DE1080606B

DE1080606B - Wenigstens zwei Transistorverstaerker-stufen aufweisender Kippschalter zum Schalten von Gleichstrom

Info

Publication number: DE1080606B
Application number: DES57932A
Authority: DE
Inventors: Hermann Muennich-Debus; Dipl-Ing Edgar Schoeninger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1958-04-22
Filing date: 1958-04-22
Publication date: 1960-04-28

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen wenigstens zwei Transistorverstärkerstufen aufweisenden Kippschalter zum Schalten von Gleichstrom, bei dem ein im Ausgangskreis der ersten Transistorverstärkerstufe auftretender, einen bestimmten Schwellwert überschreitender Impuls den Verbraucherstrom des im Ausgang der letzten Verstärkerstufe liegenden Nutzwiderstandes mit relativ niedriger, beispielsweise weniger als ΙδΟμβεΰ betragender Schaltzeit steuert. Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß ein Rückkopplungswiderstand zwischen der Ausgangselektrode der letzten Verstärkerstufe und der Eingangselektrode der ersten Verstärkers rufe geschaltet ist und parallel zum Eingang der ersten Verstärkerstufe ein Widerstand vorgesehen ist, der im Zusammenwirken mit dem Rückkopplungswiderstand den Verbraucherstrom bei Überschreiten eines oberen Grenzwertes abschaltet. Dabei können entweder zur Erzeugung des Ein- bzw. Ausschaltimpulses Tasten vorgesehen sein, oder es kann als Einschaltimpuls ein Stromimpuls bestimmter Polarität beliebiger Länge und als Ausschaltimpuls ein Stromimpuls mit einer dem Eingangsimpuls entgegengesetzten Polarität beliebiger Länge Verwendung finden.

In Weiterentwicklung der Erfindung ist vorgesehen, daß zum Schutz des in der zweiten Verstärkerstufe angeordneten Transistors bei Verwendung einer Sprungfunktion als Eingangsimpuls ein i?C-Glied im Eingangskreis der ersten Verstärkerstufe Verwendung findet. In Weiterentwicklung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Steuerung in den »Aus«-Zustand automatisch durch einen konstant eingestellten Basisstrom der ersten Verstärkerstufe erfolgt.

Die Erfindung wird an Hand von vier als Ausführungsbeispiele zu wertenden Schaltschemata näher erläutert. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein zwei Verstärkerstufen aufweisender Gleichstromschaltverstärker mit den beiden Transistoren Tr₁ und Tr₂ dargestellt. Legt man die Betriebsspannung an die Klemmen 2 und 3, so wird der Transistor Tr₂ mittels des Kopplungswiderstandes R₃ in Durchlaßrichtung gesteuert. Es fließt nun ein großer Ladestrom zum Kondensator C₁ und lädt diesen über die niederohmige Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors Tr₂ rasch auf. Der Anfangsladestrom ist so groß, daß der durch den Widerstand R₃ eingestellte Basisstrom nicht mehr ausreicht, um den Transistor voll durchzusteuern. Dies bewirkt eine impulsartige Vergrößerung der Kollektor-Emitter-Spannung des Endtransistors Tr₂, so daß am Spannungsteiler, der aus den Widerständen R₁ und R₂ gebildet wird, eine Spannung liegt, die den Transistor Tr₁ über · den Widerstand R₂ in Durchlaßrichtung steuert. Die Kollektor-Emitter-Spannung dieses Transistors wird

Wenigstens zwei Transistorverstärkerstufen aufweisender Kippschalter
zum Schalten von Gleichstrom

Anmelder:

Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,
München 2, Witteisbacherplatz 2

Hermann Münnich-Debus, München,

und Dipl.-Ing. Edgar Schöninger, München-Allach,

sind als Erfinder genannt worden

dadurch verkleinert, das Potential an der Basis des zweiten Transistors positiver und die Sperrung desselben eingeleitet. Der Kondensator C₁ entlädt sich nun wieder über den Nutzwiderstand Ri bis zu jener Spannung, die dem Restspannungsabfall an R_L entspricht. Der durch diesen Widerstand fließende Gesamtreststrom setzt sich aus dem Basisstrom der ersten Stufe und dem Kollektorreststrom der zweiten Stufe zusammen. Das Kollektorpotential des zweiten Transistors wird nun so weit negativ, daß der erste. Transistor über den Widerstand R₂ voll durchgesteuert wird und in diesem Zustand bleibt. Dieser beschriebene Vorgang geht bei entsprechender Dimensionierung, des Kondensators C₁ sehr-rasch vor sich, so daß praktisch während dieser Zeit der Verbraucherwiderstand R_L stromlos bleibt. Verwendet man als Nutzwiderstand Ri einen Kaltleiter, z. B. ein Lämpchen, so kann der Kondenstor C₁ entfallen, da der Ladestrom des Kondensators durch den niederohmigen Anschaltzustand des Kaltleiters nachgeahmt wird. Der Kondensator C₁ kann ebenfalls entfallen, wenn es nicht erforderlich ist, daß der zweite Transistor bei Anlegen der Betriebsspannung gesperrt wird.

Die in Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung ist nunmehr betriebsbereit. Schon bei kurzzeitiger Betätigung der Taste T₁ oder bei Auftreten eines Steuerstromes, der unter Anwendung der bei Vierpolen ütn liehen technischen Vorzeichenregel von Klemme 1 nach Klemme 2 fließt, wird · das Potential des Potentialpunktes 6 positiver. Dadurch wird der Kollektorstrom des Transistors Tr₁ verkleinert und sein Kollektorpotential negativer. Da dieses Potential — am

009507/276

Claims

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Potentialpunkt 5 r—mit dem Basispotential der zweiten in Sperrichtung parallel zum Nutzwiderstand R_L zu

Stufe identisch ist, wird der Kollektorstrom der legen, um die Transistoren vor hohen Abschaltspan-

zweiten Stufe vergrößert. Das Kollektorpotential der nungsspitzen zu schützen. Das gleiche ist auch durch

zweiten Stufe —' Potentialpunkt 4 — wird nun posi- einen- etwa lOmal größeren Wert des Kondensators C₁

tiver und bewirkt über den Widerstand R₂ eine weitere 5 zu erreichen, nur werden dadurch die Schaltzeiten

Verschiebung des Basispotentials der ersten Stufe wesentlich verlängert. Der Gleichrichter ist ent-

zum Positiven, so daß die zweite Stufe rasch voll sprechend der in der Induktivität gespeicherten Energie

durchgeschaltet wird. Die Steuerimpulslänge muß zu dimensionieren. Der Vorwiderstand R_v dient zur

gleich oder größer def Ladezeit des Kondensators C₁ Steuerstrombegrenzung.

sein, um den Durchlaßwiderstand der zweiten Stufe io Die maximale Steuerimpulsfolgefrequenz einer

stabil zu halten. Die Aufladung des Kondensators er- solchen Schaltung ist im wesentlichen nur von der

folgt sehr rasch, größenordnungsmäßig etwa in Frequenzgrenze des verwendeten Transistors ab-

100 μΞεα Der Nutzwiderstand R_L liegt nunmehr an hängig.

Spannung. Eine Abwandlung der in Fig. 1 gezeigten Schal-

Bei kurzzeitigem Schließen der Taste T₂ oder bei 15 tungsanordnung ist in Fig. 2 dargestellt. Hierbei wird Auftreten eines Steuerstromes in der Richtung von die Steuerung in den »Aus«-Zustand automatisch Klemme 2 nach Klemme 1 wird das Basispotential der durch einen konstant eingestellten Basisstrom der ersten Stufe wieder negativer, und der Vorgang er- ersten Verstärkerstufe vorgenommen. Der Widerfolgt nunmehr in umgekehrter Weise. Der End- stand R₂' liegt direkt an dem Potentialpunkt 6. Datransistor Tr₂ wird dann in den Sperrzustand ge- 20 durch wird im Ruhezustand die erste Stufe in Durchsteuert. Das Durchschalten der Stufe erfolgt in jedem laßrichtung gesteuert und die Endstufe gesperrt. Falle nach einer Sprungfunktion. Sinngemäß kann hier der Kondensator C₁ entfallen.

Wird der Verbraucherpfad im Durchlaßzustand Wird die Taste T₁ gedrückt oder fließt ein Steuerunterbrochen, so ändert sich der Schaltzustand nicht. strom von Klemme 1 nach Klemme 2, so wird die Die Kollektor-Emitter-Spannung der Endstufe wird 25 Endstufe, wie bereits in der Schaltungsanordnung gleich Null und damit auch die Basis-Emitter-Span- nach Fig. 1 beschrieben, in Durchlaßrichtung gesteuert nung der ersten Stufe. Die Basis des zweiten Tran- und bleibt in diesem Zustand, so· lange die Ansteuesistors bleibt jedoch über den Widerstand R₃ vorge- rung erfolgt. Im ungesteuerten Zustand wird durch spannt. Der Kondensator C₁ liegt über die Wider- den Widerstand R₂' die Abschaltung wieder eingestände R₁ und R₂ an der Betriebsspannung und behält 30 leitet.

seine Ladung. Bei Wiederherstellung der Verbindung Die in den Fig. 3 bis 5 dargestellten Schaltungs-

befmdet sich die Endstufe weiterhin im Durchlaß- anordnungen zeigen Anwendungsmöglichkeiten der in

zustand. den Fig. 1 und 2 dargestellten Grundschaltungen.

Steigt der Laststrom über den Wert, der bei der Das in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel ver-Dimensionierung der Schaltung zugrunde gelegt wot- 35 anschaulicht die Verwendung der gemäß der Erfindung den ist, oder wird der Nutzwiderstand R_L kurz- angegebenen Schaltung als »flinke Sicherung« und geschlossen, so wird zunächst das Kollektorpotential kann für Ströme bis zu einigen Ampere je nach des zweiten Transistors negativer. Durch den gemäß verwendetem Transistor angewendet werden. Der Abder Erfindung vorgesehenen Widerstand R₂ wird auch schaltpunkt ist in gewissen Grenzen mit den Widerdas Potential des Potentialpunktes 6 negativer, so daß 40 ständen R₂ und R₃ einstellbar. Bei Verwendung von der Transistor Tr₁ schließlich in Durchlaßrichtung ge- Transistoren mit größerer Stromverstärkung liegt steuert wird. Die Laststufe wird dadurch gesperrt und auch der Abschaltpunkt bei höheren Strömen. Entbleibt in diesem Zustand, auch wenn der Lastwider- sprechend den zu Fig. 1 gemachten Ausführungen ist stand seinen Nennwert wieder erreicht hat. Der Ab- hier das Eingangskondensatorglied i?₄C₂ unbedingt schaltpunkt ist abhängig von der Stromverstärkung 45 vorzusehen, um eine Zerstörung des Lasttransistors des Lasttransistors. Bei zu kleinem oder kurzge- im Kurzschlußfall auszuschließen. Der Lastwiderschlossenem Lastwiderstand darf die Taste T₁ nur stand R_L ist zwischen den Klemmen 3' und 4 angesehr kurzzeitig betätigt werden. Ebenso sind lange schlossen.

Einschaltsteuerimpulse zu vermeiden, da sonst die Die Schaltungsanordnung nach Fig. 4 zeigt die Verlustleistung am Transistor Tr₂ zu groß und dieser ₅o Möglichkeit, die in Fig. 1 dargestellte Schaltungszerstört werden kann. Wird vor der Basis des Ein- anordnung durch lichtempfindliche Elemente zu steuern, gangstransistors ein Kondensator C₂ gelegt, wie dies Hierfür sind die beiden Fotodioden D₁ und D₂ vorin der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 strichliert gesehen, die in einer Brückenschaltung liegen. Die dargestellt, so daß nur mit Impulsen angesteuert wer- Verdunkelung der einen Fotodiode bewirkt das Einden kann, so ist diese Gefahr beseitigt; parallel zu 55 und die Verdunkelung der,anderen das Ausschalten, diesem Kondensator C₂ muß dann noch ein Entlade- Die Schaltungsanordnung nach Fig. 5 ist eine widerstand R_v der in der Schaltungsanordnung nach Weiterentwicklung der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 ebenfalls strichliert eingetragen worden ist, ge- Fig. 2, bei der drei Transistoren Tr₁, Tr₂ und Tr₃ vorlegt werden, der jedoch so groß gewählt werden kann, gesehen sind und bei der der Transistor der Eingangsdaß er die Funktion der Schaltung nicht stört. 60 stufe in Kollektorschaltung betrieben ist.

Der Einfluß von Temperaturschwankungen wird

durch die Steuerung beider Stufen weitgehend aus- Patentanspbüche:
geschaltet. Die Übersteuerung soll in der ersten Stufe 1. Wenigstens zwei Transistorverstärkerstufen mindestens 50°/», in der zweiten Stufe mindestens aufweisender Kippschalter zum Schalten von 2O°/o, bei der laut Datenblatt kleinsten Schaltstrom- 65 Gleichstrom, bei dem ein im Eingangskreis der verstärkung i? des jeweiligen Transistors betragen. Da- ersten Transistorverstärkerstufeauftretender, einen durch wird die Schaltung weitgehend unabhängig von bestimmten Schwellwert überschreitender Impuls Temperaturschwankungen und Streuungen der Tran- den Verbraucherstrom des im Ausgangskreis der sistordaten. Bei induktiver Last ist es, -wie allgemein letzten Verstärker stufe liegenden Nutzwiderbekannt, zusätzlich erforderlich, einen Gleichrichter Gr 70 Standes mit relativ niedriger, beispielsweise

weniger als 150^sec betragender Schaltzeit steuert und bei dem wenigstens zwei der Transistoren so betrieben werden, daß sie ihre Kennlinien gegensinnig durchlaufen, dadurch, gekennzeichnet, daß ein Rückkopplungswiderstand zwischen der Ausgangselektrode der letzten Verstärkerstufe und der Eingangselektrode der ersten Verstärkerstufe geschaltet ist und parallel zum Eingang der ersten Verstärkerstufe ein Widerstand vorgesehen ist, der im Zusammenwirken mit dem Rückkopplungswiderstand den Verbraucherstrom bei Überschreiten eines oberen Grenzwertes abschaltet.
2. Kippschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des Ein- bzw. Ausschaltimpulses Tasten vorgesehen sind.
3. Kippschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Einschaltimpuls ein Stromimpuls bestimmter Polarität beliebiger Länge Verwendung findet.
4. Kippschalter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausschaltimpuls ein Stromimpuls mit einer dem Eingangsimpuls entgegengesetzten Polarität beliebiger Länge Verwendung findet.
5. Kippschalter nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Schutz des in der zweiten Verstärkerstufe angeordneten Transistors bei Verwendung einer Sprungfunktion als Eingangsimpuls ein 2?C-Glied (A₂C₂) im Eingangskreis der ersten Verstärkerstufe vorgesehen ist.
6. Kippschalter nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kondensator (C₁) parallel zum Nutzwiderstand geschaltet ist, der bei Anlegen der Versorgungsspannung die Anordnung in den »Aus «-Zustand schaltet.
7. Kippschalter nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung in den »Aus«- Zustand automatisch durch einen konstant eingestellten Basisstrom der ersten Verstärker stufe vorgenommen wird.
8. Kippschalter nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor der ersten Verstärkerstufe in Emitterschaltung betrieben ist.
9. Kippschalter nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei dreistufigem Verstärker die Eingangsstufe in Kollektorschaltung betrieben ist.
10. Kippschalter nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein- bzw. Ausschaltung durch Fotodioden vorgenommen wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 1003 796;
USA.-Patentschrift Nr. 2569 345.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 009 507/276 i.