DE1093822B - Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer periodischen Impulsfolge unter Verwendung eines Kipptransistors - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer periodischen Impulsfolge unter Verwendung mindestens eines steuerbaren elektronischen Schalters.

Es ist bereits eine Reihe von derartigen Schaltungsanordnungen bekanntgeworden. Diese bekannten Schaltungen verwenden als elektronische Schalter hauptsächlich Röhren oder Transistoren. Bei der Verwendung von Transistoren ergeben sich gegenüber Röhren die aus der Transistortechnik bekannten Vorteile, insbesondere niedrige Betriebsspannung und Wegfall der Heizleistung. Ein Nachteil der Transistoren gegenüber den Röhren ist die besonders bei Hochfrequenztransistoren relativ niedrige maximale Impulsleistung. In vielen Fällen ist aber gerade eine wesentliche höhere Impulsleistung erwünscht. Dies kann mit Transistorschaltungen nicht erreicht werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer periodischen Impulsfolge anzugeben, die sowohl die Vorteile der Transistoren, also niedrige Betriebsspannung und Wegfall der Heizleistung, als auch die Vorteile der Röhren, insbesondere also hohe Impulsleistung, aufweist. Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer periodischen Impulsfolge unter Verwendung mindestens eines steuerbaren elektronischen Schalters wird dies dadurch erreicht, daß als steuerbarer elektronischer Schalter mindestens ein Kipptransistor vorgesehen ist, der parallel oder in Serie zu einem über einen vorzugsweise nicht linearen Widerstand aus einer Gleichspannungsquelle aufzuladenden ersten Kondensator liegt.

Der Kipptransistor ist ein vor kurzer Zeit bekanntgewordenes neues Halbleiter-Bauelement. Fig. 1 zeigt einen derartigen Kipptransistor in schematischer Darstellung. An drei der vier Halbleiterzonen sind Elektroden angebracht. Für diese Elektroden haben sich in Analogie zum Transistor die Bezeichnungen Kollektor, Basis und Emitter eingebürgert. Das übliche Schaltsymbol eines Kipptransistors ist in Fig. 2 dargestellt. Schaltungsmäßig verhält sich ein Kipptransistor ähnlich wie ein Thyratron, d. h., er kanu durch Zuführung einer geeigneten Spannung an eine Steuerelektrode (Basis) von einem stabilen Zustand großen Widerstandes (Sperrzustand) in einen stabilen Zustand kleinen Widerstandes (Leitzustand) geschaltet werden. Der Übergang von einen in den anderen Zustand erfolgt in einer Zeit von etwa einer Mikrosekun.de. Im Leitzustand ist die an dem Kipptransistor liegende Spannung bis zu einem maximal zulässigen Dauerstrom annähernd konstant und liegt in der Größenordnung von etwa 1 bis 2 Volt. Der umgekehrte Übergang vom Leit- in den Sperrzustand erfolgt bei Unterschreiten eines bestimmten Halte-Schaltungsanordnung zur Erzeugung

einer periodischen Impulsfolge
unter Verwendung eines Kipptransistors

Anmelder:

Siemens & Halske Aktiengesellschaft,
ίο Berlin und München,

München 2, Wittelsbacherplatz 2

Dipl.-Ing. Hans-Norbert Toussaint, München,
ist als Erfinder genannt worden

stroms. Dieser Übergang ist durch eine an der Basis anliegende Steuerspannung nicht beeinflußbar. Einem Kipptransistor können sehr hohe Impulsleistungen von 0,5 kW und mehr entnommen werden.

Durch die Verwendung von Kipptransistoren ergel)en sich also sowohl die Vorteile von Röhren als auch die von Transistoren, ohne daß deren Nachteile in Kauf genommen werden müssen.

Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung mit parallel zu dem ersten Kondensator liegenden Kipptransistor kann dem ersten Kondensator außerdem ein aus einem zweiten Kondensator und einem Widerstand gebildeter Spannungsteiler parallel geschaltet sein, dessen Abgriff mit der Basiselektrode des Kipptransistors über eine Zenerdiode derart verbunden ist, daß bei Erreichen einer bestimmten Spannung an dem zweiten Kondensator die Zenerspannung der Zenerdiode überschritten und dadurch ein Stromfluß über die Basis-Emitter-Strecke des Kipptransistors ermöglicht wird, der den Kipptransistor in den Leitzustand steuert.

Als nichtlinearer Widerstand kann vorteilhaft ein Widerstand verwendet werden, der bei parallel zum Kipptransistor liegendem erstem Kondensator bei Unterschreiten und bei in Serie zum Kipptransistor liegendem erstem Kondensator bei Überschreiten einer gewissen Spannung an dem ersten Kondensator von einem Zustand kleinen Widerstandes in einen Zustand großen Widerstandes übergeht. Ein derartiger nichtlinearer Widerstand kann vorteilhaft aus einem hoch- ohmigen Widerstand und einem parallel geschalteten ersten Transistor bestehen, der, gegebenenfalls über einen zweiten und dritten Transistor, bei Unterschreiten bzw. Überschreiten einer bestimmten Spannung am ersten Kondensator gesperrt wird.

009 650/307

Bei einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel kann parallel zu dem ersten Kondensator eine Zenerdiode mit Vorwiderstand liegen, deren Zenerspannung bei Erreichen einer bestimmten Spannung an dem ersten Kondensator überschritten wird und die dann durch den einsetzenden Stromfluß die öffnung des ersten bzw. des zweiten und dritten Transistors bewirkt.

In vielen Fällen ist es erforderlich oder vorteilhaft, den Kippvorgang zu synchronisieren. Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung kann deshalb der Basis des Kipptransistors eine zur Synchronisation der Kippfrequenz geeignete Steuerspannung zugeführt werden.

In vielen Fällen ist auch nur eine Fremdsteuerung der Kippfrequenz des Kipptransistors erwünscht. Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel kann zu diesem Zweck der Kipptransistor nur durch jede positive Halbwelle einer zu einer Basis zugeführten niederfrequenten Steuerspannung eingeschaltet werden. Um dabei zu verhindern, daß die Basis eine negative Vorspannung gegenüber dem Emitter erhält, kann die negative Halbwelle der der Basis des Kipptransistors zugeführten Steuerspannung vorteilhaft durch eine Diode gesperrt werden.

Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der Zeichnung erläutert.

Fig. 3 zeigt ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung. Die Wirkungsweise ist folgende:

Der Kondensator C1 sei entladen und werde nun über den hochohmigen Widerstand R2 langsam aufgeladen. Die Transistoren T1 und T2 und der Kipptransistor KT sind in diesem Zustand gesperrt. Sobald die Spannung am Kondensator C1 einen bestimmten Wert übersteigt, wird die Zenerdiode DZ2 leitend. Nunmehr fließt ein Basisstrom über den Transistor T2, den Widerstand R6 und die Zenerdiode, der den Transistor T2 öffnet. An dem Widerstand i?4 tritt ein Spannungsabfall auf, der einen Basis-Emitter-Strom durch den Transistor Tl über den Widerstand R5 ermöglicht. Der Transistor Ti wird geöffnet und der hochohmige Widerstand R2 durch die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors Tl und den niederohmigen Widerstand R3 überbrückt. Die Aufladung des Kondensators C1 erfolgt nun sehr rasch, da die Zeitkonstante R3-Cl sehr viel kleiner als die Zeitkonstante R2-C1 ist. Gleichzeitig wird über den Widerstand R1 der Kondensator C2 aufgeladen. Ist die Spannung am Kondensator C2 genügend groß geworden, so wird die Zenerspannung der Zenerdiode DZl überschritten. Über die Basis-Emitter-Strecke des Kipptransistors KT fließt nunmehr ein exponentiell anwachsender Basisstrom, der den Kipptransistor schließlich einschaltet.

Über den sehr niederohmigen Belastungswiderstand Rb fließt jetzt ein hoher Strom, der den Kondensator Cl entlädt. Gleichzeitig wird auch der Kondensator C 2 über die Diode Dl und den Kipptransistor KT entladen. Wenn der Kondensator C1 genügend weit entladen ist, wird der Haltestrom des Kipptransistors unterschritten, und der Kipptransistor schaltet wieder aus. Damit beginnt ein neuer Ladevorgang für die Kondensatoren Cl und C2, der schließlich wieder zur Einschaltung des Kipptransistors führt.

Die in Fig. 3 dargestellte Schaltung kann durch eine Steuerspannung U1 synchronisiert werden, die l>eispielsweise über einen Übertrager der Basis des Kipptransistors zugeführt wird. In Fig. 4 ist eine derartige Schaltung dargestellt. Die Diode D2 verhindert dabei eine negative Vorspannung der Basis gegen den Emitter. Wie experimentell gefunden wurde, kann bei einer negativen Vorspannung der Basis gegen den Emitter von einigen Volt ein Durchbruch der Kollektor-Basis-Strecke des Kipptransistors erfolgen, was vermieden werden muß. Im übrigen ist die Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 4 die gleiche wie die der Schaltung nach Fig. 3.

Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel gemaß der Erfindung. Bei dieser Schaltung wird der Kipptransistor KT nur dann ein- und selbsttätig wieder ausgeschaltet, wenn an die Basis-Emitter-Strecke des Kipptransistors eine niederfrequente Steuerspannung U2 angelegt ist. Die Frequenz der Steuerspannung muß allerdings so niedrig gewählt werden, daß der Kondensator Cl in der Pause zwischen zwei Leitzuständen wieder voll aufgeladen wird. Die Diode D2 verhindert wieder eine negative Vorspannung der Basis gegenüber dem Emitter. Im übrigen ist die Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 5 die gleiche wie die der Schaltung nach Fig. 3 und Fig. 4

Bei den in den Fig. 3 bis 5 angegebenen Schaltungen stört in vielen Fällen die Verwendung von Transistoren unterschiedlichen Leitungstyps, da Transistoren größerer Leistungen meist nur vom pnp-Typ erhältlich sind.

Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung, bei dem die verwendeten Transistoren alle vom pnp-Typ sind. Die Wirkungsweise ist folgende:

Es sei der Zustand angenommen, in dem der Kondensator C1 auf seine volle Spannung aufgeladen ist und nun über den hochohmigen Widerstand R2 langsam entladen wird. Wenn die Spannung am Kondensator Cl auf einen bestimmten Wert abgefallen ist, wird die Zenerdiode DZ 3 leitend. Über die Widerstände R11 und R2 und diese Zenerdiode kann nunmehr ein Basisstrom durch den Transistor T2 fließen, der diesen einschaltet. An dem Widerstand R 9 tritt nun ein großer Spannungsabfall auf, der bewirkt, daß die Zenerspannung der Zenerdiode DZ4 unterschritten wird. Damit wird der Basisstrom des Transistors T3 unterbrochen und der Transistor T3 ausgeschaltet. Über den Widerstand R8 wird nunmehr der Transistor Cl eingeschaltet, der zusammen mit dem niederohmigen, in Serie liegenden Widerstand i?3 den hochohmigen Widerstand i?2 überbrückt. Der Kondensator Cl wird jetzt also bis auf einen Wert entladen, bei dem die Basis des Kipptransistors gegen den Emitter so weit positiv vorgespannt ist, daß ein genügend hoher Basisstrom durch den Kipptransistor KT einschaltet. Der Kondensator C1 wird dadurch sehr schnell aufgeladen und der gesamte Vorgang wiederholt sich.

Auch die in Fig. 6 gezeigte Schaltung läßt sich durch eine an die Basis des Kipptransistors angelegte niederfrequente Steuerspannung synchronisieren.

Fig. 7 zeigt den zeitlichen Verlauf der Spannung am Lastwiderstand Rb. Die kurzzeitigen, steilen Spannungseinbrüche stellen die Öffnungszeiten des Kipptransistors KT dar.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer periodischen Impulsfolge mit mindestens einem steuerbaren elektronischen Schalter, dadurch gekennzeichnet, daß als steuerbarer elektronischer Schalter mindestens ein an sich bekannter Kipptransistor vorgesehen ist, der parallel oder in Serie zu einem über einen vorzugsweise nicht-

linearen Widerstand aus einer Gleichspannungsquelle aufzuladenden ersten Kondensator (Cl) liegt und bei Erreichen einer bestimmten Spannung an der Basiselektrode aus einem stabilen Sperrzustand in einen ebenfalls stabilen Leitzustand und durch Unterschreiten eines gewissen Haltestroms wieder in den Sperrzustand übergeführt wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 mit parallel zu dem ersten Kondensator (Cl) liegendem Kipptransistor, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten Kondensator (Cl) außerdem ein aus einem zweiten Kondensator (C 2) und einem Widerstand (R B) gebildeter Spannungsteiler parallel geschaltet ist, dessen Abgriff mit der Basiselektrode des Kipptransistors (KT) über eine Zenerdiode (DZ 1) derart verbunden ist, daß bei Erreichen einer bestimmten Spannung an dem zweiten Kondensator (C 2) die Zenerspannung der Zenerdiode (DZl) überschritten und dadurch ein Stromfluß über die Basis-Emitter-Strecke des Kipptransistors ermöglicht wird, der den Kipptransistor einschaltet.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als nichtlinearer Widerstand ein Widerstand verwendet wird, der bei parallel zum Kipptransistor liegendem erstem Kondensator bei Unterschreiten und bei in Serie zum Kipptransistor liegendem erstem Kondensator bei Überschreiten einer gewissen Spannung am ersten Kondensator (Cl) von einem Zustand kleinen Widerstandes in einen Zustand großen Widerstandes übergeht.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtlineare Widerstand aus einem hochohmigen Widerstand (R2) und einem parallel geschalteten ersten Transistor (Tl) besteht, der gegebenenfalls über einen zweiten und dritten Transistor (T 2 und TZ) bei Unterschreiten bzw. Überschreiten einer bestimmten Spannung am ersten Kondensator (Cl) gesperrt wird.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu dem ersten

ίο Kondensator (Cl) eine Zenerdiode (DZ 2) mit Vorwiderstand (R6, R7) liegt, deren Zenerspannung bei Erreichen einer bestimmten Spannung am ersten Kondensator (C 1) überschritten wird und die durch den einsetzenden Stromfluß die OfF-nung des ersten bzw. des zweiten Transistors (T 1 bzw. Γ 2) bewirkt.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Basis des Kipptransistors eine zur Synchronisation der Kippfrequenz geeignete Steuerspannung (Ul) zugeführt wird.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kipptransistor nur durch jede positive Halbwelle einer seiner Basis zugeführten niederfrequenten Steuerspannung (U2) eingeschaltet wird.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die negative Halbwelle der der Basis des Kipptransistors zugeführten Steuerspannung durch eine Diode (D2) gesperrt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
»Elektronische Rundschau«, 1958, H. 10, S. 352/ 353.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen