DE2064907B2

DE2064907B2 - Doppelseitig gerichteter Verstärker zum Steuern von Gleichstrommotoren

Info

Publication number: DE2064907B2
Application number: DE2064907A
Authority: DE
Inventors: Giorgio Dipl.-Ing. Caluso Turin Bonzano (Italien)
Original assignee: Honeywell Information Systems Italia SpA
Current assignee: Bull HN Information Systems Italia SpA
Priority date: 1969-07-17
Filing date: 1970-07-17
Publication date: 1979-09-06
Also published as: DE2036374C3; DE2036374A1; FR2051805B1; DE2064907C3; DE2036374B2; FR2051805A1; DE2064907A1; US3656041A

Description

Die Erfindung betrifft einen doppelseitig gerichteten Verstärker zum Steuern von Gleichstrommotoren gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, der insbesondere zur Verwendung in Datenarbeitssysteinen bestimmt ist.

Ein in zwei Richungen arbeitender Verstärker zum Steuern eines Gleichstrommotors ist durch die US-PS 34 50 973 bekannt, mit einem Spannungsvorverstärker, der aus einer ersten und einer zweiten Spannungsquelle gespeist wird, die die gleiche Amplitude und gegenüber dem Erdpotential einander entgegengesetzte Polarität aufweisen. Diese bekannten Verstärker müssen stabilisiert sein, um einen von Spannungsänderungm nicht beeinträchtigten Betrieb zu bewirken. Die Kosten

to derartiger Stabilisierungsstromkreise sind außerordentlich hoch.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verstärker der eingangs erwähnten Art einfache Stabilisierungsstromkreise zu schaffen, daß zum Speisen

ι ϊ der Leistungsstufen auch unstabilisierte Energiequellen verwendet werden können, wodurch sich die Kosten erheblich senken lassen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst

μ In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung dargestellt, die nachstehend erläutert werden.

F i g. 1 ist ein Schaltbild eines in zwei Richtungen arbeitenden Verstärkers gemäß der Erfindung;

F i g. 2 zeigt ein gemäß Anspruch 2 gegenüber F i g. 1 abgewandeltes Schaltbild.

Der in zwei Richtungen arbeitende Verstärker steuert die Stromspeisung für den Motor 1. Der Verstärker enthält einen Spannungsverstärker mit zwei Differentialstufen und mit einer Endstufe bei Verwendung der Transistoren 7* Ti₀, Tu, Tn, 7I₃ und Tu sowie einen Stromverstärker mit einander komplementären Transistoren 7Ϊ5, 7|6 für die erste Stufe und mit einander nicht komplementären Transistoren 7I₇, Ti₈ für die zweite Stufe. Die Leistungsstufe hat zwei einander parallelgeschaltete Leistungstransistoren Ti₉, T₂₀ für den positiven Ausgang und entsprechend zwei einander parallelgeschaltete Leistungstransistoren T%\, Tn für den negativen Ausgang.

Der Differentialverstärker der ersten Stufe enthält die NPN-Transistoren Γιο und Tn, deren Kollektor mit der stabilisierten Spannung + VA gespeist wird, und zwar der erste über den Widerstand Äio und der zweite über den veränderlichen Widerstand R\\. Die Emitter

4i beider Transistoren T₁₀ und Tu sind an den Kollektor des Transistors T₉ angeschlossen, dessen Emitter über den Widerstand At₂ an die stabilisierte negative Spannung — VA abgeschlossen ist. Die stabilisierten Spannungen + VA und — VA werden jeweils aus zwei an der Speiseanschlüsse 33 und 34 angelegten, nicht stabilisierten Speisungsspannungen + V bzw. — V mit im wesentlichen gleicher Amplitude gewonnen und sind gegenüber der Bezugsspannung, die üblicherweise die Erdspannung ist, symmetrisch angeschlossen.

Das Stabilisieren der Spannungen + VA und - VA wird mit Hilfe von zwei an sich bekannten Stabilisierungskreisen erzielt, enthaltend jeweils die Zenerdiode Z, bzw. Z₂ und den Widerstand A₁₇ bzw. Ä₎₈.
Eine Zenerdiode Z3 ist zu dem Emitter des Transistors Ti und zu dem Widerstand Ru parallelgeschaltet und hält im Zusammenwirken mit dem Widerstand Λ|₉ die Basis von T₉ auf einer gegenüber der stabilisierten negativen Spannung - VA konstanten Spannung. Somit wird der über den Widerstand Ki₂ fließende Strom und folglich auch die Summe der über die Transistoren Ti₀ und Tu fließenden Ströme auf einem konstanten Wert gehalten.
Die Basis des Transistors Ti₀ ist über einen

Widerstand Rt an den Eingangsanschluß 15 angeschlossen, an den die Signalspannung angelegt wird. Die Basis des Transistors Th ist an eine Stelle 33 angeschlossen, die für die Widerstände R\i und R» gemeinsam ist, die einen Spannungsteiler bilden, von dem ein Anschluß geerdet und der andere Anschluß an den den Motor 1 speisenden Anschluß 17 angeschlossen ist.

Wie nachstehend näher erläutert werden wird, wird auf diese Weise Rückkopplungswirkung erzielt

Wenn der Motor 1 stillsteht und über ihn kein Strom fließt, haben beide Stellen 17 und 35 Erdpotential (OV). Wenn außerdem der Eingangsanschluß 15 ebenfalls OV aufweist, müssen gleiche Ströme über die Transistoren Γιο und Tu fließen, und deshalb weisen die beiden Kollektoren, wenn Ru gleich Rw ist, die gleiche ,-, Spannung auf. Dieser Zustand wird erreicht, indem notfalls der veränderliche Widerstand An fein nachgestellt wird, um zufällige wesentliche Unterschiede in dem Transistorwiderstand auszugleichen. Jedoch werden diese Unterschiede im allgemeinen sehr klein sein, da die Transistoren so zusammengestellt sind, daß sie möglichst gleiche Kennlinien aufweisen.

Die Kollektorspannung von Γιο und Tu werden jeweils an die Basis der Transistoren Tn bzw. T_i3 vom entgegengesetzten Typ (PNP) angelegt, die den zweiten ₂·> Differentialverstärker bilden, indem ihre Emitter gemeinsam an den mit der stabilisierten positiven Spannung + VA gespeisten Widerstand Ais angeschlossen sind. Der Kollektor von Tn ist geerdet, während der Kollektor von Ti₃ fiber den Widerstand R\₆ an die stabilisierte negative Spannung — VA angeschlossen ist Dieser zweite Differentialverstärker wird durch die aus dem ersten Differentialverstärker kommenden Signale symmetrisch betrieben. Die Tatsache, daß für die beiden Verstärker Transistoren von einander entgegengesetzten Typen verwendet werden, hat zur Folge, daß durch Kompensation die Temperaturdriftwirkung erheblich verringert wird.

Der Kollektor von Γι 3 ist an die Basis des Transistors T» angeschlossen, dessen Emitter an die stabilisierte negative Spannung — VA angeschlossen ist, während sein Kollektor fiber den Widerstand Ä20 und die Diode D mit der stabilisierten positiven Spannung + VA gespeist wird

Diese Verstärkerstufe ist die letzte des Spannungs-Vorverstärkers und hat zwei Ausgänge bei 36 und 37, die in ihrer Spannung um den Spannungsabfall an der Diode D voneinander abweichen. Im Ruhezustand, d. h. beim Fehlen eines Signals, sind die Spannungen an den Ausgängen 36 und 37 gegenüber Erde symmetrisch, d. h. die erste ist knapp positiv und die andere knapp negativ.

Wenn an den Eingang 15 ein positives Signal angelegt wird, wird der Transistor Γιο stärker leitend und nimmt deshalb mehr Strom auf, wobei der über 7*π fließende Strom entsprechend abnimmt Die Spannung am Kollektor von Γιο und folglich an der Basis von Ti₂ nimmt ab, während die Spannung am Kollektor von Tu und folglich an der Basis von T_n zunimmt Der Widerstand von Ta und somit der Spannungsabfall an dem Emitter und Kollektor nimmt zu, während die _M Spannung an der Basis von Γ_Μ abnimmt.

Der über Tm fließende Strom nimmt ab, so daß die Spannungen an den Stellen 36 und 37 zunehmen. Selbstverständlich tritt beim Anlegen eines negativen Signals an den Eingang 15 das Gegenteil ein, so daß dann die Spannung an den Stellen 36 und 37 abnehmen.

Der Unterschied zwischen diesen Spannungen, der gleich dem Spannungsabfall an der Diode D ist, verändert sich praktisch nicht

Auf den vorstehend beschriebenen Spannungsvorverstärker folgt ein Stromverstärker, dessen erste Stufe aus zwei zueinander komplementären Transistoren Γ15 und Γι6 gebildet ist, von welchen der erste beispielsweise vom NPN-Typ und der zweite vom PNP-Typ ist Der Transistor Γ15 ist mit seinem Kollektor über den Widerstand Zf₂1 an die stabilisierte positive Spannung + VA angeschlossen, während sein Emitter an die Stelle 38 angeschlossen ist

Der Kollektor des Transistors Γ10 wird mit der stabilisierten negativen Spannung — VA unmittelbar gespeist, während der Emitter über den Widerstand Ä22 an die Stelle 38 angeschlossen ist

Die Spannungen der Stellen 36 und 37 werden jeweils an die Basis des Transistors Γ15 bzw. Tie in der Weise angelegt daß beim Fehlen eines Eingangssignals beide Transistoren sich in einem Zustand verringerter Leitfähigkeit d.h. nahe dem Sperrzustand, befinden. Wenn an dem Eingang 15 ein positiv js Signal angelegt wird, gehen beide Steilen 36 und 37 auf positive Spannung über.

Da die Transistoren Γι5 und Γιβ von einander entgegengesetzten Typen sind, wird der erstgenannte stärker 'eilend und der zweite schwächer leitend. Der Kollektor von Γ15 ist an die Basis des Transistors Γ17 angeschlossen, während der Emitter des Transistors Tu an die Basis des Tansistors Γιβ angeschlossen ist Die Transistoren Tn und Γιβ sind vom gleichen Typ PNP und bilden jeweils mit den Widerständen Rn und Λ24 bzw. Ä25 und Rx eine Verstärkerstufe, bei welcher jeder Transistor als »Emitterfolge« geschaltet ist und eine erhebliche Verstärkung des Ausgangsstromes bewirkt

Jeder der Transistoren Ti₇, Γ18 betreibt jeweils ein Paar Transistoren Tw und Tx bzw. Γ21 und Tn. Jeder dieser Transistoren mit den Widerständen Rv, Ris, R29, R30, am, R32, Rp, Λ34, Ä35, Rx, Ä37, Rx bildet einen Emitterfolgekreis. Der den Transistor Ti₉ enthaltende Kreis ist dem den Transistor T₂₀ enthaltenden Kreis parallelgeschaltet und beide Kreise werden mit der pos.iiven Spannung + V gespeist während der de η Transistor TJi enthaltende Kreis und der den Transistor Ta enthaltendende Kreis einander parallelgeschaltet sind und mit der negativen Spannung — V gespeist werden. Beim Fehlen eines Signals befinoen sich die vier Transistoren Γ19, T₂₀, 7« und Tn in einem schwach leitenden Zustand nahe dem Sperrzustand, so daß folglich nur ein verhältnismäßig schwacher Strom von dem Anschluß 33 aus fiber sie zu dem Anschluß 34 fließt, während die Stelle 38 Null-Spannung (Ό^aufweist.

Beim Auftreten eines positiven Signals am Eingang 15 wird die Basis des Transistors Ti₅ positiver und der Tranrrstor Γ15 stärker leitend, während die Basis des Transistors Γ₎₆ positiver wird und die Leitfähigkeit von TU abnimmt Folglbh wird die Stelle 38 positiv, was eine positive Zunahme der Spannung an der Stelle 35, d. h. an der Basis des Transistors Tu, bewirkt, so daß der Unterschied zwischen den über Γιο und Tu fließender. Strömen abnimmt

Somit wird eine negative Rückkopplungswirkung erzielt mit ihren bekannten Vorteilen hinsichMich der Stabilität und der Störungssignalunempfindlichkeit des Verstärkers.

Die Zunahme der leitfähigkeit von T₁₅ und die Abnahme der Leitfähigkeit von Γιβ bewirken die Abnahme der Basisspannung von Ti; bzw. die Zunahme der Basisspannung von Tie. Der erstgenannte (Tr) wird somit stärker leitend, während der letztgenannte (Tw)

schwächer leitend wird. Unter diesen Umständen bewirkt die verringerte Spannung am Emitter von 7W die Zunahme der Leitfähigkeit von Ti₉ und T₂₀, während die verringerte Leitfähigkeit von Ti₈ die Abnahme der Leitfähigkeit von T_2x und Tu bewirkt, so daß T\₉ und T₂₀ nunmehr einen stärkeren positiven Strom und T₂₎ und T₂₂ einen schwächeren negativen Strom dem Anschluß 17 zuführt.

Als Folge erhält der an dem Anschluß 17 liegende Motor 1 einen positiven Strom und wird somit, wie erforderlich, beschleunigt. Im gegenteiligen Fall, d. h. beim Anlegen eines negativen Signals an den Anschluß 17, wird dem Motor ein negativer Strom mit Bremswirkung zugeführt.

Es sei bemerkt, daß der Anschluß 17 unmittelbar mit der Stelle 38 verbunden ist und daß demzufolge die Speisespannung in den auf die Stufe aus zueinander komplementären Transistoren (Tu und Ti₆) folgenden Stromverstärkungsstufen nicht stabilisiert zu werden braucht. Die, wie beschrieben, mit Hilfe der Zenerdioden Z\ und Z₂ und den Widerstände Rm und R\% erzielte Stabilisierung der Spannung an den Stellen 31 und 32 gewährleistet, daß die Spannung an der Stelle 38 lediglich durch das Signal am Eingang 15 und nicht durch die zufällige Schwankung der Speisespannung + Vund - Vbeeinträchtigt wird.

Somit können die möglichen Schwankungen der die nachfolgenden Stufen speisenden, nicht stabilisierten Spannung auf die den Motor 1 speisende Spannung an der Stelle 17 keinen Einfluß haben. Da der zum Speisen der Stufe aus den zueinander komplementären Transistoren 7"i5 und Tif, und der vorangehenden Stufe benötigte Strom erheblich schwächer ist als der zum Speisen der nachfolgenden Leistungsstufen benötigte Strom, wird eine beachtliche Einsparung an Kosten und Abmessungen der Einzelteile für den Stabilisierungskreis gegenüber denen erzielt, die notwendig sind zum Stabilisieren der durch die Speisungseinheiten an den Anschlüssen 33 und 34 gelieferten Spannungen + Vund -V.

Mit der Ausführung nach Fig.2 laßt sich ein zufriedenstellendes Ergebnis bei noch. geringeren Kosten der Stabilisierungsbestandteile erreichen.

Diese Ausführung weicht von der nach Fig. 1 darin ab, daß auch die Speisespannung für die zueinander komplementären Transistoren T^ und T\f, nicht stabilisiert ist, sondern nur die Speisespannung für die vorangehenden Stufen. Mit Hilfe dieser Ausführungen sind die durch die Widerstände R*o und Ra\ sowie durch die Zenerdiode Z₄ und Z₅ erzielten stabilisierten Spannungen + VA und — VA an den Stellen 40 und 41 vorhanden, wäliieiiu an den Siciicfi 3ί uriu « uiC niCnt stabilisierten Spannungen + Vund — Vvorhanden sind.

Der zu stabilisierende Strom wird weiter verringert, so daß sich daraus eine zusätzliche Kostensparung ergibt. In diesem Fall sind die Spannungen an den Stellen 36 und 37 und somit die jeweils an die Basis der Transistoren Γ₎₅ und T₁₆ angelegten Spannungen von den zufälligen Schwankungen der Spannungen + Vund — Vunabhängig.

Die Auswirkung einer solchen Schwankung auf die Spannung an der Stelle 38 ist jedoch, obwohl sie theoretisch nicht Null ist, völlig vernachlässigbar. Sie wird nämlich durch Einwirkung der Veränderungen in dem infolge dieser Spannungsschwankung über die Basis-Emitter-Verbindungen der Transistoren Tis und T₁₆ fließenden Strom auf die Veränderungen in Spannungsabfall an diesen Verbindungen verringert.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Doppelseitig gerichteter Verstärker xum Steuern von Gleichstrommotoren in beiden Dreh-Richtungen, der von einer ersten und einer zweiten Energiequelle mit der gleichen Amplitude und entgegengesetzten Polaritäten mit Bezug auf das Erdpotential gespeist wird und einen Spannungs-Vorverstärker und eine Leistungsstufe aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsvorverstärker (T9— T14) von einer ersten und einer zweiten stabilisierten Spannungsquelle (+ VA, — VA) mit gleicher Amplitude und entgegengesetzter Polarität über Spannungseingangsanschlüsse (31, 32 in F i g. 1; 40, 41 in Fi g. 2) gespeist ist und mit zwei Ausgangsanschlüssen (36,37) versehen ist, die über eine vorgespannte Diode (D) zum Liefern von zwei Ausgangssignalen verbunden sind, die ein Spannungsniveau besitzen, das um den konstanten Spannungsabiall Längs der der Diode differiert, und daß die Leistungsstufe ein doppelseitig gerichteter Stromverstärker (Π5—Τ22) ist, der von eiiner ersten und einer zweiten unstabilisierten Spannungsquelle (+V, — V) mit engegengesetzter Polarität über Spannungseingangsanschlüsse (33,34) gespeist ist, und zwei mit den Ausgangsanschlüssen (36, 37) des Vorverstärkers verbundene Eingangsanschlüsse aufweist, wobei eine erste Emitterfolgestufe einen ersten Transistor (TiS) des NPN-Typs, dessen Basis an einen der Eingangsanschlüsse (33) angeschlossen ist, dessen Kollektor mit einer positiven Spannung (+VA oder + V) übt/ einen ersten Widerstand (R 21) und dessen Emitter an den Ausgangsanschluß (38-17) dieses Stromverstärkers T15-T22) angeschlossen ist, und einen zweiten Transistor (T 16) des PNP-Typs hat, dessen Emitter über einen Widerstand (R 22) an denselben Ausgangsanschluß (38-17). dessen Basis an den anderen (37) der Eingangiianschlüsse und dessen Kollektor an eine negative Speisespannung (— VA oder — V) angeschlossen ist, wobei der doppelseitig gerichtete Stromverstärker weiterhin Leistungsstufen (T 19— Γ22) aufweist, die aus zwei Gleichstrom-Verstärkern mit einer oder mehreren in Kaskade geschalteten Emitterfolgestufen bestehen, wobei die eine (Ti7, T19, T20) der Leistungsstufen zwischen die positive unstabilisierte Spannungsquelle (+V) und den Ausgangsanschluß (17) geschaltet ist und durch die Spannung am Kollektor des ersten Transistors (T 15) ausgesteuert ist und wobei die andere (T 18, T21, Γ22) der Leistungsstufen zwischen die negative unstabilisierte Spannungsquelle (—V) und den Ausgangiianschluß (17) geschaltet ist und durch die Spannung am Emitter des zweiten Transistors (TiS) angesteuert ist

2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisespannung (+ VA, — VA) für die erste Stufe (T 15, T16) des Stromverstärkers stabilisiert sind.