DE1005559B - Anordnung zur abwechselnden Einschaltung mehrerer Verbraucher - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum abwechselnden Schalten eines oder mehrerer Verbraucher mit Hilfe mehrerer in einer bistabilen, monostabilen oder astabilen Kippschaltung angeordneter, steuerbarer Halbleiter, vorzugsweise Transistoren. Dabei übernimmt ein Halbleiter sowohl den Kippvorgang als auch d!as Schalten eines Verbrauchers. Kippschaltungen sind an sich bekannt. Sie zeichnen sich dadurch aus, daß sie verschiedene Ruhelagen haben und die Schaltung bei entsprechendem Anstoß oder nach einem eigenen Rhythmus von der einen Ruhelage in die andere umkippt. Es ist bereits vorgeschlagen worden, eine derartige Kippschaltung mit steuerbaren Halbleitern, vorzugsweise Transistoren, zum Einschalten von Verbrauchern ziu verwenden. Dabei liegen die Verbraucher in Reihe zu den Transistoren mit im Kippkreis, so daß die Spannung der Verbraucher durch die Kippspannung mehr oder weniger bestimmt ist. Eine derartige Schaltanordnung ist jedoch in vielen Fällen nicht zu verwenden insbesondere bei wesentlicher Änderung des Lastwiderstandes während des Betriebs. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, in einer derartigen Kippschaltung dlie Verbraucher so anzuordnen, daß ihre Spannung von der Kippspannung unabhängig wird und sie möglichst geringe Rückwirkungen auf den Kippvorgang haben.

Erfindungsgemäß ist der Verbraucher in Reihe mit seiner Stromquelle parallel zu dem in der Kippschaltung angeordneten Halbleiter geschaltet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist für einen bistabilen Fall in Fig. 1 dargestellt. Die Kippschaltung besteht aus den Transistoren 1 und 2 vom Typ n-p-n, deren Emitter über den Widerstands mit dem Erdpotential und deren Kollektor über die Widerstände 4 und 5 mit der Spannungsquelle 6 verbunden sind. Die Basisspannung wird durch Spannungsteilerwiderstände 7 und 8 bzw. 9 und 10 gegeben, welche jeweils mit dem Kollektorpotential des anderen Transistors verbunden sind.

Ist beispielsweise der Transistor 1 geschlossen, so besteht ein Stromkreis von der Spannungsquelle 6 über die Widerstände 4, 9 und 10 nach Erde. Dabei sind diese Widerstände so¹ bemessen, daß die Basis des Transistors 2 eine geringe positive Vorspannung gegenüber dem Emitter hat, so daß der Transistor 2 geöffnet ist. Damit ist aber das Kollektorpotential annähernd gleich dem Emitterpotential der beiden Transistoren, das dem Spannungsabfall an Widerstand 3 entspricht, so daß die Basis des Transistors 1 bei geeignet gewählten Spannungsteilerwiderständen 7 und 8 eine negative Vorspannung gegenüber dem Emitter erhält und damit Transistor 1 geschlossen bleibt. In dieser einen Ruhelage der Kippschaltung ist infolge Anordnung zur abwechselnden
Einschaltung mehrerer Verbraucher

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke

Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dipl.-Phys. Helmut Schwab, Nürnberg,
ist als Erfinder genannt worden

des geschlossenen Transistors 1 der Gleichrichter 12 geöffnet, während der Gleichrichter 13 geschlossen ist.

Gelangt nunmehr an die Klemme 11 ein negativer Spannungsstoß, so kann dieser nur über den Gleichrichter 12 und die Widerstände 9und 10 zu der anderen Klemme 11° gelangen, nicht aber über den Gleichrichter 13. Der parallel zum Widerstand 9 geschaltete Kondensator bedeutet für den Impuls praktisch einen Kurzschluß, so daß die gesamte negative Spannung an der Basis des Transistors 2 anliegt und diesen Transistor schließt. Damit steigt das Kollektorpotential am Ausgang des Widerstandes 5, so daß der Transistor 1 über den Widerstand 5 und die Spannungsteilerwiderstände 7 und 8 eine positive Vorspannung erhält und öffnet. Beim öffnen des Transistors 1 sinkt aber das Kollektorpotential dieses Transistors auf einen geringen Wert oberhalb dies Erdpotentials, so daß nunmehr die Basis des Transistors 2 dauernd eine negative Vorspannung erhält und damit geschlossen bleibt.

In dieser zweiten Ruhelage der Kippschaltung ist aber der Gleichrichter 13 geöffnet, während der Gleichrichter 12 geschlossen ist, so daß der nächste negative Spannungsstoß von der Elektrode 11 nicht mehr über den Gleichrichter 12 an die Basis des Transistors 2 gelangen kann, sondern über den Gleichrichter 13 an die Basis des Transistors 1. Damit schließt dieser zweite negative Spannungsstoß den Transistor 1, so daß in Wiederholung der vorbeschriebenen Vorgänge der Transistor 2 geöffnet wird.

Dieses abwechselnde öffnen und Schließen der Transistoren 1 und 2 bei jedem neuen Spannungsstoß,

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der von der Anschlußklemme 11 in die Kippschaltung können statt der dargestellten Transistoren auch gelangt, wird zum Schalten der Verbraucher 14 und andere steuerbare Halbleiter, beispielsweise magnet-15 ausgenutzt. Beide Verbraucher werden von einer feldabhängige Widerstände, verwendet werden, wobei Spannungsquelle 16 gespeist. Der Stromkreis für den in analoger Abwandlung der Strom durch die WiderVerbraucher 14 wird über den Transistor 1, derjenige 5 stände 8 und 10 zur Steuerung der Halbleiter verfür den Verbraucher 15 über den Transistor 2 ge- wendet werden kann. Weiterhin ist es möglich, statt schlossen. Man erkennt, daß der Verbraucher 14 oder der in Fig. 1 dargestellten bistabilen Kippschaltung 15 in Reihe mit der Spannungsquelle 16 parallel zu eine mono- oder eine astabile Schaltung zu verwenden, dem in der Kippschaltung angeordneten Transistor 1 Bei der astabilen Kippschaltung verlaufen die Schaltbzw. 2 geschaltet ist. Je nach der Ruhelage der Kipp- io vorgänge nach dem Eigenrhythmus der Kippschaltung, schaltung ist der Transistor 1 geöffnet und damit der Es ist auch möglich, mehr als zwei steuerbare HaIb-Verbraucber 14 eingeschaltet oder der Transistor 2 leiter zu verwenden, so daß sich weitere günstige und damit der Verbraucher 15. Schaltungsmöglichkeiten, beispielsweise mit drei In den Stromkreisen der Verbraucher 14 und 15 ist steuerbaren Halbleitern, die periodische Schaltung von jeweils ein Gleichrichter 17 bzw. 18 angeordnet. Diese 15 Drehstrom (Steuerung von Stromrichtern) oder bei Gleichrichter haben die Aufgabe, bei geschlossenem Verwendung von noch mehr steuerbaren Halbleitern, Transistor einen Kurzschluß des Kippweges über die beispielsweise zehn schaltenden Elementen in der Last zu verhindern. Ist beispielsweise der Transistor 2 Kippschaltung, die Steuerung von Schaltvorgängen geschlossen, so kann unter gewissen Voraussetzungen nach dem Zehnersystem ergeben. — beispielsweise bei sehr kleinem Potential der Span- 20 Zur Erläuterung, wie beispielsweise die Erfindung nungsquelle 16 gegenüber demjenigen der Spannungs- bei einer astabilen Kippschaltung unter Verwendung quelle 6 — ein Strom von der Spannungsquelle 6 über von drei steuerbaren Halbleitern angewendet werden den Widerstand 5, den Verbraucher 15, die Spannungs- kann, möge die Fig. 3 dienen. Die drei n-p-n-Transistoquelle 16 und den Widerstand 3 zur Erde fließen. In- ren 1, 2 und 30 sind über die Widerstände 4, 5 und 31 folge dieses Stromes erhöht sich der Spannungsabfall 25 an den positiven Pol einer Spannungsquelle 6 angeam Widerstand 5, so daß die verbleibende Spannung schlossen, deren anderer Pol geerdet ist. Die Steuerunter Umständen zum Öffnen des Transistors 1 nicht elektroden der Transistoren, in diesem Fall die Basen, mehr ausreicht. sind einerseits über Widerstände 7, 9 und 32 gleich-Den Verbraucherstrom I_L in Abhängigkeit von der falls an den positiven Pol der Spannungsquelle 6 anVerbraucherspannung Ui zeigt Fig. 2, wobei der Last- 30 geschlossen, andererseits über die Kondensatoren 33, widerstand = 0 gewählt war. Solange der zu dem ent- 34_, 35 mit dem Kollektor eines benachbarten Transprechenden Verbraucher gehörige Transistor ge- sistors verbunden.

schlossen ist, ist auch der Verbraucherstrom an- Die Wirkungsweise dieser Schaltung ist folgende: nähernd Null, d.h., die Kennlinie deckt sich mit der Es sei angenommen, daß der Transistor30 geschlossen Abszisse. Bei geöffnetem Transistor dagegen steigt 35 ist, während die Transistoren 1 und 2 geöffnet sind, der Verbraucherstrom mit der Verbraucherspannung, Dann hat sich der Kondensator 35 nahezu auf die beispielsweise entsprechend der Kennlinie M. volle Höhe der Spannung6 aufgeladen. Wird nunmehr Man erkennt, daß ein Verbraucherstrom überhaupt der Transistor 30 geöffnet, so sinkt das Kollektorerst von einer gewissen minimalen Verbraucherspan- potential dieses Transistors nahezu auf das Erdnung an fließen kann. Es ist dies die Grenzspannung, 40 potential, so daß von der entgegengesetzten Seite des welche gegeben ist durch den Spannungsabfall an dem Kondensators 35 bei Aufrechterhaltung der auf beiden endlichen Innenwiderstand des geöffneten Transistors. Seiten des Kondensators vorhandenen Spannungs-Die Steilheit der Kennlinie m ist abhängig von dem differenz eine starke negative Spannung auf die Basis Innenwiderstand des Transistors und der Gleichrichter des Transistors 1 gegeben wird und dieser Transistor 17 und 18 und wird mit fallendem Innenwiderstand 45 schließt. Solange der Transistor 1 geschlossen ist, in Durchgangsrichtung größer. lädt sich nunmehr der Kondensator 33 über denWider-Weiterhin ist im Kippstromkreis ein Gleichrichter stand 4 auf, während andererseits das negative Poten-19 bzw. 20 angeordnet, der einen Kurzschluß des Ver- tial an der Basis des Transistors 1 von der Spannungsbraucherstromkreises bei geschlossenem Transistor quelle 6 über den Widerstand 7 allmählich über Null verhindern soll. Ist etwa der Transistor leingeschaltet, 50 auf den positiven Maximalwert der Spannung 6 anso befindet sich im Stromkreis des Verbrauchers 14 gehoben wird. Sowie die Basisspannung des Tranzusätzlich nur der Innenwiderstand des Transistors 1 sistors 1 den Wert Null geringfügig überschreitet, und des Gleichrichters 17. Ist der Transistor 1 dagegen öffnet jedoch der Transistor 1. Damit wird, wie bei geschlossen, so könnte bei fehlendem Gleichrichter 19 dem Kondensator 35 beschrieben, nunmehr über den ein Stromkreis vom positiven Pol der Spannungs- 55 Kondensator 33 eine negative Spannung an die Basis quelle 16 über die Last 14, Gleichrichter 17, die Wider- des Transistors 2 gelegt, so daß dieser Transistor stände 9 und 10 und den Widerstand 3 zum negativen schließt. Auch hier wird wiederum das negative Poten-PoI der Spannungsquelle 16 geschlossen sein. Durch tial der Basis von der Spannungsquelle 6 über den den Gleichrichter 19 wird jedoch dieser Stromkreis Widerstand 9 angehoben und der Transistor öffnet, sounterbrochen, so daß bei geschlossenem Transistor 1 60 bald die Basisspannung den Wert des Emitterpotentials tatsächlich kein Stromkreis über den Verbraucher 14 überschritten hat. Während der Schließzeit des Trangeschlossen ist. sistors 2 hatte sich aber der Kondensator 34 aufge-Statt der in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 laden, so daß beim Öffnen des Transistors 2 der dargestellten Transistoren vom Typ n-p-n können auch Transistor 30 geschlossen wird und ebenfalls erst solche vom Typ p-n-p verwendet werden, wenn die 65 nach einer gewissen Zeitspanne durch Anheben des Polaritäten der Spannungen entsprechend umgekehrt Basispotentials von der Spanmungsquelle 6 über den werden. Infolge des im allgemeinen erheblich gerin- Widerstand 32 geöffnet wird.

geren Innenwiderstandes der p-n-p-Transistoren Bei der in Fig. 3 dargestellten astabilen Kippkönnen bei ihrer Verwendung unter Umständen gün- schaltung werden also die Transistoren 1, 2 und 30 S'tigere Schaltungsmöglichkeiten entstehen. Weiterhin 70 nacheinander eingeschaltet, und zwar derart, daß

jeweils zwei Transistoren ein- und ein Transistor ausgeschaltet sind. Es ist natürlich ohne weiteres •möglich, die Schaltung so auszubilden, daß jeweils nur ein Transistor geöffnet, aber zwei Transistoren geschlossen sind. Dies könnte beispielsweise in der Art geschehen, daß parallel zu den Transistoren 1, 2 und 30, abzweigend von dem Kollektorpotential, Spannungsteilerwiderstände an Erde geschaltet sind, die die Basis weiterer Transistoren steuern. Diese Transistoren sind somit immer dann geöffnet, wenn der zugehörige Transistor 1, 2 oder 30 geschlossen ist.

Wie in Fig. 1 sind auch in Fig. 3 parallel zu den Transistoren die Verbraucher 14, 15 und 37 in Reihe mit ihrer Stromquelle 16 geschaltet. Zur Vermeidung eines Kurzschlusses bei geschlossenem Transistor über die Verbraucherwiderstände sind auch hier Gleichrichter 17, 18 und 36 vorgesehen. Man erkennt also, daß auch in diesem Fall die Verbraucher immer nur dann eingeschaltet sein können, wenn die zugehörigen Transistoren geöffnet sind. In ähnlicher Weise wie die Erfindung in den Fig. 1 und 3 bei einer bistabilen und einer astabilen Kippschaltung dargestellt ist, kann sie auch, wie bereits oben angedeutet, bei einer monostabilen Kippschaltung angewandt werden. Desgleichen kann entsprechend der in Fig. 3 angedeuteten Weise die Zahl der steuernden Halbleiter beliebig vergrößert werden. Die Erfindung eignet sich also für alle Fälle, in denen durch Strom oder Spannungsimpulse entweder ein Verbraucher ein- oder ausgeschaltet werden soll oder aber mehrere Verbraucher abwechselnd geschaltet werden.

Claims (4)

1. Patentanspruch ε-1. Anordnung zum abwechselnden Schalten mehrerer Verbraucher mit Hilfe mehrerer, in einer bistabilen, monostabilen oder astabilen Kippschaltung angeordneter steuerbarer Halbleiter, vorzugsweise Transistoren, bei der ein Halbleiter sowohl den Kippvorgang als auch das Einschalten eines Verbrauchers übernimmt, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu dem in der Kippschaltung angeordneten Halbleiter der Verbraucher in Reihe ■mit seiner Stromquelle geschaltet ist.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, mit mehreren Verbrauchern, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbraucher von einer gemeinsamen Stromquelle gespeist sind.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Verbraucherstromkreis ein Gleichrichter so angeordnet ist, daß bei geschlossenem Transistor ein Kurzschluß des Kippstromkreises über den Verbraucher verhindert wird.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Kippstromkreis ein Gleichrichter angeordnet ist, der einen Kurzschluß des Verbraucherstromkreises bei geschlossenem Transistor verhindert.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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