DD235983A1 - Raumsicherungssystem - Google Patents

Abstract

Das Anwendungsgebiet der Erfindung liegt im Bereich der allgemeinen Elektronik, der BMSR-Technik, Rundfunk- sowie KFZ-Technik und ermoeglicht, bedingt durch die direkte Ein- und Abschaltbarkeit durch kurze Impulse auf die Steueranschluesse, eine Optimierung von Schaltproblemen. Das Ziel der Erfindung liegt in der Schaffung einer Schaltungsanordnung mit Thyristoreigenschaften mit geringen Kosten bei diskreten Bauelementen bzw. einer einfachen Herstellungstechnologie fuer ein Ein-Chip-Thyristor. Aufgabengemaess besteht die Loesung darin, dass bei einer der 5 dargestellten Varianten 3 Transistoren und 1 Widerstand zu einer solchen Schaltungsanordnung verschaltet werden, die 1 Katoden-, 1 Anoden- sowie 2 Steueranschluesse besitzt und neben typischen Thyristoreigenschaften eine direkt steuerbare leistungsarme Abschaltbarkeit aufweist.

Description

Titel der Erfindung

Schaltungsanordnung rait Thyris to reigenschaft en,

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Schaltungsanordnung kann aus diskreten Bauelementen aufgebaut, oder, da sie sich besonders zur Realisierung eines neuartigen Thyristorbauelementes eignet, auch ausgeführt als Ein-Chip-Thyristor eingesetzt werden in allen bisherigen Anwendungsbereichen von bisher üblichen Thyristoren, beim Betrieb mit Gleich- oder Wechselspannung. Durch die direkte Ein- und Abschaltbarkeit mittels leistungsarmer Steuerimpulse auf Steueranschlüsse ergeben sich vielseitige neue Möglichkeiten der Optimierung von Schaltproblemen-insbesondere in der allgemeinen Technik, MSR Elektronik, Rundfunktechnik und KfZ-Teehnik*

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Aus der DD-PS 15 40 49 ist ein steuerbares Halbleiterbauelement bekannt, das ein Ein- und Abschalten der Gesamtanordnung mittels'einer Steuerspannung, die an die Steuerelektrode angelegt wird, ermöglicht·

Nachteilig an dieser Lösung ist, daß bei dem beschriebenen mittels Feldeffekt ansteuerbaren Halbleiterbauelement ständig eine Steuerspannung anliegen muß, um den eingeschalteten Schaltzustand aufrechterhalten zu können.

Aus der DS-OS 2β 22 193 ist ein integrierter Thyristor mit verstärkender Steuerelektrode und steuerelektrodenunterstützt er Abschält fähigke it bekannt, v/o bei der Thyristor einen Haupt- und einen Pilot thyristor umfaßt, die dadurch gekennzeichnet sind, daß vermittels einer negativen Steuerspannung, die an die Steuerelektrode des Pilotthyristors angelegt wird, dieser eingeschaltet wird und der daraus folgende Anodenstrom als ein Steuerelektrodenstrom auf den Hauptthyristor wirkt und diesen ebenfalls einschaltet. Dagegen erfolgt ein Abschalten des Thyristors durch einen positiven Steuerelektrodenstrom. .

Nachteilig an dieser Lösung ist die komplizierte innere Beschaltung des Thyristors und daraus'folgend der hohe Aufwand bei der Herstellung.

Es ist ferner eine Vielzahl von Schaltungsanordnungen bekannt, die ein einem absehaltbaren Thyristor ähnliches Verhalten zeigen. Diese Schaltungen besitzen in der Regel einen zum Teil wesentlich höheren· Aufwand hinsichtlich der erforderlichen Bauelementeanzahl und/oder funktionieren -nach ganz anderen Wirkprinzipien. So wird in der DB-AS 1180779 eine Schaltung zum An- und Abschalten einer Last beschrieben, wobei 2 Thyristoren, 1 Z-Diode, 4 Widerstände und 1 Kondensator benötigt werden. Neben einem hohen Bauelemente aufwand liegt eine völlig andere Wirkungsweise vor«

In dem Franz. Pat. 1360312 wird ein elektronischer Ein- und Ausschalter für Gleichstrom beschrieben, der neben 2 Thyratrons weitere Bauelemente enthält und der damit neben einem hohen Aufwand ebenfalls nach einem anderen elektronischen Prinzip wirksam wird.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, durch eine minimale Anzahl diskreter Bauelemente eine voll funktionsfähige

ein- und wieder abschaltbare Schaltungsanordnung zu schaffen, die sich auszeichnet durch geringe Kosten bei der Herstellung aus diskreten Bauelementen und durch eine einfache Herstellungstechnologie bei der Realisierung als ein Bin-Chip-Bauelement mit Thyristoreigenschaften.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, durch geeignetes Zusammenschalten von wenigen diskreten Bauelementen, wie Transistoren, Widerständen und Dioden, eine nach einem solchen Wirkungsprinzip arbeitende Schaltungsanordnung aufzubauen, die neben typischen Thyristoreigenschaften auch eine direkt steuerbare leistungsarme Abschaltbarkeit aufweist und darüber hinaus eine leichte Integrierbarkeit der Gesamtanordnung ermöglicht.

Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe so gelöst, d!aß der Kollektor eines Transistors T 1 mit dem Emitter eines Transistors T2 und die Basis von T1 mit dem Kollektor von T2 zu einer Darlingtonschaltung verbunden sind. T2 ist dabei zu T1 ein komplementärer Transistor. Ferner ist von T2 die Basis mit dem Kollektor eines weiteren Transistors T3» sowie der Kollektor von T2 mit der Basis von T3 zu einer Thyristorschaltung verbunden. Dabei ist T3 ein zu T2 komplementärer Thyristor. Ferner ist der Emitter von T3 über einen ?/iderstand R6, der auch als Diode ausgeführt sein kann, mit dem Emitter von T1 verbunden. Diese Schaltanordnung ist nun derart mit Anschlüssen versehen, daß der Emitteranschluß von T1 als Katodenanschluß, der Kollektor von T1 als Anodenanschluß, die Basis von T1 als positiver Steueranschluß und der Emitter von T3 als negativer Steueranschluß herausgeführt werden, wobei die Transistoren insgesamt auch komplementär vertauscht angeordnet sein können.

Als 2. Ausführungsvariante wird eine Schaltanordnung wie

oben beschrieben angegeben, nur daß die Basis des Transistors T3 mit dem Kollektor eines weiteren Transistors T4 und der Emitter von T3 mit dem Emitter von T4 verbunden sind, wobei T4 zu T3 komplementär ist. Weiterhin ist der Kollektor von T4 mit dem Katodenanschluß einer in dieser Variante zusätzlichen Diode D verbunden, ferner die Basis von T4 mit dem Anodenanschluß von D. Der Basisanschluß von T4 wird als Steueranschluß herausgeführt.

Als 3. Variante wird die Ausführung der 2. Variante, bei der allerdings Emitter- und Kollektoranschluß von T4 vertauscht sind, angegeben.

Als 4. Beispiel der Erfindung wird eine Schaltanordnung wie oben (1. Variante) beschrieben, bei der die Basis von T3 mit dem Kollektor von T5 und die Emitter von T3 und T5 miteinander verbunden sind. Dabei sind die Basis und der Kollektor von T5 als Steueranschlüsse getrennt herausgeführt, T3 und T5 sind vom gleichen Leitungstyp.

Als 5. Ausführung wird eine Schaltanordnung beschrieben, die wie die 4. Variante aufgebaut ist, bei der jedoch Emitter- und Kollektoranschluß von T5 vertauscht sind.

Ausführungsbeispiele & .

Die Erfindung. vd.rd an Ausführungsbeispielen näher erläutert und zeigt in

- - Fig. 1: Grundschaltung der Erfindung mit 3 Transistoren und 1 Widerstand

Pig. 2: Erweiterte Grundschaltung mit zusammengefaßten Ein- und Abschaltanschlüssen, einer Diode 7 und einem zusätzlichen Transistor 4

Pig. 3: Schaltungsanordnung nach Pig. 2, bei der Emitter-

und Kollektoranschluß des zusätzlichen Tränsitors vertauscht angeordnet sind

Pig. 4: Erweiterte Grunäschaltung und getrennt herausgeführten Bin- und Abschaltsteueranschlüssen, einem zusätzlichen Transistor 5 *

, Pig. 5: Schaltungsanordnung nach Pig. 4, "bei der Emitter- und Kollektoranschluß vertauscht angeordnet sind

Wie aus Fig. 1 zu entnehmen ist, kann zwischen dem Katodenanschluß 9 und dem Anodenanschluß 8 eine Spannung der- art angelegt werden, daß der positive Pol an der Anode und der negative an der Katode anliegt, es erfolgt dann kein Stromfluß. Wenn jedoch eine positive Steuerspannung an den Steueranschluß 10 angelegt wird, so wird T3 auf Durchgang geschaltet, dieser schaltet wiederum mittels seines Kollektoranschlusses,T2 auf Durchgang und dieser steuert dann mittels seines Kollektoranschlusses über die Basis von T1 auch 11 auf Durchgang. Durch die dabei gleichzeitig auftretende positive Rückkopplung zwischen T2 und 13 wird dieser Schaltzustand auch nach Wegnahme der Steuerspannung aufrechterhalten. Wird danach eine positive' Steuerspannung, dessen Potential höher als das Basispotential von T3 ist, .an.den Steueranschluß 11 angelegt, so wird T 3 gesperrt und die Schaltungsanordnung kippt wieder in den ausgeschalteten Zustand zurück. Ein Abschalten kann auch ohne Steuersignal durch kurzzeitigen elektrischen Kontakt der beiden Steueranschlüsse 10 und 11 miteinander erfolgen, dabei wird ebenfalls Transistor T3 gesperrt und die Schaltungsanordnung kippt wieder in den ausgeschalteten Zustand zurück.

Pur die Ausführung 1 wurde z. B. die Schaltung mit folgenden diskreten Bauelementen ausgeführt T1 = SP 128 B, T2 = KT.326 B, T3 = SS 108 C und R = 150 i2 bei Ü_A__K = β Υ . sowie last R,- = 50 Q. ·

Aus der Pig. 2 ist zu entnehmen, daß wie bei der Pig. 1 ein Einschalten durch eine positive Steuerspannung auf die Basis von T3 gegeben, erfolgen kann, nur wird jetzt diese Steuerspannung über eine Diode 7 eingekoppelt. Eine negative Steuerspannung an die Basis von T4 gelegt schaltet 14' auf Durchgang und schließt damit Emitter- und Basisanschluß von T3 kurz, wo durch T3 sperrt und damit ein Abschalten der Schaltungsanordnung erfolgt. Da der Anodenansciiluß der Diode 7 und der Basisanschluß von T4 miteinander verbunden sind, genügt eine v/echselnde Polarität der Steuerspannungen die an dein gemeinsamen Steueranschluß 12 angelegt werden um jeweils Ein- oder Abzuschalten.

Wie aus Pig. 3 ersichtlich ist, sind die Emitter- und Kollektoranschlüsse von T4 vertauscht angeordnet gegenüber der Ausführung 2. Die Punktionsweise ist die gleiche wie unter Ausführung 2 beschrieben.

Pur die Ausführung 2 und 3 wurden z. B. die Schaltungen mit folgenden diskreten Bauelementen ausgeführt T1 = SP 128 B, T2 = KT 326 B, T3 = SS 108 C, T4 = KT 326 B, D =' SAY 12 und R = 150 Ω bei U_A__K = 6 V und last

Wie aus Pig. 4 ersichtlich sind bei einer.Anordnung nach

Ausführung 1 die Basis von T3 mit dem Kollektor von T5

und außerdem die Emitter von T5 und T3 miteinander verbunden.

Wird jetzt an den Steueranschluß 10 eine positive Steuerspannung angelegt so erfolgt ein Einschalten, wie es bei Ausführung 1 beschrieben wurde. Wird dagegen eine positive Steuerspannung an den Steueranschluß 13 angelegt, so schaltet T5 auf Durchgang und schließt damit die Emitter- und Basisanschlüsse von T3 kurz, wodurch wie bei Ausführung 1 abgeschaltet Wird.

Wie aus Fig. 5 ersichtlich, ist, sind Emitter- und Kollektoranschlüsse vertauscht angeordnet gegenüber Ausführung 4. Die Funktionsweise der Schaltungsanordnung ist die gleiche wie unter Ausführung 4 beschrieben.

Für die Ausführungen 4 und 5 wurden z. B. die Schaltungen mit folgenden diskreten'Bauelementen ausgeführt T1 = SF 128 B, T2 = KT 326 B, T3 = SS 108 C, 14 = ss 108 E, R= 150 Ω. bei U_A__K = 6 V und Last R_L = 50 Q. .

Bei allen beschriebenen Ausführungen bezieht der aus den _ Transistoren T2 und T3 gebildete Steuerthyristor, der den Transistor T1 schaltet seinen Haltestrom über den Emitterwiderstand 6. Der Emitterwiderstand 6 kann dabei relativ stark streuende Werte aufweisen, ohne die Funktionsfähigkeit der Schaltungsanordnung zu stören. Der ¥/iderstandswert wird nach unten dadurch begrenzt, daß der nötige Abschaltsteuerstrom ansteigt mit kleiner werdendem Wider-stand. Hingegen wird der Widerstandswert dadurch nach oben hin begrenzt, daß bei Überschreiten eines Maximalwertes der Haltestrom des Steuerthyristors unterschritten wird.

Als günstig wird deshalb ein Widerstandswert angesehen, der etwa im Bereich von einem bis mehreren hundert 0hm liegt. Die Stromverstärkung der einzelnen Transistoren selbst sollte nicht zu hoch liegen, da sonst beim Betrieb ein unkontrollierbares Einschalten der Gesamtanordnung die Folge sein kann.

Die beschriebenen Schaltungsanordnungen können aus diskreten Bauelementen aufgebaut, aber auch als innere Schaltung eines Ein-Chip-Thyristors realisiert werden, wobei von der zur Zeit am besten technologisch beherrschten Transistortechnologie ausgegangen v/erden kann. So kann

z. B. bei der Ausführung 1 von einer Darlington-Transistor Struktur ausgegangen werden, auf die noch ein Transistor und ein Widerstand aufgesetzt und entsprechend der Ausführung 1 kontaktiert werden.

Diese Variante ist z. B. eine Alternative zu den Thyristoren mit nur einer Einsehaltelektrode, da.im wesentlichen an den Steuerthyristor, bestehend aus T2 und 13» nu# die Forderung nach der Spannungsfestigkeit gestellt wird, was eine wesentliche Erhöhung der Pertigungsausbeute gegenüber den bisher gefertigten Einsehaltthyristoren erwarten läßt. , .

Claims (5)

Erfindungsanspruch

1. Schaltungsanordnung mit Thyristoreigenschaften, bei der ein komplementärer Darlingtontransistor und eine Thyristoranordnung miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein Transistor (2), der komplementär zu einem Transistor (1) ist, mit dem Transistor (1) einen komplementären Darlingtontransistor und zugleich mit einem Transistor (3)» zu dem er ebenfalls komplementär ist, einen Thyristor aufbaut,- dabei sind der Kollektor des Transistors (1) mit dem Emitter des Transistors (2), die Basis des Transistors (1) mit dem Kollektor von Transistor (2), die Basis von Transistor (2) mit dem Kollektor von Transistor (3), der Kollektor des Transistors (2) mit der Basis des Transistors

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis von Transistor (3) mit dem

Kollektor eines weiteren Transistors (4) und der Emitter von Transistor (3) mit dem Emitter von Transistor (4) verbunden sind, wobei Transistor (4) komplementär zu Transistor (3) ist, und der Kollektor von Transistor

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2 gekennzeichnet dadurch, daß Emitter- und Kollektoranschluß von Transistor (4) vertauscht angeordnet sind.

(3) verbunden, und der Emitter des Transistors (3).

ist über einen Widerstand (6), der auch als Diode ausgeführt sein kann, mit dem Emitter des Transistors (1) verbunden, wobei die Schaltungsanordnung derart mit Anschlüssen versehen ist, daß der Emitteranschluß von Transistor (1) als Katodenanschluß (9), der Kollektor des Transistors (1) als Anodenanschluß (8), die Basis von Transistor (1) als Einschaltsteueranschluß (10) und der Emitter von Transistor (3) als Abschalteteueranschluß (11) herausgeführt werden, hierbei können die Transistoren insgesamt auch komplementär vertauscht angeordnet sein.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, daß die Basis von Transistor (3) mit dem Kollektor eines Transistors (5) und die Emitter der Transistoren (3) und (5) miteinander verbunden sind, sowie die Basis und der Kollektor von Transistor (5) als Steueranschlüsse (13) und (10) getrennt herausgeführt sind, wobei Transistor (3) und (5) vom gleichen Leitungstyp sind, hierbei können auch die Transistoren insgesamt komplementär vertauscht angeordnet sein.

(4) mit dem Katodenanschluß einer Diode (7), sowie die Basis von Transistor (4) mit dem Anodenanschluß der Diode (7) verbunden sind und der Basisanschluß von Transistor (4) als SteueranSchluß (12) herausgeführt ist, hierbei können auch die Transistoren insgesamt komplementär vertauscht angeordnet sein, bei gleichzeitig umgepolt geschalteter Diode 7.

5· Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 gekennzeichnet dadurch, daß Emitter- und Kollektoranschluß von Transistor (5) vertauscht angeordnet sind.

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen