DE1006894B - Elektronenschalter mit einem n-p-n- und einem p-n-p-Transistor - Google Patents

Elektronenschalter mit einem n-p-n- und einem p-n-p-Transistor

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DE1006894B DEN9622A DEN0009622A DE1006894B DE 1006894 B DE1006894 B DE 1006894B DE N9622 A DEN9622 A DE N9622A DE N0009622 A DEN0009622 A DE N0009622A DE 1006894 B DE1006894 B DE 1006894B
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Description

DEUTSCHES
kl. 21 a1
INTERNAT. KL.
H 03 k
PATENTAMT
N 9622 VIII a/21a1 ANMELDETAG: 20. OKTOBER 1954
B EKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 25. APRIL 1957
Die Erfindung bezieht sich auf einen Elektronenschalter, der bei einer Eingangsspannung nur zwei Lagen, eine mit einem sehr geringen Widerstand und die andere mit einem sehr hohen Widerstand, einnehmen kann. Sie bezweckt, insbesondere einen Elektronenschalter zu schaffen, der eine ähnliche Strom-Spannungs-Kurve wie eine Gasentladungsröhre aufweist, gegenüber Gasentladungsröhren aber unter anderem den Vorteil bietet, daß die »Zündspannung« wesentlich niedriger liegen kann und außerdem von den Einzelteilen des verwendeten Elektronenschalters kaum abhängig ist.
Die Erfindung ist gekennzeichnet durch die an sich bekannte Kombination eines n-p-n-Transistors und eines p-n-p-Transistors, deren Basiselektroden mit den Kollektorelektroden des anderen Transistors verbunden sind, wobei an die Basiselektrode eines Transistors über eine höhere Impedanz eine Vergleichsspannung angelegt wird, so daß, wenn die Eingangsspannung an der Emissionselektrode dieses Transistors diese Vergleichsspannung überschreitet, der Schalter aus seiner Lage mit sehr hohem Widerstand in diejenige mit sehr geringem Widerstand übergeht.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert, in der
Fig. 1 ein Prinzipschema,
Fig. 2 die entsprechende Strom-Spannungs-Kurve eines Elektronenschalters nach der Erfindung darstellt und
Fig. 3 einen Sägezahngenerator mit in
Fig. 4 entsprechendem Spannungs-Zeit-Verlauf,
Fig. 5 eine Verzögerungsschaltung,
Fig. 6 eine Steuerschaltung für ein elektrisches Verbrauchsgerät und
Fig. 7 eine Wählerschaltung für selbsttätige Telephonic darstellt, bei der das Prinzip der Erfindung verwertet ist.
Fig. 1 zeigt ein Prinzipschema eines Elektronenschalters nach der Erfindung. Es enthält die an sich bekannte Kombination eines n-p-n-Transistors 1 und eines p-n-p-Transistors 2, wobei die Basiselektrode des Transistors 1 über eine Leitung 3 mit der Kollektorelektrode des Transistors 2 und die Basiselektrode des Transistors 2 über eine Leitung 4 mit der Kollektorelektrode des Transistors 1 verbunden ist. Bekanntlich ist diese Kombination ähnlich einem n-p-n-p-Transistor, dessen zwischenliegende p-und-n-Schichten den Basisschichten der Transistoren 1 und 2 entsprechen.
Die Erfindung beruht auf der Entdeckung des Effektes, daß, wenn die Basiselektrode des Transistors 2 über einen höheren Widerstand 5 mit einer Quelle einer zwischen 1 Volt und einigen zehn Volt liegenden Vergleichsspannung Vr verbunden wird, der Elektronenschalter mit einem n-p-n-
und einem p-n-p-Transistor
Anmelder:
N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Niederlande)
Vertreter: Dipl.-Ing. K. Lengner, Patentanwalt,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7
Beanspruchte Priorität:
Niederlande vom 24. Oktober 1953
ao
Adrianus Johannes Wilhelmus Marie van Overbeek und Johannes Theodoras Antonius van Lottum,
Eindhoven (Niederlande),
sind als Erfinder genannt worden
Strom i durch die Kombination 1-2 als Funktion der Eingangsspannung V an der Emissionselektrode des Transistors 2 eine Beziehung aufweist, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist. Solange die Eingangsspannung V kleiner als die Vergleichsspannung Vr bleibt, weist die Kombination einen effektiven Widerstand von 0,3 bis einigen MOhm entsprechend der Steigung des Zweiges α in Fig. 2 auf. Dieser Widerstand wird noch erhöht, wenn die Basiselektrode des Transistors 1 über einen großen Widerstand 5' an einen Punkt geringen Sperrpotentials gegenüber seiner Emissionselektrode gelegt wird.
Sobald die Spannung V aber die Spannung Vr überschreitet, ergibt sich, daß die Kombination einen negativen Widerstand entsprechend der Neigung des Zweiges b in Fig. 2 aufweist, so daß der Strom i daher lawinenartig zunimmt (»durchschlägt«), bis ein Gleichgewichtspunkt am Zweig c in Fig. 2 mit einem geringen positiven Widerstand der Größenordnung von 10 Ohm erreicht wird. In diesem Gleichgewichtspunkt weichen die Spannungen an den verschiedenen Transistorelektroden um weniger als einige zehntel Volt von der Spannung an der Emissionselektrode des
TMi 506/152
Transistors 1 ab, so daß daher nur eine geringe Energie in den Transistoren 1 und 2 verbraucht wird. Die Einstellung auf den Zweig α wird wieder dadurch erreicht, daß die Eingangsspannung V bis unterhalb der dem Zweig c entsprechenden Spannung herabgesetzt wird.
Die in Fig. 2 dargestellte Kennlinie hat den gleichen Charakter wie die Kennlinie einer Gasentladungsröhre, bei der die Spannung Vr der Zünd-
über den Trennkondensator 24 ein positiver Impuls geeigneter Amplitude zugeführt, so schlägt die Kombination 1-2 durch, und das Verbrauchsgerät 20 wird erregt, wobei die diesem Gerät abgegebene Leistung wesentlich höher sein kann, als in den Transistoren 1 und 2 abgeleitet wird oder höchstens abgeleitet werden dürfte, da die Spannung über dem Verbrauchsgerät 20 ja bis auf einen Bruchteil gleich derjenigen der Quelle 21 sein kann. Das Ausschalten kann z. B.
g pg Q
spannung und die Spannung des Zweiges c der Brenn- io dadurch erfolgen, daß über den Trennkondensator 25 spannung der Gasentladung entspricht. Die in Fig. 1 ein positiver Impuls der Emissionselektrode des Tranb k dh f ählih sistors 1 zugeführt wird.
Der in Fig. 1 dargestellte Elektronenschalter hat,
pg g p g
dargestellte Kombination kann daher auf ganz ähnliche
g g
ebenso wie eine Gasentladungsröhre, die Eigenschaft, dß
Weise wie Gasentladungsröhren in Schaltungen An-
Wendung finden, und zwar insbesondere in denjenigen g g
Schaltungen, in denen es darauf ankommt, daß die 15 daß, wenn zwei solcher Elektronenschalter gleichzeitig
Zündspannung genau bestimmt bzw. einstellbar ist. parallel mit einer Spannungsquelle verbunden werden,
Im nachfolgenden werden einige Schaltungen be- nur einer von ihnen durchschlägt. Diese Eigenschaft
schrieben, bei denen von diesen Eigenschaften Ge- wird z. B. in der selbsttätigen Telephonie verwertet,
brauch gemacht wird. um zu vermeiden, daß zwei gleichzeitig anrufende
In Fig. 3 ist ein Sägezahnoszillator dargestellt, bei 20 Teilnehmer über einen gemeinsamen Verbindungskreis
b K mit einem dritten Teilnehmer Verbindung machen.
g g
dem die von einem Kondensator 6 überbrückte Kornbination 1-2 über einen Widerstand 7 mit einer Spannungsquelle 8 verbunden ist und der Widerstand 5 in Fig. 1 durch einen parallel zur Spannungs-Sil 9 i Di
Der Elektronenschalter nach der Erfindung bietet dabei unter anderem den Vorteil, daß sein Spannungs- und Energieverlust und damit die Wärmeentwicklung der Ub äß i i
g p p
quelle 8 liegenden Spannungsteiler 9 ersetzt ist. Die 25 Umgebung äußerst gering ist.
Spannung V über dem Kondensator 6 hat dann eine In Fig. 7 ist eine solche Anrufschaltung dargestellt,
sägezahnförmige Gestalt, wie in Fig. 4 dargestellt, b ' ""
denn sobald die Spannung V die Vergleichsspannung V1. an der Anzapfung 10 des Spannungs-
l i Dhhl d
bei der die Transistorkombinationen l'-2' bzw. l"-2" in Reihe mit von Kondensatoren 26' und 26" überbrückten Relais 27' und 27" mit den Kontaktarmen
pg 1 pg p
tellers 9 überschreitet, erfolgt ein Durchschlag der 30 von Gruppenwählern 28' und 28" verbunden sind, deren
entsprechende Ausgangskontakte gegenseitig mehrfach verbunden sind und über Widerstände 29, 30 usw. mit einer Klemme, z. B. der negativen Klemme einer Spannungsquelle, verbunden sind. An den Basis
g g
Kombination 1-2 und folglich ein Rückschlag des Sägezahns.
Da die Spannungen V und V1. derselben Quelle 8
entnommen sind, ist die Wiederholungsfrequenz der pgq
erzeugten Schwingung, sogar wenn die Spannung VT 35 elektroden der Transistoren 2' und 2" werden mittels nur wenig geringer als die der Quelle 8 ist, noch eines gemeinsamen Potentiometers 31-32 Vergleichsnahezu ausschließlich von der Zeitkonstante der spannungen erzeugt. Zur Vermeidung einer Rückwiri?C-Kombination 6-7 abhängig. Es ist einleuchtend, ktmg kann gegebenenfalls für die Elektronenschalter daß gegebenenfalls auch der durch die Kombinati on 1-2 1-2' und l"-2" je ein getrenntes Potentiometer Anfließende impulsförmige Strom durch Reihenschaltung 40 wendung finden.
mit einer Impedanz benutzt werden kann. Dieser Sucht einer der Gruppenwähler, z. B. 28, einen
Strom kann z. B. durch eine kleine Lautsprecherspule freien Ausgang in der zahlenmäßig gewünschten geleitet werden, so daß ein einfaches Metronom ent- Gruppe, so schlägt die Kombination l'-2'durch, sobald steht.
In Fig. 5 ist eine Verzögerungsschaltung dargestellt, bei der die Vergleichsspannung über ein integrierendes Netzwerk 13 erzeugt wird, das in Reihe mit einer Photodiode 14 parallel zu einer Spannungsquelle 15 geschaltet wird, wobei die Quelle gleich-
zeitig über einen Spannungsteiler 16-17 die Eingangs- 50 Spannung an diesem Ausgangskontakt nimmt dann spannung für die Kombination 1-2 liefert. Sobald in aber einen sehr geringen negativen Wert an, so daß Abhängigkeit von der auf die Photodiode 14 auf- d f
treffenden Lichtmenge die Spannung über dem Netz-
werk 13 die Eingangsspannung an der Emissions- p
elektrode des Transistors 2 unterschreitet, schlägt die 55 Durchschlag der Kombination l"-2" unmöglich wird. Kombination 1-2 durch und betätigt so eine effektive Würden aber die beiden Gruppenwähler 28' und 28 Belastung 18, z. B. einen magnetisch erregten photographischen Verschluß.
Der in Fig. 1 dargestellte Elektronenschalter eignet sich auch besonders zum Ein- und Ausschalten von Verbrauchsgeräten, z. B. eines Relais oder eines Elektromotors. In Fig. 6 ist ein solches Verbrauchsgerät 20 in Reihe mit der Kombination 1-2 mit einer
pp g ,
der Arm einen »freien« Ausgangskontakt trifft (was bedeutet, daß dieser Kontakt eine höhere negative Spannung als die Vergleichsspannung aufweist), und das Relais 27' wird erregt, so daß durch die Steuerung von nicht dargestellten Kontakten dieses Relais die Bewegung des Gruppenwählers 28' beendet wird. Die
gg g
dieser Ausgang als besetzt markiert ist, d. h. daß für einen anderen Gruppenwähler, z. B. 28", beim Erreichen des entsprechenden Ausgangskontaktes ein
"" lh id
Spannungsquelle 21 verbunden, deren Spannung niedriger als die an der Basiselektrode des Transistors 2 ist, da diese Elektrode über den Widerstand 5 und eine Quelle 22 mit der Emissionselektrode des Transistors 2 verbunden ist. Wird aber der Basiselektrode des Transistors 2 über den Trennkondensator 23 ein
in genau demselben Augenblick mit einem freien Ausgangskontakt Verbindung machen, so ergibt sich ein Durchschlag nur einer der beiden Transistorkombinationen l'-2' oder l"-2", ähnlich wie bei den Gasentladungsröhren.
Bei den dargestellten Schaltungen kann es unter gewissen Verhältnissen Vorteile bieten, den Widerstand 5 völlig oder teilweise durch eine Induktivität zu ersetzen. Auch lassen sich gewünschtenfalls n-p-n-Transistoren bzw. p-n-p-Transistoren verwenden, deren Emissions- und Kollektorelektroden gegenseitig austauschbar sind. Ferner kann es unter gewissen Verhältnissen erwünscht sein, die »Durchschlage
negativer Impuls oder derjenigen des Transistors 1 70 Periode zu verlängern, wozu z. B. ein Kondensator
zwischen die beiden Basiselektroden der Transistoren geschaltet werden kann.

Claims (6)

PatentANSPKücHE:
1. Elektronenschalter mit einem n-p-n- und einem p-n-p-Transistor, deren Basiselektroden je mit der Kollektorelektrode des anderen Transistors leitend verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine Eingangsspannungsquelle zwischen den Emitterelektroden der beiden Transistoren geschaltet ist, so daß der Schalter dieser Spannungsquelle eine von zwei möglichen Impedanzen bietet, deren eine sehr niedrig, die andere sehr hoch ist, und daß zwischen der Basiselektrode des einen und der Emitterelektrode des anderen Transistors über eine hohe Impedanz eine Vergleichsspannungsquelle geschaltet ist, die bei kleiner Eingangsspannung den Schalter sperrt, und daß der Schalter plötzlich aus seinem Zustand hoher Impedanz in seinen Zustand niedriger Impedanz übergeht, wenn die Eingangsspannung die Vergleichsspannung überschreitet.
2. Elektronenschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Basiselektrode des anderen Transistors (1) über eine verhältnismäßig große Impedanz (5') mit einem Punkt geringen Sperrpotentials gegenüber seiner Emissionselektrode verbunden ist.
3. Elektronenschalter nach Anspruch 1 oder 2 für eine Schaltung zum Erzeugen von Sägezahnschwingungen, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter von einem Kondensator (6) überbrückt ist und über einen Widerstand (7) mit einer Spannungsquelle (8) verbunden ist und die Vergleichsspannung einem parallel zur Spannungsquelle (8) liegenden Potentiometer (9) entnommen wird.
4. Elektronenschalter nach Anspruch 1 oder 2 für eine Verzögerungsschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Signalstrom, z. B. der Strom durch eine Photodiode (14), über ein integrierendes Netzwerk (13) die Vergleichsspannung erzeugt.
5. Elektronenschalter nach Anspruch 1 oder 2 zum Ein- und Ausschalten eines elektrischen Verbrauchsgeräts, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbrauchsgerät (20) in Reihe mit dem Elektronenschalter (1-2) mit einer Spannungsquelle (21) verbunden ist, deren Spannung hoch ist gegenüber dem Spannungsabfall über dem Elektronenschalter (1-2), wenn dieser die Lage mit sehr geringem Widerstand einnimmt.
6. Elektronenschalter nach Anspruch 1 oder 2 für ein selbsttätiges Signalsystem, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Einstellung eines Verbindungsschalters in diesem Signalsystem auf einen gewünschten Ausgang, wobei Ausgangskontakte des Verbindiungsschalters über Widerstände mit einer Klemme einer Spannungsquelle verbunden sind, und nicht gewünschte Ausgangskontakte sich durch einen Spannungsunterschied von gewünschten unterscheiden, der Elektronenschalter in Reihe mit dem Kontaktarm des Verbindungsschalters mit der anderen Klemme der Spannungsquelle verbunden ist.
In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 594 449;
»Elektronic Engineering«, Sept. 1953, S. 358 bis 364.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
709 506/152 4.57
DEN9622A 1953-10-24 1954-10-20 Elektronenschalter mit einem n-p-n- und einem p-n-p-Transistor Pending DE1006894B (de)

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