DE1189183B

DE1189183B - Arrangement for generating a constant reference voltage

Info

Publication number: DE1189183B
Application number: DES67021A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Wilhelm Eissfeldt; Karl Lang
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1960-02-10
Filing date: 1960-02-10
Publication date: 1965-03-18

Description

Anordnung zur Erzeugung einer konstanten Bezugsspannung Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Erzeugung konstanter Bezugsspannungen für Meß-, Steuer- und Regelkreise.Arrangement for generating a constant reference voltage The invention refers to an arrangement for generating constant reference voltages for measuring, Control and regulating circuits.

Es ist bekannt, zur Stabilisierung von Gleichspannungen eine Zenerdiode zu verwenden, die einem Widerstand parallel geschaltet ist, der über einen Vorwiderstand an eine Quelle veränderbarer Spannung angeschlossen ist. Für die stabilisierende Wirkung einer solchen Zenerdiode ist ihr sehr niedriger differentieller Widerstand in einem bestimmten Kennlinienbereich maßgebend, wobei Voraussetzung ist, daß die Diode so gepolt ist, daß sie durch die Spannung am Verbraucher in Sperrichtung beansprucht wird und daß die Spannung am Verbraucher in allen Betriebsfällen einen bestimmten Grenzwert nicht unterschreitet.It is known to use a Zener diode to stabilize DC voltages to be used, which is connected in parallel to a resistor, which is connected via a series resistor is connected to a source of variable voltage. For the stabilizing The effect of such a Zener diode is its very low differential resistance decisive in a certain range of characteristics, with the prerequisite that the Diode is polarized so that it is claimed by the voltage at the consumer in the reverse direction and that the voltage at the consumer is a certain in all operating cases Limit value not fallen below.

Die Konstanz der mit einer derartigen Anordnung erzeugten Spannung ist nun für viele Anwendungsbereiche unzureichend, vor allem, wenn sich die Speisespannung stark verändert. Das ist einerseits darauf zurückzuführen, daß sich die Spannung an der Zenerdiode bei großen Stromschwankungen merkbar ändert und daß diese Änderungen außerdem verhältnismäßig stark temperaturabhängig sind.The constancy of the voltage generated with such an arrangement is now insufficient for many areas of application, especially when the supply voltage changed greatly. On the one hand, this is due to the fact that the tension changes noticeably at the Zener diode with large current fluctuations and that these changes are also relatively strongly dependent on temperature.

Zweck der Erfindung ist es, solche Änderungen mit möglichst geringem Aufwand niedrig zu halten. Das wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Zenerdiode mit einer Heizeinrichtung und einem Temperaturfühler zu einer gut wärmeleitenden Einheit zusammengebaut und dieTemperatur der Zenerdiode mittels eines von dem Temperaturfühler gesteuerten elektrischen Reglers konstant gehalten wird.The purpose of the invention is to minimize such changes To keep effort low. This is achieved according to the invention in that the Zener diode with a heating device and a temperature sensor to a highly thermally conductive Unit assembled and the temperature of the zener diode by means of one of the temperature sensor controlled electrical regulator is kept constant.

Als Temperaturfühler eignet sich vor allem ein Kontaktthermometer. Dieses ermöglicht die Regelung der Temperatur mit sehr geringem Aufwand, wenn die Heizeinrichtung mit Hilfe eines Transistors geschaltet wird, dessen Emitter-Basis-Strecke, die in Durchlaßrichtung vorgespannt ist, durch die Kontakte des Kontaktthermometers vorübergehend kurzgeschlossen wird. Die so erreichte Stabilität läßt sich noch durch einen der Zenerdiode vorgeschalteten Regler verbessern, der den der Zenerdiode und dem dazu parallelliegenden Widerstand zugeführten Strom auf einen von Schwankungen der Speisespannung bereits weitgehend unabhängigen Wert stabilisiert. Hierzu eignet sich vorzugsweise eine an sich bekannte Schaltung mit einem Transistor, in dessen Emitter-Basis-Stromkreis ein Widerstand liegt, an dem eine dem Strom proportionale Spannung abfällt, die mit einer mit Hilfe einer weiteren Zenerdiode gewonnenen Spannung verglichen wird, und dessen Aussteuerung von der Differenz dieser beiden Spannungen abhängt. Dieser Hilfstransistor kann ebenfalls an die gleiche Speisespannungsquelle wie der Verbraucher angeschlossen sein.A contact thermometer is particularly suitable as a temperature sensor. This enables the temperature to be controlled with very little effort, if the Heating device is switched with the help of a transistor, the emitter-base path of which which is biased in the forward direction by the contacts of the contact thermometer is temporarily short-circuited. The stability achieved in this way can still be passed through improve one of the Zener diode upstream regulator that the Zener diode and the current fed in parallel to it to one of fluctuations the supply voltage has already largely stabilized the independent value. Suitable for this is preferably a known circuit with a transistor in which Emitter-base circuit is a resistor to which a current proportional Voltage drops that with a voltage obtained with the help of another Zener diode is compared, and its modulation from the difference between these two voltages depends. This auxiliary transistor can also be connected to the same supply voltage source how the consumer should be connected.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung an Hand einer beispielsweisen Schaltung wird nunmehr auf die Zeichnung Bezug genommen.For a more detailed explanation of the invention on the basis of an exemplary Circuit is now referred to the drawing.

An den Klemmen 1 und 2 liegt die Gleichstromspeisespannungsquelle der Anordnung, die nicht besonders dargestellt ist. An diesen Klemmen 1 und 2 liegen in Reihenschaltung der ohmsche Widerstand 3 und die Zenerdiode 4. 5 bezeichnet einen Transistor, der in diesem Falle beispielsweise ein solcher der pnp-Type ist. An die Emitter-Basis-Strecke 5a-5b ist über den einstellbaren Widerstand 6 die Zenerdiode 4 angeschlossen. 7 bezeichnet den Verbraucher, der an die Klemmen 8 und 9 der Schaltung angeschlossen ist und an welchem die Spannung konstant gehalten werden soll. Wie aus der Schaltung zu entnehmen ist, erfolgt die Speisung des Verbrauchers 7 von der Klemme 2 über den Widerstand 6, den Transistor 5, die Klemme 9 und 8 zurück zur Klemme 1. Dieser Stromkreis verläuft über den bisher noch nicht erwähnten einstellbaren Widerstand 10, dessen Funktion im Verlauf der Beschreibung noch näher erläutert werden soll, der aber nicht bei jeder erfindungsgemäßen Schaltung vorhanden zu sein braucht.The DC supply voltage source of the arrangement, which is not specifically shown, is connected to terminals 1 and 2. The ohmic resistor 3 and the Zener diode 4 are connected in series to these terminals 1 and 2. 5 denotes a transistor which in this case is, for example, of the pnp type. The Zener diode 4 is connected to the emitter-base path 5a-5b via the adjustable resistor 6. 7 designates the consumer that is connected to terminals 8 and 9 of the circuit and at which the voltage is to be kept constant. As can be seen from the circuit, the load 7 is fed from terminal 2 via resistor 6, transistor 5, terminals 9 and 8 back to terminal 1. This circuit runs via the previously unmentioned adjustable resistor 10, whose function will be explained in more detail in the course of the description, but which does not need to be present in every circuit according to the invention.

Die bisher beschriebene Anordnung gewährleistet, daß, wenn die Spannung an der Zenerdiode 4 trotz einer Änderung der Spannung an den Klemmen 1 und 2 als konstant angesehen werden kann, an dem Verbraucher 7 die Spannung konstant bleibt. Nun ist aber zusätzlich an die Klemmen 8 und 9 der Schal- tung die Zenerdiode 11 mit Rücksicht darauf, daß die Spannung an den. 25enerdiode 4 dbab nodr. nicht als ausreichend konstant angenommen werden darf, angeschlossen. Diese Diode 11 ist in der Darstellung in eine besondere Kapselung,12 eingeschlossen. In dieser Kapselung befinden sich. ein Kontaktthermo- meter 13 uqd ; eiq Iipizelemept 14. Dieses Heiz- element 14 ist iq,RCihe mit detp Transistor 15 an die Speisespannungsquelle r 2` angeschlossen. Der.gteuer- stromkreis für den Transistor: 15 verläuft, vors der Klemme 2 der Schaltung über die Emitter-Basis- Strecke 15 a-15 b des Transistors 15 und den Reihen- widerstand 16 zurück zur Klemme 1 der Speisespan- nungsquelle- Die Kapselung 12 zusammen mit dem Thermosta- ten 13 und der Heizeinrichtung 14 sorgen dafür, daß die Zealezdia& 11b nuZ.; einer: praktisch konstanten Temperatur ausgesetzt ist, und somit.ein:an:ihr:sqnst vorhandener Temperaturgang, der zu einem Fehler in der Erhaltung einer konstanten Spannung an dem Verbraucher 'i-führen könnte, eliminiert wird: Der Transistor 15 ist, sofern die Kontakte des Kontakt- thermometers; l3, geßffuet sind, an seiner Steuer- strecke derart gesteuert, daß er an seiner Emitter- Kollektor-Strecke durchlässig ist: Es erfolgt daher eine Speisung..dei,H$iaeinriahlung 14: von der Speise- sp_aAnungsquelle 1-2. Steigt die Temperatur inner- halb der Kapselung 12 über einen. vorbestimmten Wert an, so schließt das, Kontaktthermometer seine Kontakte und drückt die Etnitter-Basis-Strecke 15 a- 15 b des Transistors 15. Wegen des auf diese Weise erfolgendeaMegfalls_der Steuerspannung -am..Tran- sistor 15 wird dieser an seiner Emitter-Kollektor- Strecke gesperrt, und es entfällt eine Speisung der F ei ei jl4ng.l4.t,Es..ergibt@ sich also -im. Arbeiten dpr, Heizeinrigbüung:. und, des > Thermokontakis .ein: gewisses Spie-welches.jedoch:,durch eine -geeignete Auswahl der Elemente-.auf,einen sehr engen Tole- ranzberich,bmchränkx .warn. kann. Wäre..dorcbezeits erwähnte Widerstand 10 in. der Schaltung nicht vorhanden,- so. könnte mit der Schal- tqng nur eine Aasregelung zwischen einem Mindest- spannupgswert, der .bestimmt ist.. durch die Summe der- an den,,beidem ,Zenordioden,.auftretenden Span- nung, und. , einem -oberen Grenzwert durchgeführt werden,- der bestimmt ist durch die Summe aus den genannten-beiden-Diodenspannungen und aus dem Greampannungswert, der--an der Emitter-Kollektor- Strecke des Transistors 5 - unter Berücksichtigung eines; betriebssicheren. Arbeitens, des- Transistors zui lässig ist.The arrangement described so far ensures that if the voltage at the Zener diode 4 can be regarded as constant despite a change in the voltage at the terminals 1 and 2, the voltage at the consumer 7 remains constant. Now, however, the switch is also connected to terminals 8 and 9. the Zener diode 11 with regard to the fact that the tension on the. 25ener diode 4 dbab nodr. not can be assumed to be sufficiently constant, connected. This diode 11 is in the illustration enclosed in a special encapsulation 12. In this encapsulation are located. a contact thermo- meter 13 uqd ; eiq Iipizelemept 14. This heating element 14 is iq, RCihe with detp transistor 15 to the Supply voltage source r 2` connected. The taxable circuit for the transistor: 15 runs before the Terminal 2 of the circuit via the emitter-base Route 15 a-15 b of the transistor 15 and the series resistance 16 back to terminal 1 of the supply voltage power source The encapsulation 12 together with the thermostat th 13 and the heater 14 ensure that die Zealezdia & 11b nuZ .; one: practically constant Temperature, and thus.a: an: you: sqnst existing temperature drift that leads to an error in maintaining a constant tension on the Consumers' i-Could Eliminate: The Transistor 15 is, provided the contacts of the contact thermometers; l3, are served at its tax controlled in such a way that it is at its emitter Collector route is permeable: It is therefore done a feed ... dei, H $ iahlung 14: from the feed sp_a reference source 1-2. If the temperature rises half of the encapsulation 12 via a. predetermined This closes its value, contact thermometer Contacts and presses the Etnitter base route 15 a- 15 b of transistor 15. Because of this way taking place aMegfalls_of the control voltage -am..Tran- sistor 15 this is at its emitter-collector- The route is blocked and there is no power supply to the F ei ei jl4ng.l4.t, It .. results @ thus -im. work dpr, Heizeinrigbüung :. and, of the> Thermokontakis .ein: certain game-which. however:, by a -suitable Selection of the elements -. To a very narrow tolerance - ranzberich, bmchränkx .warn. can. Were. .d orcbezeits mentioned resistance 10 in. the Circuit not available - so. could with the scarf tqng only a carrion regulation between a minimum Spannupgswert, which is .determined .. by the sum of the, both, Zenordioden,. tion, and. , an upper limit - which is determined by the sum of the mentioned-both-diode voltages and from the Gream voltage value, which - at the emitter-collector- Route of the transistor 5 - taking into account one; operationally reliable. Working, the transistor is permissible.

Nun kann es aber gegebenenfalls erwünscht sein, diesen Regelspannungsbereich nach höheren Spanrrungswerten. zu verlagern.. Diese Wirkungsweise lä$t sich.durch den.bereits eingetragenen:Widerstand 10 erreichen. Es ist zu übersehen, daß dieser Widerstand:10 in der Lage. ist, einen gewissen Spannungswert in der Reihenschaltung aus der Zenerdiode 11, dem Transistor 5 und dem Widerstand 6 zu übernehmen. Der an diesem Widerstand 10 betriebsmäßig auftretende Spannungsabfall bestimmt dann die mögliche Verlagerung des Spannungsregelbereiches der. Anordnung.Now, however, it may be desirable to adjust this control voltage range to higher voltage values. This mode of action can be achieved using the resistance 10 that has already been entered. It is overlooked that this resistance: 10 is able. is to take over a certain voltage value in the series circuit of the Zener diode 11, the transistor 5 and the resistor 6 . The voltage drop occurring during operation at this resistor 10 then determines the possible shift in the voltage regulation range of the. Arrangement.

Claims

Claims: 1 .. arrangement for generating a constant reference voltage with the aid. one. Zener diode, marked thereby. that the Zener diode (11) is assembled with a heating device (14) und.einem .: temperature sensor (13) to ... a highly thermally conductive unit and the temperature of the Zener diode is kept constant by means of an electrical regulator controlled by the temperature sensor.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that as a temperature sensor a contact thermometer is used.

3. Arrangement according to claim 2, characterized in that the .. heating device, via a # in the forward direction. prestressed. The transistor (15) is connected to a voltage source and the emitter-base path of this transistor is connected to the contacts of the contact thermometer (13) .

4. Arrangement according to claim 3, characterized in that; that the Zener diode (11) is connected to a variable supply voltage source via the emitter-collector path of a further transistor (5) and that the base-emitter path of this transistor is connected to a Zener diode (4) which, together with a resistor (3) forms a voltage divider, which is also fed with the variable voltage. Publications considered: Ball. SEV (1958), p. 1083; Electronics (1958), p. 224.