Anzeigegerät für Überspannungen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Anzeigegerät für zu hohe, insbesondere kurzseitig auftretende, Spannungen, wobei im Anzeigegerät Halbleiter verwendet werden.
Zur Vereinfachung der Darstellung soll in dieser Beschreibung statt überspannung und/oder über- strom der Ausdruck überspannung im im Sinne dieses doppelten Ausdruckes allein verwendet werden.
In elektrischen Anordnungen, die Halbleiter oder auch andere Bauteile mit einer vorgeschriebenen oberen Grenze für Spannung und Strom umfassen, muss das Auftreten von überspannungen angezeigt werden, damit die Überspannungen beseitigt werden oder die Anordnungen so abgeändert werden können, dass die Gefahr eines Schadens an den Bauteilen vermieden wird.
Solche Überspannungen können für eine Zeitdauer auftreten, die kleiner ist als eine Mikrosekunde, so dass die Anzeige und Messung durch ein Oszilloskop schwierig und unzuverlässig werden kann. Für die Anzeige so kurzer Überspannungen können wohl gasgefüllte Triggerröhren verwendet werden, doch ist das Triggerniveau (Ansprechniveau) dieser Röhren abhängig von der Dauer der Überspannung, so dass die Eichung des Anzeigers schwierig und das erhaltene Ergebnis unzuverlässig ist.
Es kann auch eine transistorisierte Multivibratorschaltung verwendet werden, um eine Überspannung der angegebenen Zeitdauer zu erfassen, wobei die Schaltung so ausgebildet ist dass sie beim Auftreten einer Überspannung vorbestimmter Grösse von einem Zustand in den andern geschaltet wird, doch ist die Ansprechgeschwindigkeit einer solchen Schaltung durch die Transistoren beschränkt und eine Pufferstufe, die dabei notwendig wird, um den Eingang vom Multivibrator zu trennen, verringert zusätzlich die Ansprechempfindlichkeit des Anzeigegerätes, wenn kurze Impulse oder Uberspan- nungen kurzer Dauer an den Eingang angelegt werden
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist ein Überspannungs-Anzeiggerät, das Überspannungen zuverlässig anzeigt, wobei z.
B. die Amplitude der dabei auftretenden Stromimpulse unterhalb von 100 Mikro-Ampere liegen kann und deren Zeitdauer wenige Nano Sekunden betragen mag.
Das Anzeigegerät für Überspannungen ist gekennzeichnet durch einen bei Abwesenheit einer Uberspan- nung nichtleitenden Transistor mit einem Basis-Emitter-Kreis, der eine Tunneldiode enthält, und Mittel für die Anzeige und/oder Messung, die auf das Auftreten eines Kollektorstromes im Transistor ansprechen, und einen Eingangskreis, der an der Tunneldiode liegt und Gleichrichtemittel besitzt, die dahin wirken, dass, beim Eintreffen von Überspannungen verschiedener Polarität an den Eingangsklemmen, an der Tunneldiode nur einseitig gerichtete Spannungen auftreten können.
Die Mittel für die Anzeige und/oder Messung können mit dem Kollektorkreis oder Emitterkreis des Transistors verbunden sein.
Die Gleichrichtemittel können in einfacher Weise aus einem Paar Halbwellengleichrichter bestehen, die mit einander entgegengesetzter Polung zwischen eine Eingangsklemme des Eingangskreises, an den die Überspannungen engegengesetzter Polarität angelegt werden können, und die beiden Anschlussenden der Tunneldiode angeschlossen sind. Solch ein Anzeigegerät ist nützlich für die Anzeige von überspannungen einer einzigen Polarität.
Die Anzeige von Überspannungen beider Polaritäten kann z. B. dadurch erreicht werden, dass ein Brückenkreis, der den Eingangskreis bildet und dessen Ausgangsklemmen an die beiden Anschlussklemmen der Tunneldiode angeschlossen sind, Gleichrichtemittel umfasst, sodass an die einzelnen Anschlussklemmen der Tunneldiode unabhängig von der Pola- rität an den Eingangsklemmen des Brückenkreises jeweils die gleiche Polarität geführt wird.
Das obige Anzeigegerät kann gewünschtenfalls eine Anzahl in Serie geschalteter Tunneldioden im Basis-Emitter-Kreis des Transistors umfassen, so dass die Grösse der eintreffenden überspannungen, die an den Eingangskreis angelegt werden, in Abhängigkeit von der Änderung des Zustandes von einer oder mehr Tunneldioden gemessen und/oder angezeigt werden kann. Wenn mehrere Tunneldioden verwendet werden, um eine Unterscheidung der Grösse der überspannungen zu erreichen, wird der Eingangskreis des Anzeigegerätes Vorzugsweise an alle Dioden angeschlossen.
Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in der beiliegenden Zeichung veranschaulicht und werden an Hand dieser Zeichnung nachfolgend beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 die Schaltung eines Uberspannungs-Anzeige- gerätes für die Anzeige von zu hohen Werten von Spannungen und/oder Strömen, die bei der Klemme I1 gegenüber der Klemme I2 einen negativen Wert haben,
Fig. 2 ein Diagramm, das unter anderen die Strom-Spannungs-Charakteristik der Tunneldiode und des Transistors von Fig. 1 zeigt,
Fig. 3 die Schaltung eines Uberspannungs-Anzeige- gerätes ähnlich Fig. 1, jedoch mit einem Eingangskreis, der so ausgebildet ist, dass sowohl negative wie positive überspannungen angezeigt werden,
Fig. 4 die Schaltung eines Überspannungs-Anzeigegerätes ähnlich Fig.
1, bei dem eine Anzahl Tunneldioden vorgesehen sind, um im einzelnen die Grösse der an den Eingangskreis angelegten Überspannungen anzuzeigen,
Fig. 5 die Schaltung eines überspannungsanzeigegerätes ähnlich Fig. 3, jedoch mit einer Anzahl Tunneldioden, um im einzelnen die Grösse der an den Eingangskreis angelegten Überspannungen anzuzeigen, und
Fig. 6 die Schaltung eines Überspannungsanzeigegerätes ähnlich Fig. 5, jedoch mit einer Basis-Vorspannung für den Transistor, die von einer Parallelschaltung eines Kondensators mit einer Zenerdiode stammt.
Nach Fig. 1 umfasst das dargestellte überspannungsanzeigegerät einen Transistor T1, dessen Emitter mit einer Quelle positiver Potentials (+) und dessen Kollektor über ein Strommessinstrument M mit einer Quelle nagtiven Potentials verbunden ist. Der Emitter des Transistors T1 ist mit der Basis des Transistors über eine Tunneldiode TD verbunden, die in Richtung zur Basis gepolt ist. Die Basis des Transistors und die Tunneldiode sind ausserdem über einen Widerstand R1 mit der Quelle negativen Potentials (-) verbunden, mit dem Diode und Transistor vorgespannt werden.
An den beiden Klemmen der Tunneldiode TD liegt ein Eingangskreis des Anzeigegerätes, der einen Widerstand R2 umfasst, der mit dem einen Ende mit der Eingangsklemme I1 und mit dem anderen Ende mit den Gleichrichtern D1 und D2 verbunden ist, die so gepolt sind, dass sie von der einen Klemme der Tunneldiode TD weg und zur anderen Klemme der Tunneldiode hin gerichtet sind. Die weitere Eingangsklemme I2 ist mit dem Emitter des Transistors T1 verbunden.
Fig. 2 zeigt das Diagramm der Tunneldiode TD, die Eingangscharakteristik des Transistors und strichpunktiert die resultierende Charakteristik der Kombination aus Tunneldiode TD und Transistor T1. Die Belastungslinie des Widerstandes R1 ergibt an der resultierenden Charakteristik die beiden stabilen Arbeitspunkte A bzw. B der Schaltung. Aus Fig. 2 ergibt sich, dass eine Zunahme der Spannung an der Tunneldiode bewirken kann, dass die Schaltung unstabil wird (Punkt P) und von einem stabilen Arbeitspunkt A zu dem anderen Arbeitspunkt B wechselt. Wenn das Anzeigegerät nach Fig. 1 der Zeichnung eingeschaltet wird, geht es zunächst in den durch den Arbeitspunkt A angegebenen Zustand.
Tritt aber an der Eingangsklemme I1 eine genügend grosse negative überspannung auf, wird infolge der Zuleitung negativen Potentials über den Gleichrichter D1 das negative Potential an der Tunneldiode TD grösser und der Strom in der Tunneldiode, die im Basis-Emitter-Kreis des Transistors liegt, nimmt infolgedessen ab, nachdem ein kleines anfängliches Anwachsen des Transistorstromes 1T aufgetreten war, wodurch die Basis des Transistors gegenüber dem Emitter des Transistors negativer und dadurch der Transistor T 1 leitend wurde.
Der Kollektorstrom dieses Transistors bedeutet einen Strom, der in der Anzeigevorrichtung M die Angabe des Auftretens einer negativen überspannung an der Eingangsklemme I1 gegenüber der Eingangsklemme I2 bewirkt. Wenn ein positiver Impuls oder eine kurzzeitige positive überspannung an die Klemme I1 des Eingangskreises des Anzeigegerätes angelegt wird, fliesst Strom durch den Widerstand R2 und den Neben schlussweg durch den Gleichrichter D2, aber die Spannung an den Klemmen der Tunneldiode TD bleibt unverändert, so dass der Transistor T1 nicht leitend bleibt. Daraus ergibt sich, dass das oben an Hand der Fig. 1 und 2 beschriebene Anzeigegerät für die Anzeige negativer überspannungen bestimmt ist.
Aus Fig. 2 ergibt sich, dass nur eine kleine Zunahme des Stromes IT durch die Tunneldiode TD erforderlich ist, um diese zum Schalten zu bringen. Infolgedessen kann der Eingangswiderstand R2 einen hohen Weg besitzen, der für die Anzeige auch schwer nachzu weisender überspannungen von Vorteil ist. Der Wert des Widerstandes R2, der erforderlich ist, um zu be wirken, dass der Kreis bei einer Eingangsspannung V schaltet, ergibt sich aus der Formel: R2 = V:IT.
In Fig. 3 ist ein Anzeigegerät dargestellt, das sowohl negative wie positive Überspannungen nachweisen kann. Zu diesem Zweck besitzt der Eingangskreis die Form einer Brückenschaltung, deren Eingangsklemme die Eingangsklemmen I1 und I2 des Anzeigegerätes sind und deren Ausgangsklemmen mit den entsprechenden Anschlussklemmen der Tunneldiode verbunden sind. Die Brückenzweige bei der Eingangsklemme I2 bestehen in Gleichrichtern D2 und D3, die den Strom zu dieser Klemme hin bzw. von ihr wegleiten, während die beiden Brückenarme bei der Eingangsklemme Il durch die Widerstände R2 und R3 gebildet werden.
Die negative Ausgangsklemme der Brücke ist über den Gleichrichter Dl mit der Anode der Tunneldiode TD und der Basis des Transistors Tl verbunden, während die positive Ausgangsklemme der Brücke mit der Kathode der Tunneldiode und mit dem Emitter des Transistors Tl verbunde ist.
Demnach kann eine an die Eingangsklemme I1 und 12 angelegte negative Überspannung, bei der I1 negativ ist, eine Zunahme des Potentials an den Klemmen der Tunneldiode TD und eine anfängliche Zunahme des Stromes 1T bewirken, auf die eine Abnahme des Stromes durch die Tunneldiode folgt, wenn diese von einem Zustad zum andern unmschaltet, wobei sich eine Zunahme des negativen Potentials ergibt, das an die Basis des Transistors geht, um diesen leitend zu machen und dadurch mittels des stromempfindlichen Messgerätes M im Kollektorkreis des Transistors die Anzeige einer negativen Überspannung zu erhalten.
In ähnlicher Weise gelangt im Falle einer positiven Überspannung an den Eingangsklemmen Il und I2, bei der I1 positiv ist, ein negatives Potential über den Gleichrichter Dl zu der Verbindungsstelle zwischen dem Widerstand Rl und der Tunneldiode TD, so dass der Transistor Tl wiederum leitend wird, um am Anzeigeinstrument M eine Anzeige des Auftretens einer positiven überspannung am Eingangskreis zu erhalten.
Fig. 4 endlich zeigt die Schaltung eines Anzeigegerätes, die der oben beschriebenen Schaltung nach Fig. 1 gleicht, jedoch im Basis-Emitter- Kreis des Transistors Tl eine Reihe in Serie geschalteter Tunneldioden und einen Strombegrenzungswiderstand R4 aufweist. Wie im Falle der Schaltung nach Fig. 1 können nur negative überspannungen angezeigt werden. Dadurch, dass eine Anzahl Tunneldioden in der Schaltung nach Fig. 4 vorgesehen sind, kann im einzelnen der Wert der negativen überspannung festgestellt werden, die an den Eingangskreis gelangt, wobei diese Wertfeststellung in folgender Weise erreicht wird. In Ruhezustand der Vorrichtung nehmen die Tunneldioden TD den Zustand an, der durch den Punkt A der Charakteristik in Fig. 2 bestimmt ist.
Beim Anlegen einer negativen überspannung an die Eingangsklemme I1 ändern eine oder mehrere Tunneldioden ihren Zustand von Punkt A auf den von Punkt B der Charakteristik. Beim Übergang der ersten Tunneldiode vom Zustand A in den Zustand B wird der Vorstrom durch Rl und die Tunneldioden verringert. Der Eingangsstrom, der notwendig ist, um die nächste Tunneldiode aus dem Zustand A in den Zustand B zu schalten, ist grösser als der Strom zum Schalten der ersten Diode. Und so wird beim über gang jeder nachfolgenden Tunneldiode für den übergang der weiteren nachfolgenden Tunneldiode fortlaufend ein höherer Eingangsstrom erforderlich. In Fig.
2 betrachtet, wird jedesmal, wenn eine Tunneldiode TD schaltet, der Punkt A weiter in Richtung zum Nullpunkt des Koordinatensystems auf der Charakteristik verschoben, wodurch der Strom IT zum Schalten der nächsten Diode jedesmal grösser wird. Auf diese Weise kann bewirkt werden, dass eine Tunneldiode ihren Zustand bei einer Zunahme der Eingangsklemmen um Stufenwerte von beispielsweise 1.000 Volt schaltet, wobei das Anzeigeinstrument M so geeicht ist, dass es die Grösse der auftretenden Überspannungen anzeigt. Die Vorspannung (-Vl) kann über eine Zenerdiode mit parallelgeschaltetem Kondensator gewonnen werden.
Fig. 5 zeigt die Schaltung für ein überspannungsanzeigegerät, bei dem eine Anzahl in Serie geschalteter Tunneldioden in dem Basis-Emitter-Kreis des Transistors Ti liegen, um die Grösse der an der Eingangskreis gelegten Überspannungen anzuzeigen, wie oben mit Bezug auf Fig. 4 dargestellt werden, und bei dem die Basis des Transistors über einen Widerstand Rl aus einer Quelle von zumindest angenährt konstantem Potential -Vl gespeist wird. Der Eingangskreis des Anzeigegerätes besitzt die Form einer Gleichrichter Brückenschaltung, die mit Bezug auf Fig. 3 bereits beschrieben wurde, so dass die negative Ausgangsklemme der Brücke mit der Anode des Gleichrichters Dl verbunden ist, während die positive Klemme der Gleichrichterbrücke mit dem Emitter des Transistors Tl verbunden ist.
Auf diese Weise liegt die Gleichrichterbrücke parallel zu den in Serie geschalteten Tunneldioden.
Bei den Ausfürungsbeispielen nach Fig. 4 und 5 genügen Änderungen von Spannung und Strom im Punkt P (Fig. 2) zwischen den Tunneldioden, um die Reihenfolge zu bestimmen, in der die Dioden geschaltet werden. Die hier beschriebenen Schaltungen können durch Unterbrechen des Anschlusses Vi oder durch Kurzschliessen der Tunneldiode(n) wieder in ihren Anfangszustand zurückgeführt werden.
Angenommen, dass der Basisstrom des Transistors verglichen mit 1T vernachlässigbar ist, können die Vorspannung V1 und die Grösse Rl des Widerstandes Rl aus den folgenden Gleichungen berechnet werden: VB-VA = (1)
1T
V1 = R1 Ip + (N+l) VA = VB (2) worin bedeuten:
VA = Spannung jeder Tunneldiode im Zustand A,
VB = Spannung jeder Tunneldiode im Zustand B, IT = Stromintervall, der zu Umschalten der Tunneldiode führt,
Ip = Höckerstrom der Tunneldioden und
N = Anzahl der Tunneldioden in Serie.
Die Schaltung des Anzeigegerätes nach Fig. 6 gleicht der in Fig. 5 mit der Ausnahme, dass die Vorspannung -Vl, die durch den Widerstand Rl in Fig. 5 gewonnen wird, aus der Parallelschaltung eines Kondensators Cl und einer Zenerdiode 7 stammt, wobei die Parallelschaltung am einen Ende mit der Verbindungsstelle zwischen dem Widerstand Rl und einem Widerstand R6 und am andern Ende mit dem Emitter des Transistors Tl verbunden ist. Der Kollektor-Emitter-Kreis des Transistors enthält eine Batterie B und einen Schalter S und das Messgerät M im Kollektor-Kreis kann so geeicht sein, dass 0 bis 5000 Volt in fünf Stufen abgelesen werden können, wobei der Zeiger des Messgerätes jedesmal um eine Stufe weitergerückt wird, wenn eine der fünf Tunneldioden geschaltet wird.
Auf diese Weise wird eine Unterscheidung der Überspannungen nach Amplituden für jede Polarität erreicht.
Wie ersichtlich, ist bei allen oben beschriebenen Ausführungsbeispielen das stromempfindliche Messinstrument M im Kollektorkreis des Transistors Ti angeordnet. Doch kann das Messinstrument statt im Kollektorkreis mit Vorteil auch im Emitterkreis des Transistors Tl angeordnet werden, so dass es in Emitterfolge arbeitet. Diese zweitgenannte Schaltung des Transistors erhöht die Eingangsimpedanz des Transistors, so dass die Belastung der vorausgehenden Diode verringert und die Transistorstufe für Parameter änderungen infolge von Temperaturveränderungen weniger empfindlich wird.
Ausserdem bewirkt eine Änderung der Stromverstärkung zwischen einem Transistor und einem anderen Transistor, wenn zwei oder mehr Transistorstufen Verwendung finden, einen löschenden Rückkopplungsstrom zur Basis, während jede Änderung des Reststromes zwischen Kollektor und Emitter des Transistors Tl durch Temperaturänderung eine Vorspannung bewirkt, die der Änderung des Reststromes entgegenzuwirken sucht.
Bei den oben an Hand der Zeichnung beschriebenen Ausführungsformen ist der Transistor Tl ein pnp Transistor, doch kann auch ein npn-Transistor Verwendung finden, wobei natürlich die Dioden und elektrischen Polaritäten eine Umkehrung erfahren.
Display device for overvoltages
The present invention relates to a display device for excessively high, in particular short-term voltages, wherein semiconductors are used in the display device.
To simplify the representation, the term overvoltage in the sense of this double term should be used in this description instead of overvoltage and / or overcurrent.
In electrical arrangements that include semiconductors or other components with a prescribed upper limit for voltage and current, the occurrence of overvoltages must be indicated so that the overvoltages can be eliminated or the arrangements can be modified in such a way that there is a risk of damage to the components is avoided.
Such overvoltages can occur for a period of time that is less than a microsecond, making display and measurement by an oscilloscope difficult and unreliable. Gas-filled trigger tubes can be used to display such short overvoltages, but the trigger level (response level) of these tubes depends on the duration of the overvoltage, so that the calibration of the indicator is difficult and the result obtained is unreliable.
A transistorized multivibrator circuit can also be used to detect an overvoltage for the specified period of time, the circuit being designed in such a way that it is switched from one state to the other when an overvoltage of a predetermined magnitude occurs, but the response speed of such a circuit is by the Transistors are limited and a buffer stage, which is necessary to separate the input from the multivibrator, also reduces the sensitivity of the display device when short pulses or overvoltages of short duration are applied to the input
The object of the present invention is an overvoltage display device which displays overvoltages reliably, e.g.
B. the amplitude of the occurring current pulses can be below 100 micro-amperes and their duration may be a few nano seconds.
The display device for overvoltages is characterized by a transistor which is non-conductive in the absence of an overvoltage and has a base-emitter circuit containing a tunnel diode, and means for display and / or measurement that respond to the occurrence of a collector current in the transistor, and an input circuit, which is connected to the tunnel diode and has rectifying means which have the effect that when overvoltages of different polarity occur at the input terminals, only unidirectional voltages can occur at the tunnel diode.
The means for displaying and / or measuring can be connected to the collector circuit or emitter circuit of the transistor.
The rectifying means can easily consist of a pair of half-wave rectifiers which are connected with opposite polarity between an input terminal of the input circuit, to which the overvoltages of opposite polarity can be applied, and the two connection ends of the tunnel diode. Such a display device is useful for displaying single polarity overvoltages.
The display of overvoltages of both polarities can e.g. B. can be achieved in that a bridge circuit, which forms the input circuit and whose output terminals are connected to the two connection terminals of the tunnel diode, includes rectifying means, so that the same at the individual connection terminals of the tunnel diode regardless of the polarity at the input terminals of the bridge circuit Polarity is guided.
The above display device can, if desired, comprise a number of tunnel diodes connected in series in the base-emitter circuit of the transistor, so that the magnitude of the incoming overvoltages that are applied to the input circuit is measured as a function of the change in the state of one or more tunnel diodes / or can be displayed. If several tunnel diodes are used in order to differentiate the size of the overvoltages, the input circuit of the display device is preferably connected to all diodes.
Exemplary embodiments of the subject matter of the invention are illustrated in the accompanying drawings and are described below with reference to these drawings. Show it:
1 shows the circuit of an overvoltage display device for displaying excessively high values of voltages and / or currents which have a negative value at terminal I1 compared to terminal I2,
FIG. 2 is a diagram showing, among other things, the current-voltage characteristics of the tunnel diode and the transistor from FIG. 1,
3 shows the circuit of an overvoltage display device similar to FIG. 1, but with an input circuit which is designed in such a way that both negative and positive overvoltages are displayed,
FIG. 4 shows the circuit of an overvoltage display device similar to FIG.
1, in which a number of tunnel diodes are provided to indicate in detail the magnitude of the overvoltages applied to the input circuit,
5 shows the circuit of an overvoltage display device similar to FIG. 3, but with a number of tunnel diodes in order to display in detail the magnitude of the overvoltages applied to the input circuit, and
6 shows the circuit of an overvoltage indicator similar to FIG. 5, but with a base bias voltage for the transistor which comes from a parallel connection of a capacitor with a Zener diode.
According to FIG. 1, the overvoltage indicator shown comprises a transistor T1, the emitter of which is connected to a source of positive potential (+) and the collector of which is connected via a current measuring instrument M to a source of nagative potential. The emitter of the transistor T1 is connected to the base of the transistor via a tunnel diode TD, which is polarized towards the base. The base of the transistor and the tunnel diode are also connected via a resistor R1 to the source of negative potential (-), with which the diode and transistor are biased.
At the two terminals of the tunnel diode TD there is an input circuit of the display device, which includes a resistor R2, one end of which is connected to the input terminal I1 and the other end to the rectifiers D1 and D2, which are polarized so that they are connected to the one terminal of the tunnel diode TD away and directed towards the other terminal of the tunnel diode. The other input terminal I2 is connected to the emitter of the transistor T1.
Fig. 2 shows the diagram of the tunnel diode TD, the input characteristic of the transistor and dash-dotted line the resulting characteristic of the combination of tunnel diode TD and transistor T1. The load line of the resistor R1 gives the two stable working points A and B of the circuit on the resulting characteristic. It can be seen from FIG. 2 that an increase in the voltage at the tunnel diode can cause the circuit to become unstable (point P) and to change from one stable operating point A to the other operating point B. When the display device according to FIG. 1 of the drawing is switched on, it first goes into the state indicated by operating point A.
If, however, a sufficiently large negative overvoltage occurs at input terminal I1, the negative potential at tunnel diode TD increases as a result of the negative potential being fed in via rectifier D1 and the current in the tunnel diode, which is located in the base-emitter circuit of the transistor, increases As a result, after a small initial increase in the transistor current 1T had occurred, whereby the base of the transistor with respect to the emitter of the transistor became more negative and the transistor T 1 became conductive.
The collector current of this transistor means a current which causes the indication in the display device M of the occurrence of a negative overvoltage at the input terminal I1 in relation to the input terminal I2. If a positive pulse or a short-term positive overvoltage is applied to terminal I1 of the input circuit of the display device, current flows through resistor R2 and the bypass path through rectifier D2, but the voltage at the terminals of tunnel diode TD remains unchanged, so that the Transistor T1 does not remain conductive. This means that the display device described above with reference to FIGS. 1 and 2 is intended for displaying negative overvoltages.
It can be seen from FIG. 2 that only a small increase in the current IT through the tunnel diode TD is required in order to cause it to switch. As a result, the input resistance R2 can have a long path, which is also advantageous for displaying overvoltages that are difficult to detect. The value of the resistor R2, which is required to be that the circuit switches at an input voltage V, results from the formula: R2 = V: IT.
In Fig. 3, a display device is shown which can detect both negative and positive overvoltages. For this purpose, the input circuit is in the form of a bridge circuit, the input terminal of which is the input terminals I1 and I2 of the display device and the output terminals of which are connected to the corresponding connection terminals of the tunnel diode. The bridge branches at the input terminal I2 consist of rectifiers D2 and D3, which conduct the current to and from this terminal, while the two bridge arms at the input terminal II are formed by the resistors R2 and R3.
The negative output terminal of the bridge is connected to the anode of the tunnel diode TD and the base of the transistor Tl via the rectifier Dl, while the positive output terminal of the bridge is connected to the cathode of the tunnel diode and to the emitter of the transistor Tl.
Accordingly, a negative overvoltage applied to input terminals I1 and 12, at which I1 is negative, can cause an increase in the potential at the terminals of the tunnel diode TD and an initial increase in the current 1T, which is followed by a decrease in the current through the tunnel diode if This is not switched from one state to the other, resulting in an increase in the negative potential that goes to the base of the transistor in order to make it conductive and thereby to obtain the display of a negative overvoltage by means of the current-sensitive measuring device M in the collector circuit of the transistor.
In a similar way, in the event of a positive overvoltage at the input terminals II and I2, at which I1 is positive, a negative potential passes via the rectifier Dl to the junction between the resistor Rl and the tunnel diode TD, so that the transistor Tl becomes conductive again, in order to obtain an indication of the occurrence of a positive overvoltage on the input circuit on the display instrument M.
Fig. 4 finally shows the circuit of a display device, which is similar to the circuit of FIG. 1 described above, but has a series of tunnel diodes connected in series and a current limiting resistor R4 in the base-emitter circuit of the transistor T1. As in the case of the circuit according to FIG. 1, only negative overvoltages can be displayed. Because a number of tunnel diodes are provided in the circuit according to FIG. 4, the value of the negative overvoltage that reaches the input circuit can be determined in detail, this value determination being achieved in the following manner. When the device is in the idle state, the tunnel diodes TD assume the state which is determined by point A of the characteristic in FIG.
When a negative overvoltage is applied to input terminal I1, one or more tunnel diodes change their state from point A to point B of the characteristic. When the first tunnel diode passes from state A to state B, the bias current through R1 and the tunnel diodes is reduced. The input current that is necessary to switch the next tunnel diode from state A to state B is greater than the current to switch the first diode. And so with the transition of each subsequent tunnel diode, a continuously higher input current is required for the transition of the other subsequent tunnel diode. In Fig.
Considered 2, each time a tunnel diode TD switches, the point A is shifted further in the direction of the zero point of the coordinate system on the characteristic, whereby the current IT for switching the next diode increases each time. In this way it can be ensured that a tunnel diode switches its state when the input terminals increase by step values of 1,000 volts, for example, the display instrument M being calibrated so that it indicates the magnitude of the overvoltages that occur. The bias voltage (-Vl) can be obtained via a Zener diode with a capacitor connected in parallel.
5 shows the circuit for an overvoltage display device in which a number of tunnel diodes connected in series are located in the base-emitter circuit of the transistor Ti in order to display the magnitude of the overvoltages applied to the input circuit, as shown above with reference to FIG and in which the base of the transistor is fed via a resistor Rl from a source of at least approximately constant potential -Vl. The input circuit of the display device has the form of a rectifier bridge circuit, which has already been described with reference to Fig. 3, so that the negative output terminal of the bridge is connected to the anode of the rectifier Dl, while the positive terminal of the rectifier bridge is connected to the emitter of the transistor Tl connected is.
In this way the rectifier bridge is parallel to the tunnel diodes connected in series.
In the exemplary embodiments according to FIGS. 4 and 5, changes in voltage and current at point P (FIG. 2) between the tunnel diodes are sufficient to determine the order in which the diodes are switched. The circuits described here can be returned to their initial state by interrupting the connection Vi or by short-circuiting the tunnel diode (s).
Assuming that the base current of the transistor is negligible compared to 1T, the bias voltage V1 and the size Rl of the resistor Rl can be calculated from the following equations: VB-VA = (1)
1T
V1 = R1 Ip + (N + l) VA = VB (2) where:
VA = voltage of each tunnel diode in state A,
VB = voltage of each tunnel diode in state B, IT = current interval that leads to switching of the tunnel diode,
Ip = hump current of the tunnel diodes and
N = number of tunnel diodes in series.
The circuit of the display device according to FIG. 6 is similar to that in FIG. 5 with the exception that the bias voltage -Vl, which is obtained by the resistor Rl in FIG. 5, comes from the parallel connection of a capacitor C1 and a Zener diode 7, the Parallel circuit is connected at one end to the junction between the resistor Rl and a resistor R6 and at the other end to the emitter of the transistor Tl. The collector-emitter circuit of the transistor contains a battery B and a switch S and the measuring device M in the collector circuit can be calibrated in such a way that 0 to 5000 volts can be read in five steps, whereby the pointer of the measuring device moves one step each time is moved further when one of the five tunnel diodes is switched.
In this way, a differentiation of the overvoltages according to amplitudes is achieved for each polarity.
As can be seen, in all of the exemplary embodiments described above, the current-sensitive measuring instrument M is arranged in the collector circuit of the transistor Ti. However, instead of in the collector circuit, the measuring instrument can advantageously also be arranged in the emitter circuit of the transistor T1, so that it works in emitter sequence. This second-mentioned circuit of the transistor increases the input impedance of the transistor, so that the load on the preceding diode is reduced and the transistor stage becomes less sensitive to parameter changes as a result of temperature changes.
In addition, a change in the current gain between a transistor and another transistor, if two or more transistor stages are used, causes a quenching feedback current to the base, while any change in the residual current between the collector and emitter of the transistor Tl due to a change in temperature causes a bias voltage that changes the Seeks to counteract the residual current.
In the embodiments described above with reference to the drawing, the transistor T1 is a pnp transistor, but an npn transistor can also be used, the diodes and electrical polarities being reversed, of course.