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Anordnung zur Steuerung von Schalttransistoren
Die nachstehende Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Steuerung von Schalttransistoren in Abhängigkeit vom Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines bzw. des einen oder andem Eingangssignals.
Es ist bekannt, elektrische Steuer- und Regelsysteme mit Schalttransistoren zu betreiben. In derartigen Systemen sollen häufig z. B. zwei voneinander abhängig zu schaltende Transistoren derart arbeiten, dass beim Nichtvorhandensein eines Steuersignals der eine Schalttransistor sperrt und der andere stromführend ist, beim Vorhandensein eines ändern Steuersignals dagegen beide Schalttransistoren ihre Betriebszustände ändern.
Weiterhin ist es oft wünschenswert, ein Steuersystem mit drei verschiedenen voneinander abhängigen Betriebszuständen über zwei getrennte Steuereingänge derart zu betreiben, dass jeweils immer nur einer der drei Schalttransistoren stromführend ist, je nachdem, ob das eine oder das andere Steuersignal oder keines von beiden vorhanden ist. Als einfaches Beispiel einer derartigen Dreipunktsteuerung sei ein Wech- selspannungsumkehrantrieb z. B. für einen Ferrarismotor genannt, der für seine beidenDrehrichtungen zwei Wechselspannungen mit 90 bzw. 2700 Phasenverschiebung gegeneinander benötigt und ausserdem noch kurzgeschlossen werden soll.
Diese Aufgaben lassen sich mit einer Anordnung zur Steuerung von Schalttransistoren in Abhängigkeit vom Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines bzw. des einen oder ändern Eingangssignals nach der Erfindung lösen, die gekennzeichnet ist durch die Parallelschaltung eines oder mehrerer mit je einem Widerstand in Reihe liegender von den Eingangssignalspannungen beaufschlagter Steuertransistoren und eines mit ebenfalls einem Widerstand in Reihe liegenden Elementes mit nichtlinearer Kennlinie und ausgeprägtem Schwellwert, dessen Schwellspannung wesentlich grösser als der Spannungsabfall der Emitterkollektorstrecken der Steuertransistoren im leitenden, aber wesentlich kleiner als im gesperrten Zustand ist, an der die Steuerspannung für die Schalttransistoren liegt,
die je nach dem Zustand der Steuertransistoren über den einen oder den andern der Widerstände die Schalttransistoren beaufschlagt. Diese Anordnung dient gleichzeitig als Zwischenverstärker für Schalttransistoren, wobei diese sowohl Wechselströme als auch Gleichströme schalten können.
Als Elemente mit nichtlinearer Kennlinie sind Halbleiterdioden, Zenerdioden, vorgespannte Dioden, nichtlineare Widerstände u. dgl. geeignet, die einen grossen Schwellwert haben. Auch ein aus mehreren Platten bestehender Selengleichrichter kann verwendet werden. Zusätzlich kann man noch die Richtwirkung der Halbleiterdioden ausnutzen, beispielsweise im Hinblick auf etwaige Rückströme in den Basiskreisen der Schalttransistoren.
Die Erfindung sei an Hand von Zeichnungen näher erläutert. Fig. 1 zeigt eine Schaltung mit zwei voneinander abhängig über einen Steuertransistor gesteuerte Schalttransistoren. Fig. 2 bringt eine Erweiterung des Prinzips auf ein Steuersystem mit drei voneinander abhängig zu schaltenden Transistoren, wobei die Schalttransistoren in getrennten Schaltkreisen liegen. Fig. 3 enthält eine Anordnung mit drei Schalttransistoren, die in einem gemeinsamen Schaltkreis liegen können. Das Element mit nichtlinearer Kennlinie ist in allen Fällen als Halbleiterdiode gezeichnet.
In Fig. 1 sind mit 1 der Steuertransistor, mit 2'und 3 die an den Ausgangsklemmen 10 und 11 der Steuerschaltung antiparallel liegenden Schalttransistoren bezeichnet. Diese Schalttransistoren steuern den
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von den Wechsel- oder Gleichstromquellen 51 und 52 ausgehenden Stromfluss über die den Verbraucher darstellenden Widerstände 41 und 42, die in ihrem Emitterkollektorkreis liegen. Die Steuerspannung für die Schalttransistoren wird den Klemmern 4 (+) und 5 (-) zugeführt, die EingangssignalspannungU t steht an den Klemmen 4 (+) und 6 (-) an.
Parallel zu Steuertransistor 1 und Widerstand 8 sind die Halbleiterdiode 12 und der Widerstand 9 geschaltet. Über den Widerstand 13 ist die Parallelschaltung, die statt zweier getrennter Widerstände auch einen Widerstand mit Mittelanzapfung besitzen kann, an die Klemme 5 geführt.
Wesentlich ist, dass die Halbleiterdiode 12 eine hohe Schwellspannung hat, so dass ihr Widerstand wesentlich grösser als der Innenwiderstand der Emitterkollektorstrecke des Steuertransistors l im stromführenden Zustand ist. Die Schaltung nach der Fig. 1 arbeitet wie folgt :
Liegt an den Klemmen 4 und 6 keine Eingangssignalspannung, so ist der Steuertransistor 1 stromsperrend, und der Strom fliesst von Klemme 4 über Halbleiterdiode 12 und die Widerstände 9 und 13 zur negativen Spannungsklemme 5. Dabei wird an den Ausgangsklemmen 10 und 11 eine dem Spannungsabfall am Widerstand 9 entsprechende Spannung U A erzeugt, die derart gerichtet ist, dass der Schalttransistor 2 stromführend, der Schalttransistor 3 dagegen stromsperrend wirkt.
Wird nun an die Eingangsklemmen 4 und 6 und damit an Basis und Emitter von Steuertransistor 1 eine Eingangssignalspannung USt gelegt, so wird der Steuertransistor 1 stromführend. Da erfindungsgemäss sein Innenwiderstand in diesem Zustand wesentlich kleiner als der Innenwiderstand der Halbleiterdiode 12 ist, fliesst der Strom nun von der Klemme 4 über Steuertransistor 1 und die Widerstände 8 und 13 zur Klemme 5. Damit tritt an den Ausgangsklemmen 10 und 11 eine gegenüber dem zuerst betrachteten Fall umgekehrt gerichtete Spannung auf, die bewirkt, dass sich die Betriebszustände beider Schalttransistoren 2 und 3 ändern.
Die den Steuertransistor 1 steuernde Eingangssignalspannung kann entweder eine Fremdspannung mit sprungartigem Anstieg sein, wie es durch Gleichspannungsquelle 14 und durch Schalter 15 angedeutet ist.
Natürlich kann auch jede andere Spannung das Eingangssignal darstellen.
Eine Erweiterung der Anordnung nach der Erfindung zeigt die Schaltung nach Fig. 2. Mit 18 und 19 sind die Steuertransistoren, mit 27,28 und 29 die Schalttransistoren bezeichnet, die zwischen den Ausgangsklemmen 23-26 liegen. Diese Schalttransistoren steuern wiederum den von den Wechsel- oder Gleichstromquellen 53,54 und 55 ausgehenden Stromfluss über die den Verbraucher darstellenden Widerstände 43-45, die in ihrem Emitterkollektorkreis liegen. Die zur Steuerung der Betriebszustände der Schalttransistoren 27-29 erforderlichen Spannungen werden wechselseitig an den Widerständen 20, 21 oder 22 abgegriffen, die in Parallelkreisen mit den Steuertransistoren bzw. der Halbleiterdiode 12 in Reihe liegen. Die Parallelkreise liegen über die Klemmen 4 und 5 an einer die Steuerspannung liefernden nicht dargestellten Spannungsquelle.
Die EingangssignalspannungenUcundUg werden den Klemmen 4 (+) und 16 (-) bzw. 4 (+) und 17 (-) zugeführt.
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12 und die Widerstände 22 und 13 zur Klemme 5, da in diesem Fall beide Steuertransistoren 18 und 19 gesperrt sind. Die an den Ausgangsklemmen25 und26 auftretende dem Spannungsabfall am Widerstand 22 entsprechende Spannung lässt den Schalttransistor 28 stromführend werden, während die andern beiden Schalttransistoren 27 und 29 wegen des Fehlens einer Emitter-Basisspannung sperren.
Erscheint eine Eingangssignalspannung USr1 an den Klemmen 4 und 16, so wird der Steuertransistor 18 stromführend und übernimmt, da der Innenwiderstand der Halbleiterdiode 12 wieder viel grösser als der der Emitterkollektorstrecke von Steuertransistor 18 ist, praktisch den vollen Strom, der nun über die Widerstände 20 und 13 fliesst. Somit verschwindet die Spannung an den Klemmen 25 und 26, und es tritt nun eine dem Spannungsabfall am Widerstand 20 entsprechende Spannung an den Klemmen 26 und 23 auf, die den Schalttransistor 27 in den stromführenden Zustand bringt, während nunmehr die Schalttransistoren 28 und 24 sperren.
In analoger Weise wird der Schalttransistor 29 stromführend, wenn eine Eingangssignalspannung U an den Klemmen 4 und 17 erscheint, da dann der Strom über den Steuertransistor 19 und den Widerstand 21 fliesst, so dass jetzt ein Spannungsabfall an den Klemmen 26 und 24 auftritt.
Da der im Augenblick des Einschaltens bzw. Abschaltens der Eingangssignalspannungen an den Widerständen 20, 21 bzw. 22 erzeugte Spannungsabfall bei unmittelbar danach einsetzendem Stromfluss durch die parallelliegenden Emitter-Basisstrecken der Schalttransistoren verringert wird, sind die Widerstände 20, 21 und 22 derart zu bemessen, dass sie während des stromführenden Betriebszustandes der ihnen zugeordneten Schalttransistoren die zur Aufrechterhaltung dieses Betriebszustandes erforderlichen Steuerspannungsabfälle erzeugen.
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Die Schaltung nach Fig. 2 ist immer dann anwendbar, wenn die Schalttransistoren 27-29 in getrennten Schaltkreisen arbeiten, also die Kollektoren nicht galvanisch verbunden sind. Sollen dagegen die Schalttransistoren in einem gemeinsamen Schaltwerk betrieben werden, so lässt sich in Weiterbildung des Erfindungsgedankens die etwas veränderte Schaltung nach Fig. 3 anwenden. Hiebei liegen alle drei Schalttransistoren an einem gemeinsamen Emitterpotential, und auch die Kollektoren können galvanisch verbunden sein. Sie steuern wiederum den von der Wechsel-oder Gleichstromquelle 56 ausgehenden Stromfluss über die den Verbraucher darstellenden Widerstände 46-48, die in ihrem Emitterkollektorkreis liegen.
Die der Schaltung nach Fig. 2 entsprechenden Elemente sind mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet. Der Unterschied gegenüber der Schaltung nach Fig. 2 besteht darin, dass die Steuertransistoren 18 und 19 kollektorseitig verbunden sind und über den Widerstand 30 an der negativen Potentialklemme 5 liegen, während ihre Basen über die Widerstände 31 und 32 an die negativen Klemmen 16 bzw. 17 für die Eingangssignalspannungen USt1 bzw. UStz geführt sind. Die positiven Eingangssignalspannungsklemmen sind mit 33 und 34 bezeichnet. Um ausserdem den Sperrzustand der Steuertransistoren 18 und 19 beim Fehlen eines Eingangssignals zu stabilisieren, sind ihre Basen über die Widerstände 35 und 36 auf Emitterpotential gebracht. Gleichzeitig werden durch diese Massnahme Temperatureffekte eliminiert.
Die Schaltung arbeitet völlig analog der Fig. 2. Beim Fehlen von Eingangssignalen tritt ein Spannungsabfall am Widerstand 22 auf ; dadurch wird der Schalttransistor 28 stromführend. Ist dagegen eine Eingangssignalspannung Use bzw.Ug vorhanden, wird durch die am Widerstand 20 bzw. 21 anstehende Spannung Schalttransistor 27 bzw. 29 stromführend.
Ohne Verwendung von Fremdspannung können die Eingangssignalspannungen durch Verbindung der Klemme 5 mit negativem Potential mit der Basis der Steuertransistoren 18 bzw. 19 über Schalter erzeugt werden.
Weiter können in den beschriebenen Anordnungen durch den jeweils an einem der Widerstände auftre- tenden Spannungsabfall an Stelle je eines Sc1ialttransistors auch gleichzeitig mehrere mit ihren EmitterBasisstrecken parallelgeschaltete Schalttransistoren gleichzeitig beeinflusst werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Anordnung zur Steuerung von Schalttransistoren in Abhängigkeit vom Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines bzw. des einen oder andern Eingangssignals, gekennzeichnet durch eine Parallelschaltung eines oder mehrerer mit je einem Widerstand in Reihe liegender von den Eingangssignalspannungen beaufschlagter Steuertransistoren und eines mit ebenfalls einem Widerstand in Reihe liegenden Elementes mit nichtlinearer Kennlinie und ausgeprägtem Schwellwert, dessen Schwellspannung wesentlich grösser als der Spannungsabfall der Emitterkollektorstrecken der Steuertransistoren, im leitenden, aber wesentlich kleiner als im gesperrten Zustand ist, an der die Steuerspannung für die Schalttransistoren liegt, die je nach dem Zustand der Steuertransistoren über den einen oder den andern der Widerstände die Schalttransistoren beaufschlagt.