiderstand gebildeten Stromkreis einer einzigen Gleichspannungsquelle entnommen sind.The circuit arrangement can be designed so that the to Voltage divider consisting of the Zener diode and the series resistor as well as the collector voltage of the transistor and the voltage for the through the compensation resistor and the circuit of a single DC voltage source formed by the stabilization resistor are taken.

Durch diese Maßnahme erhält man den Vorteil, daß Spannungsschwankungen der Gleichspannungsquelle, die sich wegen der nicht idealen Stromspannungscharakteristik der Zenerdiode im Durchbruchsbereich auf die Zenerspannung und damit auf die an der Emitter-Basis-Strecke des Transistors liegende Spannung übertragen, kompensiert werden können, so daß die Spannung an der Emitter-Basis- Strecke des Transistors wesentlich konstanter gehalten wird als die Emitter-Basisspannung am Transistor einer Schaltungsanordnung ohne Kompensationswiderstand. Außerdem wirkt die Kompensation dem durch die Kennlinien des Transistors bedingten Ansteigen des Kollektorstromes bei steigender Kollektor-Basisspannung und konstanter Emitter-Basisspannung entgegen. Somit erreicht man bereits durch die Einfügung eines einzigen Bauteiles, nämlich des Kompensationswiderstandes, in die bekannte Schaltung nach Fig. 1 eine wesentlich höhere Konstanz des Kollektorstromes. Je nach Wahl des Kompensationswiderstandes kann man die Kompensation sogar so weit treiben, daß bei ansteigender Basis-Kollektorspannung der Kollektorstrom abfällt, so daß die Schaltung auch für Regelzwecke brauchbar ist.This measure has the advantage that voltage fluctuations the DC voltage source, which is due to the non-ideal voltage characteristics the Zener diode in the breakdown area to the Zener voltage and thus to the the emitter-base path of the transistor transmitted voltage lying, compensated so that the voltage at the emitter-base route of the transistor is kept much more constant than the emitter base voltage on the transistor of a circuit arrangement without a compensation resistor. Also works Compensation for the increase in the caused by the characteristics of the transistor Collector current with increasing collector base voltage and constant emitter base voltage opposite. Thus, by inserting a single component, you can achieve namely the compensation resistor, in the known circuit of FIG significantly higher constancy of the collector current. Depending on the choice of compensation resistor you can even drive the compensation so far that with increasing base-collector voltage the collector current drops, so that the circuit can also be used for control purposes is.

Die vorliegende Schaltung kann weiterhin so ausgebildet sein, daß die an den aus der Zenerdiode und dem Vorwiderstand bestehenden Spannungsteiler angelegte Spannung sowie die Kollektorspannung des Transistors und die Spannung für den Kompensationsstromkreis an verschiedenen Anzapfungen ein und derselben Gleichstromquelle entnommen sind. Dadurch entsteht der weitere Vorteil, daß die Kollektorspannung, die Spannung an der aus Zenerdiode und Vorwiderstand bestehenden Reihenschaltung und die Kompensationsspannung verschieden groß gewählt werden können. Das ist besonders vorteilhaft in Fällen, in denen mit Rücksicht auf die Verlustleistung des Transistors eine bestimmte maximale Kollektorspannung nicht überschritten werden darf, andererseits aber aus Gründen der besseren Stabilisation eine höhere Spannung als die maximale zulässige Kollektorspannung an der aus Zenerdiode und Vorwiderstand bestehenden Reihenschaltung wünschenswert ist. Durch die gesonderte Entnahme der Spannung für den Kompensationsstromkreis kann bei geeigneter Wahl der Größe dieser Spannung für den Kompensationswiderstand ein Widerstandswert verwendet werden, der innerhalb einer der genormten Widerstandsreihen liegt. Da solche Widerstände billiger sind als Widerstände mit nicht genormten Widerstandswerten, ergibt sich hier noch ein weiterer wirtschaftlicher Vorteil.The present circuit can also be designed so that the voltage divider consisting of the Zener diode and the series resistor applied voltage as well as the collector voltage of the transistor and the voltage for the compensation circuit at different taps on the same direct current source are taken. This has the further advantage that the collector voltage, the voltage at the series circuit consisting of a Zener diode and series resistor and the compensation voltage can be selected to be of different sizes. This is special advantageous in cases in which with regard to the power dissipation of the transistor a certain maximum collector voltage must not be exceeded, on the other hand but for reasons of better stabilization a higher tension than the maximum permissible collector voltage at the Zener diode and series resistor Series connection is desirable. Due to the separate removal of the voltage for the compensation circuit can with a suitable choice of the size of this voltage for the compensation resistor can be used a resistance value that is within one of the standardized resistance series lies. Because such resistors are cheaper as resistors with non-standardized resistance values, this results in a another economic advantage.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können die am Spannungsteiler, bestehend aus Zenerdiode und Vorwiderstand, angelegte Spannung und die Kollektorspannung des Transistors zwei getrennten Spannungsquellen entnommen sein und der Kompensationswiderstand mit dem vom Emitter abgewandten Ende wahlweise mit dem kollektorseitigen Pol der die Kollektorspannung liefernden Spannungsquelle oder mit dem am Vorwiderstand liegenden Pol der die Zenerdiode speisenden Spannungsquelle verbunden sein. Diese Maßnahmen haben den Vorteil, daß man zwei völlig voneinander unabhängige Stromkreise erhält. Da man in diesem Fall den Kompensationsstromkreis zweckmäßig mit derjenigen Spannungsquelle speist, die die Konstanz des Kollektorstromes am meisten gefährdet, erhält man hier den Vorteil, daß eine der beiden Spannungsquellen nur geringe Spannungskonstanz zu haben braucht.In a further embodiment of the invention, the voltage divider, consisting of Zener diode and series resistor, applied voltage and the collector voltage of the transistor must be taken from two separate voltage sources and the compensation resistor with the end facing away from the emitter, optionally with the collector-side pole of the the voltage source supplying the collector voltage or with the one at the series resistor Pole of the voltage source feeding the Zener diode must be connected. These measures have the advantage that you get two completely independent circuits. Since in this case the compensation circuit is expediently connected to that voltage source feed, which endangers the constancy of the collector current most, is obtained here the advantage that one of the two voltage sources only has a low voltage constancy needs to have.

Die vorliegende Schaltung kann weiterhin so ausgebildet sein, daß der Kompensationswiderstand und/ oder der Stabilisationswiderstand ein temperaturabhängiger Widerstand ist. Damit wird erreicht, daß Temperaturschwankungen weitgehend ausgeglichen werden. Die Erfindung wird an Hand der in den Fig.2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.The present circuit can also be designed so that the compensation resistance and / or the stabilization resistance are temperature-dependent Resistance is. This ensures that temperature fluctuations are largely compensated for will. The invention is based on the embodiments shown in FIGS explained in more detail.

Fig. 2 zeigt eine Schaltung, bei der die Kollektorspannung und die an dem aus Zenerdiode 2 und Vorwiderstand 6 bestehenden Spannungsteiler angelegte Spannung der gemeinsamen Batterie B entnommen werden. Der Emitter des Transistors liegt über den Stabilisationswiderstand 3 und den temperaturabhängigen Stabilisationswiderstand 8 am positiven Pol der Batterie B. Der Kollektor ist über den Lastwiderstand 4 und das den Kollektorstrom anzeigende Amperemeter 5 mit dem negativen Pol der Batterie verbunden. Zwischen dem positiven Pol der Batterie und der Basis des Transistors 1 ist die Zenerdiode 2 so geschaltet, daß sie im Zenerbereich arbeitet.Fig. 2 shows a circuit in which the collector voltage and the applied to the voltage divider consisting of Zener diode 2 and series resistor 6 Voltage of the common battery B can be taken. The emitter of the transistor lies above the stabilization resistance 3 and the temperature-dependent stabilization resistance 8 at the positive pole of battery B. The collector is across the load resistor 4 and the ammeter 5 indicating the collector current with the negative pole of the battery tied together. Between the positive pole of the battery and the base of the transistor 1, the zener diode 2 is connected so that it works in the zener range.

fn Reihe dazu liegt zwischen Basis und negativem Pol der Batterie der als Vorwiderstand für die Zenerdiode 2 dienende Widerstand 6. Der Kompensationswiderstand 7, der in diesem Ausführungsbeispiel temperaturabhängig ist, ist an der einen Seite mit dem negativen Pol der Batterie B und an seiner anderen Seite mit dem Emitter des Transistors 1 verbunden. Über den aus dem Kompensationswiderstand 7 und den Stabilisationswiderständen 3 und 8 bestehenden Stromkreis fließt daher ein Strom, der sich dem Emitterstrom gleichsinnig überlagert. Am Stabilisationswiderstand entsteht dadurch ein zusätzlicher, sich im Sinne der Batteriespannungsschwankung ändernder Spannungsabfall. Dadurch wird die Spannung an der Emitter-Basis-Strecke, die sich aus der Differenz der Spannungsabfälle an der Zenerdiode und dem Stabilisationswiderstand zusammensetzt, so geändert. daß sich bei steigender Batteriespannung die Spannung an der Emitter-Basis-Strecke verringert.The next row is between the base and the negative pole of the battery the resistor 6 serving as a series resistor for the Zener diode 2. The compensation resistor 7, which is temperature-dependent in this exemplary embodiment, is on one side to the negative pole of battery B and on its other side to the emitter of transistor 1 connected. About the from the compensation resistor 7 and the Stabilization resistors 3 and 8 existing circuit therefore flows a current, which is superimposed in the same direction on the emitter current. At the stabilization resistance arises thereby an additional one that changes in the sense of the battery voltage fluctuation Voltage drop. This will reduce the voltage on the emitter-base route that is from the difference between the voltage drops across the Zener diode and the stabilization resistor composed, so changed. that when the battery voltage increases, the voltage decreased at the emitter-base path.

Dabei wird der Arbeitspunkt im Kennlinienfeld des Transistors so verlagert, daß der Kollektorstrom konstant bleibt.The operating point in the characteristic field of the transistor is shifted in such a way that that the collector current remains constant.

In Fig. 3 ist eine Schaltung dargestellt, bei der die Kollektorspannung und die Spannung für den aus Zenerdiode 2 und Vorwiderstand 6 bestehenden Spannungsteiler zwei getrennten Batterien B 1/B 2 entnommen wird. Der Kompensationswiderstand 7, der an seinem einen Ende mit dem Emitter des Transistors 1 verbunden ist, kann an seinem anderen Ende wahlweise mit dem jeweils negativen Pol einer der beiden Batterien B 1/B 2 verbunden werden.In Fig. 3 a circuit is shown in which the collector voltage and the voltage for the voltage divider consisting of Zener diode 2 and series resistor 6 two separate batteries B 1 / B 2 is removed. The compensation resistor 7, which is connected at one end to the emitter of the transistor 1, can on its other end either with the negative pole of one of the two batteries B 1 / B 2 are connected.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Control circuit, in particular to keep it constant, the collector current of a transistor by means of a voltage source connected to the poles of a transistor connected from a Zener diode working in the breakdown area and a series resistor existing voltage divider to which the transistor is switched on so that its Emitter-base path in parallel via an upstream stabilization resistor to the Zener diode, and in which the collector is opposite via a load resistor a voltage is applied to the emitter which has the same sign like the one at the end of the voltage divider that is remote from the Zener diode Voltage, characterized in that a compensation resistor (7) with his one end directly or via a tap on the stabilization resistor (3) to the Emitter is connected and at its other end with one in phase or out of phase is applied with the collector current fluctuating voltage, the same sign compared to the emitter, we have the collector voltage.

2. Circuit according to claim 1, characterized in that the from the Zener diode (2) and the series resistor (6) existing voltage divider lying voltage as well as the collector voltage of the Transistor (1) and the voltage for the compensation resistor (7) and the stabilization resistor (3) formed compensation circuit of a single DC voltage source are taken.

3. Circuit according to claim 1 or 2, characterized characterized that the from the Zener diode (2) and the series resistor (6) existing voltage divider applied voltage as well as the collector voltage of the transistor (1) and the voltage for the compensation circuit at different taps are taken from one and the same DC voltage source.

4. Circuit after a of Claims 1 to 3, characterized in that the voltage divider consists of from the Zener diode (2) and the series resistor (6), applied voltage and the collector voltage of the transistor (1) two separate voltage sources are taken and the compensation resistor (7) with the end facing away from the emitter, optionally with the collector-side pole the voltage source (B1) delivering the collector voltage or with the one at the series resistor (6) lying pole of the Zener diode (2) feeding voltage source (B2) connected is.

5. Circuit according to one of claims 1 to 4, characterized in that the compensation resistor (7) and / or the stabilization resistor (3) are temperature-dependent Resistance is.

6. Circuit according to one of the preceding claims, characterized in that that the stabilization resistor (3) has at least one temperature-dependent resistor is upstream.