CH615296A5 - Integrated driver component with bipolar transistors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Stromversorgung der Ausgangsstufe eines integrierten Bausteins, und zwar mit einer Ausgangsstufe aus bipolaren Transistoren. Es handelt sich also um einen integrierten Treiberbaustein mit bipolaren Transistoren. Der Baustein dient insbesondere zur Steuerung von Relais, z. B. polarisierter, etwa bipolarer Fernsprechrelais, die eine gut definierte Ansprechschwelle aufweisen. Der Baustein eignet sich

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jedoch auch zur Steuerung nichtpolarisierter Relais oder zur Steuerung sonstiger Einrichtungen, welche mit energiereichen Impulsen einer oder beider Polaritäten gesteuert werden müssen, deren Amplitude möglichst unabhängig von der Spannung der Gleichstromversorgung sein soll.

Integrierte Treiberbausteine mit bipolaren Transistoren sind in grosser Zahl bekannt. Zum Beispiel in der US-PS 3 435 295 und in der DT-OS 2 322 639, Fig. 1 bis 4, sind solche integrierten Treiberbausteine mit bipolaren Transistoren gezeigt, die zur Steuerung von Relais dienen.

Dreizustands-Ausgänge, in der Fachwelt meistens Tri-State-Ausgänge genannt, also Ausgänge mit zwei verschiedenen niederohmigen und einem sehr hochohmigen Zustand, sind häufig angewendet, vgl. z. B. Motorola, Mc MOS-Handbook, Okt. 1973, Seite 6.20/6.21.

Durch Blomeyer-Bartenstein, Mikroprozessor und Mikrocomputer, Siemens, S. 29, Bild 7c, ist bereits ein integrierter Treiberbaustein mit bipolaren Transistoren bekannt, der einen Ausgangsgegentaktverstärker mit zwei in Reihe liegenden, getrennt steuerbaren Gegentakttransistoren zeigt, wobei dieser Ausgangsgegentaktverstärker einen Dreizustands-Ausgang aufweist. Im hochohmigen Zustand des Ausgangs sind beide Gegentakttransistoren nichtleitend, in den beiden niederohmigen Zuständen ist jeweils der eine oder der andere der beiden Gegentaktttansistoren leitend. Dieser Treiberbaustein dient insbesondere zur Steuerung weiterer TTL-Schaltungen über Bus-Leitungen.

Integrierte Bausteine, auch der zuletzt genannte integrierte Treiberbaustein, können normalerweise mit Gleichstromversorgungsspannungen versorgt werden, die bereits eine relativ grosse Toleranz aufweisen können.

Durch die DT-OS 2 237 559 ist eine Konstantspannungs-quelle als Versorgungsquelle eines integrierten Bausteins bekannt. Die Konstantspannungsquelle enthält neben einer Reihenschaltung von Zenerdioden noch einen Multikollektortransistor zur Versorgung dieser Reihenschaltung.

Durch die DT-OS 2 256 640 ist eine Konstantstromquelle zur Gleichstromversorgung eines integrierten Bausteins mit bipolaren Transistoren bekannt. Diese Konstantstromquelle enthält einen Multikollektortransistor, dessen Kollektoren einen konstanten Strom liefern können. Damit dieser Strom konstant ist, liegt hier in Reihe zum Emitter dieses Multikollektortransistors ein weiterer Transistor, dessen Widerstand seiner Kollektor-Emitter-Strecke durch einen weiteren Regelverstärker gesteuert ist, wobei der Regelverstärker seinerseits durch den Strom in einem der Kollektoren des Multikollektortransistors gesteuert ist.

Durch z. B. Electronic Engg., Sept. 1953, S. 358-364, insbes. Fig. 4 und 13 ist bekannt, dass der Kollektor-Emitter-Strom gesättigter Transistoren zwar vom Basisstrom, aber nahezu nicht von der Kollektor-Emitter-Spannung abhängt. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Toleranz der Gleichstromversorgungsspannungen eines Treiberbausteins sehr stark zu vergrössern, also einen Baustein mit sog. Riesentoleranz herzustellen, obwohl am Bausteinausgang Ausgangsströme beider Polaritäten mit relativ engen Toleranzen auftreten sollen. Wegen dieser besonderen Aufgabe eignet sich der erfin-dungsgemäss integrierte Treiberbaustein besonders zur Steuerung von polarisierten Fernsprechrelais, die mindestens drei verschiedene Schaltzustände, je nach Grösse und Polarität des Ausgangsstromes, aufweisen, wobei die im System, hier die im Fernsprechsystem, verwendeten Gleichstromversorgungsspannungen zum Beispiel eine Toleranz zwischen 36 V und 6,8 V aufweisen dürfen. Die Toleranz der Gleichstromversor-gungsspannung beträgt also ein Vielfaches der minimal notwendigen Gleichstromversorgungsspannung. Der Treiberbaustein mit einer solchen Riesentoleranz seiner Gleichstromversorgung kann daher ausserordentlich vielseitig in Systemen

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verwendet werden, welche weitgehend beliebige Versorgungsspannungen aufweisen dürfen. Insbesondere sollte der erfin-dungsgemässe Treiberbaustein aber zusätzlich die Steuerung unpolarisierter Relais bei besonders niedrigen Gleichstromver-5 sorgungsspannungen des Treiberbausteins zulassen, also von Relais mit zwei Schaltzuständen, welche durch Ausgangsströme mit einer bestimmten Mindestgrösse der einen Polarität in ihren ersten Schaltzustand und durch Ausgangsströme unterhalb einer zweiten Mindestgrösse der gleichen Polarität io in den zweiten Schaltzustand gesteuert werden; um zu verhindern, dass bei Abwesenheit von Steuersignalen Treiberbaustein-Ausgangsströme fliessen, welche die Ausgangsstufe des Treiberbausteins und das am Treiberbausteinausgang angeschlossene Organ, insbesondere polarisierte Relais, mit einem 15 Ruhestrom belasten, muss der Treiberbausteinausgang auch in einen hochohmigen Zustand gesteuert werden können; es sollte daher ein Dreizustands-Ausgang vorgesehen werden.

Die Erfindung geht aus von einem integrierten Treiberbaustein mit bipolaren Transistoren sowie mit einem Ausgangsge-20 gentaktverstärker, der durch zwei in Reihe liegende, getrennt steuerbare Gegentakttransistoren gebildet wird, wobei der Ausgangsgegentaktverstärker einen Dreizustands-Ausgang aufweist. Der erfindungsgemässe Treiberbaustein ist dadurch gekennzeichnet, dass jeder der beiden Gegentakttransistoren 25 des Ausgangsgegentaktverstärkers über eine nur dann stromliefernd geschaltete Konstantstromquelle angesteuert wird, wenn der betreffende Gegentakttransistor in seinen leitenden Zustand gesteuert ist. An sich kann für jeden Gegentakttransistor eine ihm eigene solche Konstantstromquelle angebracht 30 werden. Beide Gegentakttransistoren können aber auch durch eine beiden gemeinsame Konstantstromquelle, z. B. durch einen einzigen Multikollektor-Transistor gesteuert werden, dessen erster Kollektor den Basisstrom für den ersten Gegentakttransistor und dessen zweiter Kollektor den Basisstrom des 35 zweiten Gegentakttransistors liefert, wobei Schalter, z. B. Transistorschalter, einmal den konstanten Strom dem ersten, später dem zweiten Gegentakttransistor zuführen. Solche Schalter sind insbesondere zwischen die Konstantstromquelle und die Steuerelektroden der Gegentakttransistoren einzufügen. 40 Die Erfindung und Weiterbildungen davon werden anhand der in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispiele näher erläutert, wobei

Fig. 1 das Prinzip eines Ausführungsbeispieles und

Fig. 2 und 3 detaillierte Ausführungsbeispiele für das in 45 Fig. 1 gezeigte Prinzip zeigen.

Das in Fig. 1 gezeigte Prinzipschaltbild zeigt den Signaleingang I für das Polaritätssteuersignal, das die Polarität des Stromes am Treiberbausteinausgang Q steuert. Ausserdem ist der Aktivierungssignaleingang EN, in der Fachwelt meistens Enaso blesignaleingang genannt, gezeigt, über welchen der Treiberbausteinausgang Q wahlweise in seinen hochohmigen (EN = L) oder in einen niederohmigen Zustand (EN = H) gesteuert werden kann. Das am Treiberbausteinausgang Q angeschlossene, hier polarisierte Relais RE wird also im niederohmigen Zustand 55 des Ausgangs Q von Strömen der einen oder der entgegengesetzten Polarität durchflössen, je nachdem, ob das Polaritätssteuersignal I jeweils L oder H ist. Das Relais RE wird jedoch von keinem Strom durchflössen, wenn der Treiberbausteinausgang Q hochohmig ist, wenn also am Aktivierungssignalein-60 gang EN kein Aktivierungssignal, also EN = L, anliegt.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Treiberbaustein ist also ein Ausgangsgegentaktverstärker mit zwei in Reihe liegenden,

getrennt steuerbaren, bipolaren Gegentakttransistoren angebracht, dessen Ausgang Q einen Dreizustands-Ausgang bildet. 65 Je nachdem, ob

1. beide Gegentakttransistoren A1/A2 in ihrem sperrenden Zustand sind, oder ob

2. der eine oder

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3. der andere dieser beiden Gegentakttransistoren, also AI oder A2, in seinem leitenden Zustand ist,

fliesst durch das polarisierte Relais RE

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3. anderen Polarität.

Der durch das Relais RE fliessende Ausgangsstrom der ersten Polarität fliesst also über den Gleichstromversorgungs-anschluss USI, über den Gegentakttransistor A2, über den Ausgang Q und über das Relais RE zum Anschluss UM. Der Ausgangsstrom entgegengesetzter Polarität fliesst hingegen zum Gleichstromversorgungsanschluss US2 über den Gegentakttransistor AI, über den Ausgang Q und über das Relais RE vom Anschluss UM her.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, können die Potentiale an USI, z. B. + 15 V, und am Anschluss US2, z. B. —15 V, betragen. Es zeigte sich jedoch, wie später noch beschrieben wird, dass diese Potentiale auch ganz erheblich, z. B. jeweils um den Faktor 2, nach unten abweichen können, obwohl die Ausgangsströme durch das Organ RE nahezu konstante Amplitude haben - dass also Riesentoleranzen für die Gleichstromversorgung zugelassen sind.

Jeder der beiden Gegentakttransistoren Al, A2 wird bei diesem Beispiel über eine ihm eigene Konstantstromquelle Sl, S2 gesteuert. Die jeweils individuell zugeordnete Konstantstromquelle SI, S2 wird ihrerseits dann in ihren stromliefernden Zustand geschaltet, wenn der betreffende zugeordnete, von ihr angesteuerte Gegentakttransistor AI bzw. A2 in seinen leitenden Zustand gesteuert werden soll. Solange der zugeordnete Gegentakttransistor A1, A2 j edoch in seinen nichtleitenden Zustand gesteuert werden soll, ist auch die betreffende Konstantstromquelle Sl bzw. S2 jeweils nicht in denjenigen Zustand geschaltet, in dem diese Konstantstromquelle einen Strom zur Steuerung des zugeordneten Ausgangstransistors AI bzw. A2 in dessen leitenden Zustand liefert.

Dadurch, dass die beiden Gegentakttransistoren Al, A2 getrennt ansteuerbar sind, also unabhängig voneinander wahlweise in ihren leitenden oder in ihren nichtleitenden Zustand steuerbar sind, bildet der Treiberbausteinausgang Q einen Drei-zustands-Ausgang. Dadurch, dass beide getrennt steuerbaren Gegentakttransistoren A1, A2 nur mit stabilisierten, also von der Gleichstromversorgung weitgehend unabhängigen Strömen über jeweils individuell ihnen zugeordnete, also eigene Konstantstromquellen SI, S2 angesteuert werden, kann die Versorgungsspannung an den Anschlüssen USI, US2 nicht nur Riesentoleranzen aufweisen, sondern es kann zusätzlich jede der beiden Konstantstromquellen SI, S2 selbst wahlweise in ihren Strom liefernden und in ihren keinen Strom liefernden Zustand geschaltet werden, ohne zusätzliche Schalter zwischen diesen Konstantstromquellen und ihren zugeordneten Gegentakttransistoren anbringen zu müssen. Wegen der Riesentoleranz kann ein stabilisierter, vorbestimmter Strom der Konstantstromquellen SI, S2 praktisch unabhängig von der jeweiligen Grösse der Gleichstromversorgungsspannung die bipolaren Gegentakttransistoren Al, A2 nur in solche leitende Zustände steuern, in denen der Kollektorstrom bzw. Emitterstrom dieser Gegentakttransistoren Al, A2 einen - über den Verstärkungsfaktor dieser Ausgangstransistoren gut definierten, vom stabilisierten Strom der Konstantstromquellen SI, S2 abhängigen - Ausgangsstrom dem an den Treiberbausteinausgang Q angeschlossenen Organ, hier ein bipolarisiertes Relais RE, liefert. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Gegentakttransistoren jeweils in ihren gesättigten Zustand gesteuert werden, falls sie leitend sein sollen. Gesättigte Transistoren werden nämlich von Kollektorströroen durchflössen, die fast unabhängig von der Kollektor-Emitter-Spannung dieses Transistors sind.

Die Erfindung nutzt also aus, dass unabhängig voneinander steuerbare, bipolare Gegentakttransistoren Al, A2 durch Steuerung an ihren Basen mit von Konstantstromquellen SI, S2 gelieferten Strömen in leitende Zustände steuerbar sind, in denen diese Gegentakttransistoren weitgehend unabhängig von den Gleichstromversorgungsspannungen USI, US2 nur Ausgangsströme mit entsprechend engen Toleranzen durch das am Treiberbausteinausgang Q angeschlossene Organ RE liefern.

In Fig. 1 ist zusätzlich eine Verknüpfungsschaltung V gezeigt, welche die bereits genannten Eingänge I und EN,

sowie zwei Ausgänge aufweist. Der erste Ausgang schaltet bei diesem Beispiel die Konstantstromquelle Sl. Der zweite Ausgang schaltet die Konstantstromquelle S2. Der Aufbau der Verknüpfungsschaltung V gewährleistet, dass der Treiberbausteinausgang Q, also der dort angebrachte Dreizustands-Ausgang, in seine drei verschiedenen Zustände mit Hilfe von dem Treiberbaustein zugeführten Steuersignalen, hier I und EN, gesteuert werden kann.

Zur weiteren Vergrösserung der Riesentoleranz für die Gleichstromversorgungsspannungen kann, wie in Fig. 1 angedeutet ist, vorgesehen sein, dass auch die Verknüpfungsschaltung V selbst über eine, spannungsstabilisierende und/oder stromstabilisierende, zusätzliche stabilisierende Einheit S3 mit Gleichstrom versorgt wird. Dadurch kann nämlich jede der Konstantstromquellen SI, S2 mit besonders stabilisierten Signalen über die Ausgänge der Verknüpfungsschaltung V geschaltet werden, so dass die Ausgänge der Konstantstromquellen SI, S2 ihrerseits ganz besonders stark stabilisierte Ströme zur Ansteuerung der Gegentakttransistoren Al, A2 liefern.

Grundsätzlich könnte der Ausgang Q des Treiberbausteins auch dadurch einen Dreizustands-Ausgang darstellen, dass dort ein weiterer Schalter bzw. Transistor, z. B. zwischen das am Ausgang Q angeschlossene Organ RE und dem Verbindungspunkt zwischen den Gegentakttransistoren Al, A2, eingefügt wird. Dieser eingefügte Schalter könnte z. B. direkt von dem Aktivierungssignal EN gesteuert werden. In diesem Falle könnte eine Verknüpfungsschaltung V mit eigenem Aktivierungssignaleingang EN entfallen.

Die Einfügung eines solchen Schalters kann vermieden werden, wenn eine von einem Aktivierungssignal EN gesteuerte Verknüpfungsschaltung V vorgesehen ist, die direkt die Verbindung zwischen den Konstantstromquellen und den Gegentakttransistoren oder die direkt die Konstantstromquellen schalten, so dass keiner der beiden Gegentakttransistoren in seinen leitenden Zustand gesteuert wird und damit der Drei-zustands-Ausgang Q hochohmig wird, solange kein Aktivierungssignal EN am Treiberbaustein anliegt.

Dadurch, dass zwischen die Verknüpfungsschaltung und den Steuerleitungen der Gegentakttransistoren die von der Verknüpfungsschaltung gesteuerten Konstantstromquellen Sl, S2 eingefügt sind, werden die Gegentakttransistoren unmittelbar von den Konstantstromquellen und nur mittelbar von der Verknüpfungsschaltung gesteuert, wodurch die den Basen der Gegentakttransistoren Al, A2 zugeführten stabilisierten Steuerströme noch besser stabilisiert sind, als wenn die Verknüpfungsschaltung direkt auf die Verbindung zwischen den Konstantstromquellen SI, S2 einerseits und den zugeordneten Gegentakttransistoren Al, A2 wirken würden.

Dadurch, dass die Verknüpfungsschaltung zwei getrennte Eingänge aufweist, die, wie in Fig. 1 gezeigt, mit dem Ausgangsstrompolaritätssignal I und dem Aktivierungssignal EN beliefert werden, und zwei getrennte Ausgänge aufweist, die getrennt mittelbar oder unmittelbar die Gegentakttransistoren steuern, kann auf einfache Weise mit den binären Signalen I und EN die getrennte Steuerung der beiden Gegentakttransistoren und damit die erwünschte, wahlweise Steuerung des Zustandes des Dreizustands-Ausganges Q erreicht werden.

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Diese Verknüpfungsschaltung ist bei dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel also zwischen die Signaleingänge 1 und EN des Treiberbausteins einerseits und den beiden Gegentakttransistoren und deren Konstantstromquellen SI, S2 andererseits eingefügt.

Wie bereits erwähnt, kann vorgesehen sein, dass die Konstantstromquellen SI, S2 hochstabilisierte schaltende Ströme zugeführt erhalten, indem die Verknüpfungsschaltung eine weitere konstante Quelle aufweist, z. B. eine weitere Konstantstromquelle, die diese schaltenden Ströme der Ausgänge der Verknüpfungsschaltung stabilisiert. Hierdurch wird eine besonders grosse Unempfindlichkeit des Treiberbausteins gegenüber Veränderungen der Gleichstromversorgungsspannungen USI, US2 erreicht, obwohl die an das Organ RE gelieferten Ausgangsströme enge Toleranzen aufweisen.

Man kann die geschalteten Konstantstromquellen SI, S2 und/oder die weitere konstante Quelle S3 jeweils durch Multi-kollektortransistoren bilden, wobei zumindest der Basis von geschalteten Konstantstromquellen, hier SI, S2, jeweils ein abhängig von dem Ausgangsstrompolaritätensignal I gesteuerter, stabilisierter Gleichstrom zugeführt wird. Die Kollektoren liefern dann die stabilisierten Ströme. Ein Beispiel hierfür ist in Fig. 2 gezeigt. Die Multikollektortransistoren SI, S2, hier gebildet durch integrierte, laterale pnp-Transistoren T9, T10, TI 1 und T12, T13, T14, stellen jeweils die Konstantstromquellen S2 und Sl dar. Die Strecke zwischen dem Kollektor und der Basis der Teile TI 1 und T12 beider Multikollektortransistoren sind überbrückt, so dass die in der Verknüpfungsschaltung V enthaltenen, die Konstantstromquellen schaltenden Transistoren T15, T16 jeweils unmittelbar die schaltenden Ströme in die Basis der Multikollektortransistoren SI, S2 einspeisen. Die Emitter beider Multikollektortransistoren sind jeweils untereinander verbunden und liegen bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel auf dem Potential USI. Die Transistoren T15, T16 steuern also die Kollektorströme der beiden Kollektoren jedes der Transistoren SI, S2, wobei jeweils der erste Kollektor, vgl. T10 und T13, den stabilisierten Gleichstrom an seinen zugeordneten Gegentakttransistoren A2, AI bzw. T20, T23 liefert. Ein Vorteil eines Multikollektortransistors gegenüber mehreren einzelnen, voneinander getrennten Transistoren als Konstant-stromquelle mit mehreren Ausgängen besteht darin, dass wegen verminderter Herstellungstoleranzen die von den verschiedenen Ausgängen des Multikollektors gelieferten stabilisierten Ströme unter sich relativ leicht nahezu gleich gross gemacht werden können, also dass dann die Stabilisierung besonders gross ist. Die Gegentakttransistoren selbst sind hier übrigens jeweils als Darlingtonverstärker T19/T20.T22/T23 mittels npn-Transistoren aufgebaut, damit die von den Kollektoren der Multikollektortransistoren SI, S2 zu liefernden stabilisierten Ströme niedrig sein können.

Der erste Kollektor der Multikollektortransistoren SI, S2 kann jeweils mit dem Steueranschluss der zugeordneten Gegentakttransistoren T20, T23, bzw. T19, T22 verbunden werden. Der zweite Kollektor dieser Multikollektortransistoren kann jeweils mit dem Steueranschluss eines Blockierschalters K2, Kl verbunden werden, der jeweils nicht den zugeordneten Gegentakttransistor, sondern den anderen Gegentakttransistor kontrolliert, nämlich freigibt oder blockiert. Diese Blok-kierschalter sollen, während der Umsteuerung des von ihm kontrollierten Gegentakttransistors von dem leitenden in den nichtleitenden Zustand, ein zusätzliches Sperrpotential diesem kontrollierten Gegentakttransistor zuführen, damit die Umsteuerung beschleunigt wird. Diese Blockierschalter Kl, K2 sind auch in Fig. 1 angedeutet.

Der Blockierschalter Kl, K2 ist bei dem in Fig. 2 gezeigten Beispiel also so angebracht, dass er selbst leitend ist, wenn der kontrollierte Gegentakttransistor in den nichtleitenden Zustand zu steuern ist, und umgekehrt. Da ein bipolarer, vor allem ein gesättigter bipolarer Transistor relativ schnell in seinen leitenden Zustand, aber nur relativ langsam aus dem leitenden in den nichtleitenden Zustand gesteuert werden kann, wird der so geschaltete Blockierschalter Kl, K2 besonders rasch den kontrollierten Gegentakttransistor T23/20 in dessen nichtleitenden Zustand steuern, weil der Blockierschalter Kl, K2 bzw. T24/T21 selbst besonders rasch hierbei in den leitenden Zustand gesteuert wird und also besonders rasch die Überschwemmung der Basis des Gegentakttransistors mit Ladungen beseitigt und damit besonders rasch ein Sperrpotential an die Steuerelektrode des kontrollierten Gegentakttransistors liefert. Zusätzlich wird dadurch erreicht, dass beim Umschalten niemals beide Gegentakttransistoren T20/T23 gleichzeitig leitend sind, wodurch sie zerstört werden könnten.

Die Verknüpfungsschaltung wird bei dem in Fig. 2 und 3 gezeigten Beispiel im wesentlichen durch einen Differenzverstärker gebildet, der seinerseits einen relativ konstanten Strom an die Basen der Multikollektortransistoren SI, S2 liefern kann. Dies ist besonders leicht dann möglich, falls der im Kollektorzweig des Differenzverstärkers angebrachte Transistor T18 in den Sättigungszustand gesteuert wird und der Widerstand R6 hochohmig ist, also z. B. ca. 15 kOhm beträgt und wenn die dem Differenzverstärker zugeführte Vergleichsspannung, vgl. D7, ein konstantes Bezugspotential für den Transistor T16 des Differenzverstärkers darstellt - die oben bereits angegebene weitere konstante Quelle S3 ermöglicht dem Differenzverstärker T15/T16, besonders gut stabilisierte schaltende Ströme an die Basen der Multikollektortransistoren bzw. Stromkonstantquellen Sl, S2 abzugeben.

Insbesondere das in Fig. 3 gezeigte Schaltungsbeispiel bewährte sich für die Herstellung eines integrierten Treiberbausteins. Die Fig. 2 und 3 unterscheiden sich dadurch, dass in Fig. 3 bei den Gegentakttransistoren Al, A2, bei den Blockierschaltern Kl, K2 und bei den Konstantstromquellen SI, S2 zusätzliche Widerstände R7 bis R14 eingefügt wurden, welche eine noch bessere Stabilisierung der Kennlinien der betreffenden Transistoren und vor allem eine raschere Steuerung der betreffenden Transistoren in den gesperrten Zustand gestatten. Die weitere konstante Quelle S3 ist bei dem in Fig. 3 gezeigten Beispiel ebenfalls durch einen Multikollektortransistor gebildet, der von einer Vergleichsspannungsquelle RV gesteuert ist. An der Zenerdiode D3 entsteht nämlich eine erste Vergleichsspannung, welche die Spannung über dem Spannungsteiler R2/R3 stabilisiert. Daher ist das den Transistor T2 steuernde Potential bzw. dessen Steuerstrom stabilisiert, so dass dieser Transistor T2 einen hochstabilisierten Strom der Basis des Multikollektortransistors S3 einprägt. Zwei Kollektoren des die weitere konstante Quelle bildenden Multikollektortransistors S3 sind mit den Steuerelektroden des Differenzverstärkers T15/T16 verbunden, so dass diese Steuerelektroden mit stabilisierten Strömen betrieben werden. Ausserdem sind Kollektoren des Multikollektortransistors S3 mit den Steuerelektroden von Transistoren T17, T18 verbunden, welche den Zustand des Transistors T18 abhängig vom Aktivierungssignal EN steuern und zusätzlich stabilisieren, so dass der Transistor T18 zwei stabilisierte, durch das Aktivierungssignal EN definierte Zustände aufnehmen kann, nämlich einen gut definierten gesättigten und einen nichtleitenden Zustand. Die Verknüpfungsschaltung V enthält hier zur Förderung der Stabilisierung also zusätzlich den Transistor T1 als Vorverstärker sowie die dem gleichen Zweck dienende Zenerdiode D4.

Die Diode D5 leitet bei I = H den Konstantstrom des T6 über D7 zum Masseanschluss E des Treiberbausteins ab. Die Diode D5 begrenzt also den Spannungsanstieg an der Basis von T15 und verhindert die Sättigung von T15 und einen eventuell möglichen Basis-Emitter-Durchbruch von T16. Die Diode D5 bewirkt also bei I = H ein konstantes Potential an der Basis von T15 und somit einen konstanten Einprägestrom an die Basis des Multikollektortransistors S3.

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Es hat sich erwiesen, dass das in Fig. 3 gezeigte Beispiel wegen der durch die Stabilisierungen erreichten Riesentoleranz sogar mit 36 V zwischen USI und US2 betrieben werden kann, nämlich mit + 18 V an USI und -18 V an US2. Dieses gleiche Beispiel kann jedoch auch mit 13,6 V zwischen USI und US2 betrieben werden, nämlich mit nur 6,8 V an USI und mit —6,8 V an US2, ohne den Ausgangsstrom durch das Organ RE wesentlich zu beeinflussen.

Dadurch, dass die Gegentakttransistoren Al, A2 durch Dioden D9, D8 gegenüber Spannungen geschützt werden, können auch Relais als Organe RE an den Ausgang Q des Treiberbausteins angeschlossen werden. Es werden nämlich beim Abschalten des Relais am Ausgang Q auftretende hohe Spannungsspitzen von den Gegentakttransistoren Al, A2 ferngehalten.

Der in Fig. 3 gezeigte Treiberbaustein kann wegen der erreichten Riesentoleranz sogar noch mit Gleichstromversorgungsspannungen bis herab zu 6,8 V störungsfrei betrieben werden und den vorbestimmten, eng tolerierten Gleichstrom am Ausgang Q an das Organ RE liefern falls das Organ RE nur mit Ausgangsströmen der einen Polarität, also nicht mit Ausgangsströmen beider Polaritäten zu steuern ist. Das Organ RE kann dann also z. B. ein unpolarisiertes Relais sein. In diesem Falle kann nämlich der Erdungsanschluss E mit dem Anschluss US2 kurzgeschlossen werden. Falls dann kein Aktivierungssignal EN vorliegt ist der Ausgang Q in seinen hochohmigen Zustand, weil T18 nichtleitend und also auch die Multikollektortransistoren SI, S2 nichtleitend sind, so dass sowohl der Gegentakttransistor A2 als auch der Gegentakttransistor AI nichtleitend sind.

Falls hingegen ein Aktivierungssignal EN anliegt, ist abhängig vom Ausgangsstrompolaritätssignal I entweder T16 oder T15 und damit entweder S1 oder S2 leitend, so dass entweder AI oder A2 leitend ist. Falls der Gegentakttransistor AI leitend ist, fliesst praktisch kein Ausgangsstrom durch das an den Ausgang Q angeschlossene Organ RE, falls am Anschluss UM Erdpotential liegt. Falls aber der Gegentakttransistor A2 leitend ist, fliesst ein Ausgangsstrom durch das Organ RE, und zwar mit enger, vorgegebener Toleranz, sogar dann, falls die Spannung zwischen den Anschlüssen UM und USI und zwischen E und USI jeweils nur noch 6,8 V beträgt - entsprechend der etwa ähnlich grossen Zenerspannung der Zenerdiode D7 in der Verknüpfungsschaltung V. Bei dieser «unpolarisierten» Betriebsweise kann jedoch die Spannung jeweils zwischen UM und USI und zwischen E und USI ohne Störung des Betriebs auch stark erhöht werden, z. B. auf 30 V. Auch bei dieser Betriebsweise ist also eine Riesentoleranz gegeben, die hier •30 V - 6,8 V = 23,2 V also etwa das Dreieinhalbfache des Mindestwertes 6,8 V beträgt.

Für die Integration erwies sich als günstig, ein p-Substrat mit pnp-Lateraltransistoren und npn-Transistoren, wie in Fig. 2 und 3 gezeigt, zu verwenden. Die Schutzdioden D8/D9 die die Gegentakttransistoren gegen Abschaltspannungsspitzen von einem durch ein Relais gebildeten Organ RE schützen sollen, sind dann ebenfalls leicht integrierbar. Insbesondere kann dann eine besondere Schutzdiode D9 weggelassen werden, weil die Anordnung der Gegentakttransistoren auf dem Substrat dann so ist, dass die Schutzdiode gleichsam bereits durch eine parasitäre pn-Diode zwischen Substrat und Kollektor des T23 gebildet wird.

Vorstehend ist ein integrierter Treiberbaustein mit bipolaren Transistoren behandelt, der einen Ausgangsgegentaktverstärker hat, der durch zwei in Reihe liegende getrennt steuerbare Gegentakttransistoren gebildet ist. Der Ausgangsverstärker weist einen Dreizustands-Ausgang auf. Jeder der beiden Gegentakttransistoren wird über eine Konstantsstromquelle gesteuert, die nur dann Strom liefernd geschaltet ist, wenn der betreffende von ihr angesteuerte Gegentakttransistor in seinen leitenden Zustand gesteuert werden soll. Dieser Treiberbaustein ist zur Steuerung bipolarer Fernsprechrelais geeignet. Zur Schaffung von Konstantstromquellen sind Multikollektortransistoren ausnutzbar, die an sich bekannt sind (siehe DT-AS 1036 315, DT-OS 2 256 640).

Im folgenden wird gezeigt, wie diese Technik mit einem besonders geringen Aufwand zustande zu bringen ist.

Hierzu werden als Konstantstromquellen Kollektoren eines einzigen Multikollektortransistors benutzt, und das Stromlieferendschalten zwecks Ansteuerung der Gegentakttransistoren wird durch Hochohmigschalten von Schaltmitteln bewirkt, die individuell an die betreffenden Kollektoren angeschlossen sind und durch die sonst der Kollektorstrom vom betreffenden Gegentakttransistor ferngehalten wird. Da als Konstantstromquellen die Kollektoren eines einzigen Multikollektortransistors benutzt wird, ergibt sich ein besonders geringer schaltungstechnischer Aufwand, und es lässt sich der Baustein in integrierter Technik besonders leicht herstellen. Diese Technik ist aber auch von Vorteil, wenn es sich um einen diskreten Bauelementen zusammengeschalteten Baustein handelt.

Der Baustein wird im folgenden anhand der Fig. 4 und 5 näher erläutert. Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild, das den Ausgangsgegentaktverstärker und die Konstantstromquellen umfasst. Fig. 5 zeigt den schaltungstechnischen Aufbau dieser Teile des Bausteins.

In dem Blockschaltbild des Bausteins gemäss Fig. 4 sind diejenigen Teile gezeigt, die für die Erläuterung von Bedeutung sind. Dazu gehören die beiden Stufen Al 1 und A22 des Aus-gangsgegentaktverstärkers. Diese beiden Stufen sind an die Klemmen mit den Spannungen Usi und Us2 der Betriebsspannungsquelle angeschlossen. Der Dreizustands-Ausgang ist mit Q bezeichnet. Dort kann entweder die Spannung Usi oder die Spannung Us2 geliefert werden, je nachdem, ob die Stufe Al 1 oder die Stufe A22 leitend gesteuert ist. Der Dreizustands-Aus-gang Q kann auch hochohmigsein, nämlich dann, wenn keine dieser beiden Stufen leitend gesteuert ist. Die Stufen All und A22 werden über die Konstantstromquellen Sil und S22 gesteuert. Diese Konstantstromquellen sind ihrerseits ebenfalls an die Klemmen mit den Spannungen Usi und Us2 angeschlossen. Über die Steuerklemmen Va und Vb kann das Stromlieferendschalten der Konstantstromquellen Sil undS22bewirkt werden.

In der Fig. 5 ist der pnp-Multikollektortransistor MKT gezeigt, dessen Kollektoren kl und k2 als Konstantstromquellen benutzt sind. An den Kollektor kl ist die eine Stufe des Aus-gangsgegentaktverstärkers angeschlossen, zu der die npn-Transistoren TI 11 und T112 gehören und an den Kollektor k2 ist die andere Stufe des Ausgangsgegentaktverstärkers angeschlossen, zu der die npn-Transistoren T221 und T222 gehören. Die Steuerklemme Va ist mit dem Kollektor kl und die Steuerklemme Vb ist mit dem Kollektor k2 verbunden. Zum Stromlieferendschalten der Konstantstromquellen dienen hier die schematisch dargestellten Schaltmittel va und vb, die wie Ruhekontakte wirken und die individuell an die Kollektoren kl und k2 über die Steuerklemmen Va und Vb angeschlossen sind. Im Ruhezustand wird daher der Kollektorstrom von den Stufen des Ausgangsgegentaktverstärkers und damit von den zugehörigen Gegentakttransistoren ferngehalten. Wird der Ruhekontakt va betätigt, so wird die Stufe mit den Transistoren TI 11 und T112 leitend gesteuert. Wird stattdessen der Ruhekontakt vb betätigt, so wird die Stufe mit den Transistoren T221 und T222 leitend gesteuert. Der Emitter des Multikollektortransistors MKT ist nämlich an die Klemme mit der Spannung Usi der Betriebsspannungsquelle angeschlossen, die hier positiv ist. Der Kollektor k3 und die damit verbundene Basis des Multikollektortransistors MKT ist über den Widerstand R an die Klemme mit der Spannung Us2 der Betriebsspannungsquelle angeschlossen, die hier negatives Potential hat. Diese Schaltungstechnik hat zur Folge, dass der Multikollektortransistor in

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einen Sättigungszustand gesteuert wird, so dass seine Kollektoren kl und k2 als Konstantstromquellen gut ausnutzbar sind. In der Fig. 5 ist noch zum Widerstand R der Transistor T in Reihe gelegt, der mit Hilfe der an seiner Basis liegenden Steuerspannung Us21 leitend gesteuert ist. Auf diese Weise kann der über den Widerstand R fliessende Strom stabilisiert werden, wodurch sich besonders konstante Betriebsverhältnisse ergeben.

Der von den Kollektoren des Multikollektortransistors gelieferte konstante Strom könnte direkt zum Steuern von Gegentakttransistoren des Ausgangsgegentaktverstärkers benutzt werden. Bei dem in Fig. 5 gezeigten Schaltungsbeispiel ist jedem Gegentakttransistor noch jeweils ein Steuertransistor vorgeschaltet. So ist dem Gegentakttransistor T112 der Steuertransistor Till und dem Gegentaktttansistor T222 der Steuertransistor T221 vorgeschaltet. Die Steuertransistoren dienen hier zur Stromverstärkung und werden zur Anpassung

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der Betriebseigenschaften des Multikollektortransistors MKT an die Betriebseigenschaften der Gegentakttransistoren T112 und T222 ausgenutzt. Mit Hilfe der Diode G22 und der Widerstände R111, R112 und R22 wird die richtige Arbeitsweise des 5 Ausgangsgegentaktverstärkers sichergestellt.

Die als Ruhekontakte in der Fig. 5 dargestellten Schaltmittel va und vb können z. B. durch Transistoren realisiert sein, die durch Steuersignale fallweise leitend gesteuert werden, dagegen im Ruhezustand gesperrt gesteuert sind.

io Den Transistoren TI 11 und TI 12 ist die Diode Gl 1 vorgeschaltet. Sie dient zum Schutz dieser Transistoren, wenn der Dreizustands-Ausgang Q zusammen mit anderen derartigen Ausgängen von Bausteinen an dieselbe Busleitung angeschlossen ist. Es wird dann verhindert, dass die Emitter-Basis-Strek-15 ken dieser Transistoren im Sperrzustand durch eine Spannung, die dem Ausgang Q zugeführt wird, unzulässig hoch belastet werden.

G

2 Blatt Zeichnungen

Claims (20)

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   PATENTANSPRÜCHE

   1. Integrierter Treiberbaustein mit bipolaren Transistoren sowie mit einem Ausgangsgegentaktverstärker, der durch zwei in Reihe liegende, getrennte steuerbare Gegentakttransistoren gebildet wird, wobei der Ausgangsverstärker einen Dreizu-stands-Ausgang aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der beiden Gegentakttransistoren (A1/A2, T23/T20, Al 1/A22, TI 12/T222) des Ausgangsgegentaktverstärkers über eine nur dann stromliefernd geschaltete Konstantstromquelle (S1/S2, SI 1/S22, MKT) angesteuert wird, wenn der betreffende von ihr angesteuerte Gegentakttransistor in seinen leitenden Zustand gesteuert ist.
2. 2. Treiberbaustein nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine von einem Aktivierungssignal (EN) gesteuerte Verknüpfungsschaltung (V) vorgesehen ist, über deren Ausgang bzw. deren Ausgänge die Gegentakttransistoren (Al ; A2) steuerbar und/oder deren zugeordnete Konstantstromquellen (SI, S2) schaltbar sind, so dass bei Fehlen des Aktivierungssignals (EN = L) keiner der beiden Gegentakttransistoren in seinen leitenden Zustand gesteuert ist.
3. 3. Treiberbaustein nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen die Verknüpfungsschaltung (V) und den Gegentakttransistoren (Al, A2) die von der Verknüpfungsschaltung (V) geschaltete(n) Konstantstromquelle(n) (SI, S2) eingefügt ist bzw. sind.
4. 4. Treiberbaustein nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei seiner Signaleingänge (I, EN) und den beiden Gegentakttransistoren (Al, A2) die Verknüpfungsschaltung (V) eingefügt ist, die ihrerseits zwei Eingänge und zwei Ausgänge enthält, dass dem ersten Verknüpfungseingang das Aktivierungssignal (EN) und dem zweiten Verknüpfungseingang ein die Polarität des Treiberbausteins-Ausgangsstro-mes bestimmendes Ausgangsstrompolaritätssignal (I) zugeführt ist und dass über die beiden Ausgänge der Verknüpfungsschaltung (V) mittelbar oder unmittelbar jeweils ein eigener der beiden Gegentakttransistoren steuerbar ist.
5. 5. Treiberbaustein nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verknüpfungsschaltung (V) eine weitere konstante Quelle (S3) aufweist, die die Ströme des Ausgangs der Verknüpfungsschaltung (V) stabilisiert, so dass die Verknüpfungsschaltung einen dem Ausgangsstrompolaritätssignal (I) entsprechenden stabilisierten Strom liefert.
6. 6. Treiberbaustein nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei jedem Gegentakttransistor ein Blockiertransistor (Kl, K2) angebracht ist, der beim Umsteuern des Gegen-takttransistors vom leitenden in den nichtleitenden Zustand niederohmig ein Sperrpotential dem Gegentakttransistor zuführt.
7. 7. Treiberbaustein nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die geschaltete(n) Konstantstromquelle(n)(Sl, S2) durch einen Multikollektortransistor (T9/T10/Tl 1 ) gebildet wird/werden und dass deren Basis jeweils ein abhängig vom Ausgangsstrompolaritätssignal (I) gesteuerter, stabilisierter Gleichstrom zugeführt ist.
8. 8. Treiberbaustein nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste der Kollektoren (T13, T10) mit dem Steueranschluss des zugeordneten Gegentakttransistors und der zweite der Kollektoren (T14, T9) jeweils mit dem Steueranschluss eines der Blockierschalter (Kl, K2 bzw. T24) verbunden ist, der seinerseits - während der Steuerung des mit der Emitter-Kollektorstrecke des Blockierschalters verbundenen Gegentakttransistors (Al, A2) von dessen leitenden in dessen nichtleitenden Zustand - ein zusätzliches, diesen Gegentakttransistor in den sperrenden Zustand steuerndes Sperrpotential diesem Gegentakttransistor zuführt.
9. 9. Treiberbaustein nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Multikollektortransistor im eingeschalteten Zustand gesättigt ist.
10. 10. Treiberbaustein nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der mit dem Steuereingang des Gegentakttransistors mit seiner Emitter-Kollektorstrecke verbundene Blockierschalter (Kl, K2) in den leitenden Zustand gesteuert ist, wenn der verbundene Gegentakttransistor (A1, A2) in den nichtleitenden Zustand gesteuert ist, und umgekehrt.
11. 11. Treiberbaustein nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Blockierschalter (Kl) des einen Gegentakttransistors (AI) jeweils von der den anderen Gegentakttransistor (A2) direkt steuernden Konstantstromquelle (S2) gesteuert ist.
12. 12. Treiberbaustein nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegentakttransistoren (Al, A2) jeweils durch eine Schutzdiode (D8, D9) gegen Abschaltspan-nungsspitzen eines am Bausteinausgang (Q) angeschlossenen Relais (RE) geschützt sind.
13. 13. Treiberbaustein nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegentakttransistoren Dreischicht-Transistoren, und zwar npn-Transistoren sind.
14. 14. Treiberbaustein nach Patentanspruch 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass die den einen Gegentakttransistor (AI) schützenden erste Schutzdiode (D9) durch einen Sub-strat-Kollektor-pn-Übergang zwischen Substrat und Kollektor dieses Gegentakttransistors (AI) gebildet ist.

    13- Treiberbaustein nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Konstantstromquelle jeweils ausreichend Strom zur Steuerung des zugeordneten Gegentakttransistors in dessen gesättigten Zustand liefert.
15. 16. Treiberbaustein nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Gegentakttransistor eine ihm eigene Konstantstromquelle zugeordnet ist.
16. 17. Treiberbaustein nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beiden Gegentakttransistoren gemeinsam die gleiche Stromkonstantquelle zugeordnet ist.
17. 18. Treiberbaustein nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Konstantstromquellen die Kollektoren eines einzigen Multikollektortransistors (MKT) sind, dass das Stromlieferendschalten zwecks Ansteuerung der Gegentakttransistoren durch Hochohmigschalten von Schaltmittel (Va, Vb) bewirkt ist, die individuell an die betreffenden Kollektoren (kl, k2) angeschlossen sind und durch die sonst der Kollektorstrom vom betreffenden Gegentakttransistor (TI 12, T222) ferngehalten wird.
18. 19. Baustein nach Patentanspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kollektor (k3) und die damit verbundene Basis des Multikollektortransistors (MKT) über einen Widerstand (R) an die eine Klemme (Us2) und dass sein Emitter an die andere Klemme (Usi) der Betriebsspannungsquelle angeschlossen sind.
19. 20. Baustein nach Patentanspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der über den Widerstand (R) fliessende Strom durch einen zum Widerstand (R) in Reihe liegenden und leitend gesteuerten Transistor (T) stabilisiert ist.
20. 21. Baustein nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Gegentakttransistor (TI 12, T222) ein Steuertransistor (TI 11,T221) vorgeschaltet ist.