DE1067531B

DE1067531B - Anordnung mit Transistoren in Kaskadenschaltung

Info

Publication number: DE1067531B
Application number: DES56256A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Walter Engel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1957-12-14
Filing date: 1957-12-14
Publication date: 1959-10-22

Description

Anordnung mit Transistoren in Kaskadenschaltung Zur Verstärkung von Signalen oder zur Steuerung eines Stromkreises werden oft Transistoren eingesetzt. Die Verluste der Transistoren können sehr klein gehalten werden, wenn sie im wesentlichen im geöffneten oder im geschlossenen Zustand betrieben werden. Insbesondere bei Schaltungen mit Transistoren in Emitterschaltung geht der Stromverstärkungsfaktor mit der Steigerung des Kollektorstromes stark zurück. Es sind daher verhältnismäßig hohe Basisströme zur Aussteuerung der Transistoren erforderlich. Die Bereitstellung dieser hohen Basisströme erfolgt von sogenannten Treibertransistoren, die meist in mehrstufiger Kaskade geschaltet werden. Bei Leistungstransistoren in Kaskadenschaltung mit hoher Schaltleistung ist eine Zwangskühlung erforderlich, wenn man auf höhere Belastungen übergehen will.
Bei Dioden und Transistoren ist es schlechthin bekannt, eine Kühlanordnung vorzusehen, bei der die Verlustwärme unter Ausnutzung des Peltier-Effektes nach dem Kühlschrankprinzip abgeführt wird.
Die Erfindung bringt eine vorteilhafte Verbesserung an einer Anordnung mit Transistoren in Kaskadenschaltung, bei der dem Kollektor-Basis-Kreis eines Transistors ein Treibertransistor mit seinem Emitter-Kollektor-Kreis parallelgeschaltet ist. Gemäß der Erfindung ist im Stromzweig des Transistors ein dem Kollektor vorgeschalteter Widerstand angeordnet, der zumindest teilweise durch ein Peltier-Element gebildet ist, das in gutem Wärmekontakt mit dem Transistor steht. Mit dieser Maßnahme wird der die Erwärmung verursachende Spannungsabfall im Transistor wesentlich, herabgesetzt und zusätzlich eine Kühlung des Transistors unter Ausnutzung des Peltier-Effektes erzielt. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei der üblichen Kaskadenschaltung der Basis-Kollektor-Kreis des Endtransistors mit kleinem Spannungsabfall parallel zum Emitter-Kollektor-Kreis eines Treibertransistors mit einem höheren Spannungsabfall geschaltet ist. Soll der Endtransistor mit kleinen Verlusten arbeiten, so muß er voll ausgesteuert betrieben werden. Dies ist nur möglich, wenn der Spannungsabfall am Treibertransistor durch die Parallelschaltung des den kleinen Spannungsabfall aufweisenden Basis-Kollektor-Kreises nicht herabgesetzt wird, wie dies bei der erfindungsgemäßen Anordnung geschieht.
Durch die nach der Erfindung getroffenen Maßnahmen wird also ein großer Teil der durch den Leistungsumsatz bedingten Wärme von dem Halbleiter überhaupt ferngehalten und andererseits die trotzdem in ihm entstehende Wärme abgeführt. Diese beiden Maßnahmen lassen sich an sich nicht in vollem Umfang streng voneinander trennen, da sie zum Teil miteinander verknüpft sind. Der zumindest teilweise durch ein Peltier-Element gebildete Widerstand ist so auszubilden und anzuordnen, daß es in gutem Wärmekontakt mit dem Halbleiter steht. Bei Verwendung eines Leistungstransistors, bei dem der Kollektor gewissermaßen einen Gehäuseteil des Transistors darstellt, ist es günstig, die sogenannte »kalte Lötstelle« des Peltier-Elements dicht an ihn heranzubringen und einen guten Wärmekontakt zu bewerkstelligen.
Das Peltier-Element kann aus n-leitendem Wismut-Tellurid bestehen. Dieses kann mit Kupfer kontaktiert sein. In einem solchen Kupferkörper läßt sich der Halbleiter leicht einsetzen, insbesondere durch eine Schraubverbindung in innigen Wärmekontakt mit demselben bringen. Zur Abführung der Wärme an der sogenannten »warmen Lötstelle« des Peltier-Elementes können an sich bekannte Maßnahmen angewendet werden. Es kann eine Wärmeableitung durch großflächige Aufbauteile, Chassisbleche usw. bewerkstelligt werden. Andererseits kann man in an sich üblicher Weise Radiatoren u. dgl. vorsehen und gegebenenfalls mit einer gesteigerten Luftkühlung arbeiten.
An Hand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden.
Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel in seinen für die Erfindung wesentlichen Teilen in stark vereinfachter schematischer Darstellung.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Kaskadenschaltung von Transistoren, bei der die Steuerspannung an die Klemmen 1 und 2 des Einganges angelegt wird. Die Steuerspannung kann, wie durch die Kurvendarstellung 3 versinnbildlicht ist, eine Rechteckspannung sein. Von den Leistungstransistoren 4, 5 und 6 ist der letzte Transistor leistungsmäßig stark belastet und einer unzulässigen Erwärmung ausgesetzt. Der äußere Belastungswiderstand ist mit 7 versinnbildlicht, während mit 8 und 9 die Betriebsspannungsquellen bezeichnet sind.
Am Kollektor des NPN-Silizium-Transistors 6 befindet sich das Peltier-Element 10. Dieses aus intermetallischen Verbindungen bestehende Element enthält n-leitendes Bi2T311, welches beiderseits mit Kupfer kontaktiert ist. Die Kupferteile sind mit 12 und 13 verbunden, wobei die sogenannte »kalte Lötstelle« bei 12 und die sogenannte »warme Lötstelle« bei 13 liegt. Dementsprechend ist der Kupferkörper 12 bestrebt, sich abzukühlen und nimmt somit Wärme vom Transistor 6 auf. Andererseits tritt eine erhöhte Erwärmung an der Kupferelektrode 13 auf, die durch einen geeigneten Radiator 14 oder andere an sich bekannte Mittel zur Wärmeabfuhr unschädlich gemacht werden kann.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Anordnung mit Transistoren in Kaskadenschaltung, bei der dem Kollektor-Basis-Kreis eines Transistors ein Treibertransistor mit seinem Emitter-Kollektor-Kreis parallelgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Stromzweig des Transistors (6) ein dem Kollektor vorgeschalteter Widerstand angeordnet ist, der zumindest teilweise durch ein Peltier-Element (10) gebildet ist, das in gutem Wärmekontakt mit dem Transistor steht.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Peltier-Element aus n-leitendein Wismut---Tellurid mit Silberjodid-Dotierung besteht.
3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Peltier-Element mit Kupfer kontaktiert ist und der Transistor in den Kupferkörper einsetzbar, insbesondere einschraubbar ist.
4. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Abfuhr der Wärme von der Erwärmungsstelle des Peltier-Elementes vorgesehen sind.
5. Anordnung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Wärmeableitung durch großflächige Aufbauteile od. dgl. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschriften Nr. 1002 471, L 12998 VIIIc/21 g (bekanntgemacht am 28. 6. 1956) ; »Instruments and Automation« (1957), April-Heft, S. 667 bis 669.