Schaltung zur kurzzeitigen Erhöhung einer geregelten Betriebsspannung beim Einschalten und bei Spannungseinbrüchen

Abstract

 Diese Schaltung ist insbesondere zur kurzzeitigen Erhöhung der Versorgungsspannung eines Gunnoszillators vorgesehen. Gunnos­zillatoren besitzen nämlich die Anfälligkeit, bei höheren, nicht gewünschten Frequenzen zu schwingen. Zum sicheren Anschwingen bei tiefen Temperaturen ist eine bestimmte Spannungsreserve er­forderlich. Eine entsprechend hohe Spannung erhöht jedoch die Verlustleistung des Gunnelements, was zugleich zu einer Vermin­derung seiner Lebensdauer führt.
Zur Lösung dieser Probleme sieht die Erfindung eine Schaltung mit einem Spannungsregler vor, zu dem eingangsseitig ein Zeit­glied parallel angeschaltet ist, dessen Ausgangssignal einem Schaltelement zugeführt wird. Zwischen Schaltelement und Aus­gang des Spannungsreglers ist ein Kondensator zur Erzielung der gewünschten Spannungserhöhung eingeschaltet, dessen Spannung als eine um eine einstellbare Zeit verschobene Spannungsspitze über das Schaltelement der Ausgangsspannung des Spannungsreg­lers überlagert wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zur kurzzeitigen Erhöhung einer geregelten Betriebsspannung beim Einschalten und bei Spannungseinbrüchen, insbesondere der Versorgungsspannung eines Gunnoszillators.

[0002] Gunnoszillatoren besitzen die Anfälligkeit, bei höheren, nicht gewünschten Frequenzen zu schwingen. Es ist eine bestimmte Spannungsreserve zum sicheren Anschwingen bei tiefen Temperatu­ren erforderlich. Eine entsprechend hohe Spannung erhöht jedoch die Verlustleistung des Gunnelements, was zugleich zu einer Ver­minderung seiner Lebensdauer führt.

[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung zu schaffen, mit der die vorstehend genannten Probleme gelöst wer­den, d. h. die Spannungsreserve zum sicheren Anschwingen bei tiefen Temperaturen und/oder begrenzter Betriebsspannung er­höht, die Schwinganfälligkeit von Gunnoszillatoren bei den un­erwünschten höheren Frequenzen und die Verlustleistung eines Gunnelements reduziert sowie seine Lebensdauer erhöht werden.

[0004] Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit einer Schaltung ge­löst, die einen Spannungsregler enthält, zu dem eingangsseitig ein Zeitglied parallel angeschaltet ist, dessen Ausgangssignal einem Schaltelement zugeführt wird, und die ferner einen Konden­sator zwischen Schaltelement und Ausgang des Spannungsreglers enthält zur Erzielung der gewünschten Spannungserhöhung, dessen Spannung als eine um eine einstellbare Zeit verschobene Span­nungsspitze über das Schaltelement der Ausgangsspannung des Spannungsreglers überlagert wird.

[0005] Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Schaltung für einen Gunn­oszillator, die nach dem Einschalten der Gunnversorgungsspan­nung eine um eine einstellbare Zeit verschobene, in ihrer Höhe innerhalb bestimmter Grenzen wählbare Spannungsspitze erzeugt, wird die Differenz zwischen der Gunnbetriebs- und Anschwing­spannung deutlich erhöht und dadurch das Anschwingen des Oszil­lators besonders bei tiefen Temperaturen sicherer. Die Gunndi­ode kann somit an einer reduzierten Spannung betrieben werden.

[0006] Beim Einschwingen der Gunnspannung nach dem Einschalten durch­läuft der Arbeitsbereich einer Gunndiode von hohen Frequenzen kommend einen großen Frequenzbereich. Ein Rasten der Gunndiode auf ungewollten Resonanzstellen wird vermieden durch eine solche kurzzeitige Erhöhung der Gunnspannung, so daß der Arbeitsbereich der Diode unterhalb der Sollfrequenz liegt. Damit wird die An­fälligkeit von Gunnoszillatoren, bei höheren, nicht gewünschten Frequenzen zu schwingen, deutlich reduziert, ohne die Nachteile einer konstant höheren Gunnspannung oder der Verwendung einer Gunndiode für tiefere Frequenzen zu erhalten. Ferner wird durch die Möglichkeit, die Gunndiode an einer reduzierten Spannung zu betreiben, die Verlustleistung und damit die Kristalltemperatur gesenkt und die Lebensdauer der Gunndiode erhöht, ohne auf die Spannungsreserve zum Anschwingen zu verzichten.

[0007] Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungs­gegenstandes sind in den Unteransprüchen angegeben.

[0008] Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

[0009] Es zeigen

Fig. 1 eine Schaltung im Blockschaltbild und

Fig. 2 in einer grafischen Darstellung den Spannungsverlauf an verschiedenen Punkten der Schaltung.

[0010] Die Schaltung enthält im Längszweig einen Spannungsregler 1, an dem die Eingangsspannung Ue als Betriebsspannung anliegt. Die Ausgangsspannung des Spannungsreglers 1 ist mit Ua bezeichnet, die hinter einer im Ausgangskreis des Spannungsreglers liegen­den Drossel Dr mit Ua′. Dem Spannungsregler 1 ist eingangssei­tig ein paralleler Leitungszweig angeschaltet, der ein Zeitglied mit einem Komparator 2 und ein an dessen Ausgang angeschaltetes, aus einem Transistor Tr bestehendes Schaltelement enthält. Der Komparator besitzt zwei Eingänge X und Y. Der Eingang X ist mit dem Verbindungspunkt eines an der Betriebsspannung liegenden Spannungsteilers aus einem Widerstand R2 und einer Zenerdiode D1 verbunden, der Eingang Y mit dem Verbindungspunkt eines an der Betriebsspannung liegenden Spannungsteilers aus einem Wider­stand R1 und einem Kondensator C4. Zwischen diesem Verbindungs­punkt und der Betriebsspannungsquelle ist ferner eine Diode D3 eingeschaltet (strichliert gezeichnet). Der Komparatorausgang ist über einen Kondensator C mit dem Gate-Anschluß des aus ei­nem Feldeffekttransistor Tr bestehenden Schaltelements verbun­den. Dessen Drain-Anschluß ist an den vor der Drossel liegenden Ausgang des Spannungsreglers 1 geführt. Ein an den Source-An­schluß des Transistors Tr angeschalteter Kondensator C3 ist mit dem hinter der Drossel Dr liegenden Ausgang des Spannungsreg­lers 1 und über eine Diode D2 mit dem Drain-Anschluß und damit zugleich auch mit dem vor der Drossel Dr liegenden Ausgang des Spannungsreglers 1 verbunden. An den Ausgang des Spannungsreg­lers 1 ist vor und hinter der Drossel Dr jeweils ein Querzweig mit einem Kondensator C1 bzw. C2 angeschaltet. Der zur Dros­sel Dr parallelliegende, strichliert gezeichnete Widerstand R kann anstelle der Drossel Dr in den Entladekreis des Kondensa­tors C3 geschaltet werden.

[0011] Die Funktion dieser Schaltung wird nachstehend unter jeweiliger Berücksichtigung der in Fig. 2 gezeichneten Spannungsverläufe der Eingangs- und Ausgangsspannung Ue, Ua und Ua′ des Spannungs­reglers 1 sowie der Spannungen U_C4 und U_D1 am Kondensator C4 und der Zenerdiode D1 erläutert.

[0012] Die am Eingang des Spannungsreglers 1 anliegende Betriebsspan­nung (Eingangsspannung Ue) hat den in Fig. 2 gezeigten Verlauf, indem sie nämlich nach dem Einschaltvorgang innerhalb einer be­stimmten Zeit nach einem etwa e-Funktionsverlauf den Endwert erreicht. Nach dem Einschwingen des Spannungsreglers 1 sind die Kondensatoren C1 im ausgangsseitige Querzweig des Spannungsreg­lers 1 und C3 im Sourcekreis des Transistors Tr auf die Ausgangs­spannung Ua aufgeladen. Der Kondensator C1 als Speicher am Aus­gang des Spannungsreglers 1 ist vorgesehen, um eine Reduzierung der Amplitude der gewünschten Spannungsspitze durch den Span­nungsregler zu vermeiden. Die Spannung Ua am Ausgang des Span­nungsreglers vor der Drossel, die der Spannung am Kondensator C1 entspricht, ist dabei niedriger als die Eingangsspannung Ue, wie dies aus Fig. 2 erkennbar ist. Der Verlauf der Ausgangsspan­nung Ua′ am Ausgang des Spannungsreglers hinter der Drossel ent­spricht im ersten Bereich dem der Spannung am Kondensator C1 (vgl. den strichliert eingezeichneten Spannungsverlauf von Ua′ in Fig. 2) und geht dann in die kurzzeitige Spannungsspitze über, die sich durch die Überlagerung der Spannung an Kondensa­tor C1 mit der am Kondensator C3 ergibt.

[0013] Diese Überlagerung der beiden Spannungen erfolgt dann, wenn nach Erreichen gleicher Eingangsspannungen an den Eingängen X und Y des Komparators 2, d. h. bei Gleichheit der anliegenden Spannungen U_C4 und U_D1 der Komparator 2 den Transistor Tr so steuert, daß dieser in Durchgangsstellung geschaltet wird. Der Transistor läßt sich selbstverständlich auch durch ein entspre­chendes Element mit Schalterfunktion, beispielsweise ein Relais ersetzen. Die Durchbruchspannung der Zenerdiode D1 ist so ge­wählt, daß sie kleiner ist als die Eingangsspannung Ue und grö­ßer als die Spannung, die beim Senken der Gunnversorgungsspan­nung zum Abriß der Schwingung führt. Mit dem Ohmschen Wider­stand R1 und dem Kondensator C4 des Spannungsteilers am Ein­gang Y des Komparators 2 muß eine Zeit bis zum Erreichen der Schaltschwelle des Komparators eingestellt werden, die größer ist als die Aufladezeit der Kondensatoren C3 und C1. Damit wird sichergestellt, daß die Kondensatoren C3 und C1 bereits aufge­laden sind, bevor der Komparatorausgang den Transistor durch­schaltet und sich die Spannung U_C3 den Kondensator C3 der Aus­gangsspannung Ua am Kondensator C1 überlagert. Durch Variation der Kapazitätswerte der Kondensatoren C1, C2 und C3 läßt sich die Amplitude der Spannungsspitze einstellen. Die Diode D3 zwischen dem Verbindungspunkt des Spannungsteilers R1/C4 und dem Schaltungseingang dient zum schnellen Entladen des Konden­sators C4 bei Einbrüchen der Versorgungsspannung Ue. Damit wird erreicht, daß wieder ein definierter Einschaltzeitpunkt für die Versorgungsspannung erreicht wird.

[0014] Die vorstehend beschriebene Schaltung ist mit einem Spannungs­regler realisiert, wobei der Regler Ausdruck für eine stabile Spannung einer Spannungsquelle ist. Wesentlich ist dabei jedoch lediglich der Umstand, daß einer stabilen Spannung über ein ent­sprechendes Zeitelement kurzzeitig eine zweite Spannung aufge­schaltet wird.

Ansprüche

1. Schaltung zur kurzzeitigen Erhöhung einer geregelten Be­triebsspannung beim Einschalten und bei Spannungseinbrüchen, insbesondere der Versorgungsspannung eines Gunnoszillators, gekennzeichnet durch einen Spannungsregler, zu dem eingangsseitig ein Zeitglied parallel angeschaltet ist,
dessen Ausgangssignal einem Schaltelement zugeführt wird, und ferner durch einen Kondensator zwischen Schaltelement und Aus­gang des Spannungsreglers zur Erzielung der gewünschten Span­nungserhöhung dessen Spannung als eine um eine einstellbare Zeit verschobene Spannungsspitze über das Schaltelement der Aus­gangsspannung des Spannungsreglers überlagert wird.

2. Schaltung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitglied aus einem Komparator mit zwei Eingängen besteht, an dessen einem Eingang die Teilspannung eines aus einem ohmschen Widerstand und einer Kapazität bestehenden Spannungsteilers und an dessen an­deren Eingang eine durch eine Zenerdiode einstellbare Spannung anliegt und deren bei Spannungsgleichheit gebildetes Ausgangs­signal das Schaltelement in Durchgangsstellung schaltet.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitkon­stante des Zeitgliedes so bemessen ist, daß die Zeit bis zum Erreichen der Schaltschwelle größer ist als die Aufladezeit des Kondensators zwischen Schaltelement und Ausgang des Spannungs­reglers sowie eines weiteren Kondensators am Ausgang des Span­nungsreglers.

4. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltele­ment aus einem Transistor besteht.

5. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Verbindungspunkten des Spannungsteilers und die Anschlußklemme der Betriebsspannung eine Diode eingeschaltet ist.

Zeichnung