DE1094302B - Bistabiler Einfachstromschalter mit zwei in Reihe geschalteten mit ihren Emittern verbundenen Transistoren komplementaeren Leitfaehigkeitstyps - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft bistabile Einfach- und Doppelstromschalter mit komplementären Transistoren für Schaltspannungen, die höher als die Betriebsspannung eines Transistors sind.

Es ist bereits eine Schaltung bekanntgeworden, bei der sich zwei komplementäre Transistoren mit zusammengelegten Emittern in Reihenschaltung so beeinflussen, daß beide Transistoren entweder leitend oder gesperrt sind. Fig. 1 zeigt diese Schaltung. Im Leitzustand sind die Transistoren T1 und T2 durchlässig, so daß an dem Widerstand R 3 nahezu die gesamte Batteriespannung liegt.

Der Leitzustand wird durch einen Stromfluß über den Widerstand Rl und die Basis-Emitter-Strecken der Transistoren T2 und Tl sichergestellt. Durch geeignete Dimensionierung der Widerstände Rl bis i?3 soll erreicht werden, daß im Sperrzustand der Emitter des Transistors Tl negativ und der Emitter des Transistors T2 positiv gegenüber der Basis ist und damit die Transistoren gesperrt sind.

Der Schaltung nach Fig. 1 kommt jedoch nur prinzipielle Bedeutung zu. Im praktischen Betrieb ergeben sich folgende Schwierigkeiten:

Damit der Transistor Tl zwischen Emitter und Basis eine Spannung mit Sperrpolarität erhält, muß das Emitterpotential etwas negativ gegenüber dem Basispotential sein. Da das Emitterpotential ausschließlich durch die Sperrwiderstände der Transistoren Tl und T2 bestimmt wird, müßten also ganz bestimmte Forderungen an deren relative Größe zueinander gestellt werden. In der Praxis ist dies jedoch nicht durchführbar, weil die Transistor-Sperrwiderstände grundsätzlich Exemplarstreuung und eine erhebliche Temperaturabhängigkeit aufweisen. Auch die Bemessung des aus den Widerständen R1 bis R3 gebildeten Spannungsteilers müßte sich nach den Größen der Sperrwiderstände richten.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen bistabilen Einfachstromschalter mit zwei in Reihe geschalteten und mit ihren Emittern verbundenen Transistoren komplementären Leitfähigkeitstyps anzugeben, die abhängig von Steuersignalen gleichzeitig leitend oder gesperrt sind und bei denen Maßnahmen getroffen sind, die den Leit- bzw. den Sperrzustand sicherstellen. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß entweder antiparallel zu der Emitter-Basis-Strecke jedes Transistors eine Diode liegt oder daß die Emitter dieser Transistoren über einen gegenüber den Sperrwiderständen der Transistoren niederohmigen und gegenüber ihren Kollektorwiderständen hochohmigen Widerstand mit einem Zwischenpotential verbunden sind. Hierdurch wird eine Festlegung des Emitterpotentials unabhängig von der Größe der Sperrwiderstände der Transistoren erreicht.

mit zwei in Reihe geschalteten mit ihren Emittern verbundenen Transistoren

komplementären Leitfähigkeitstyps

Anmelder:

Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,
München 2, Wittelsbacherplatz 2

Dr. Friedrich Schreiber, Müncben-Solln,

und Dipl.-Ing. Herbert Fick, München,

sind als Erfinder genannt worden

In vielen Fällen stören die bei gesperrten Transistoren durch die Kollektorwiderstände fließenden Spannungsteiler-Restströme, die jedoch zur Sicherung des Sperrzustandes nötig sind. Gemäß weiterer Erfindung können diese Restströme dadurch vermieden werden, daß jeweils in Serie zu dem zwischen dem Kollektor des einen und der Basis des anderen Transistors liegenden Widerstand eine Diode und parallel zu dieser Diode und dem Kollektorwiderstand ein weiterer Widerstand liegt, der so bemessen ist, daß die Diode bei leitenden Transistoren durchlässig und bei gesperrten Transistoren gesperrt ist.

Wenn ein guter Wirkungsgrad des Schalters gefordert wird, muß der Kollektorwiderstand, der den -NTutzwiderstand darstellt, groß gegenüber dem anderen Kollektorwiderstand sein. Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel mit ungleichen Kollektorwiderständen wird der zwischen dem Kollektor des Transistors mit höherem Kollektorwiderstand und der Basis des anderen Transistors liegende Widerstand durch die Emitter-Kollektor-Strecke eines weiteren, bei durchlässigen Transistoren gesperrten und bei gesperrten Transistoren leitenden Transistors ersetzt. Hierdurch wird eine zusätzliche wesentliche Herabsetzung des Durchlaßwiderstandes des Transistors mit niedrigem Kollektorwiderstand und damit eine Verbesserung des Wirkungsgrades erreicht.

Weiterhin ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, den Transistor mit kleinerem Kollektorwiderstand mit einem weiteren Transistor zu einem Verbundtran-

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sistor zusammenzuschalten. In diesem Fall kann der Anwendungen stören, weil sie den Unterschied zwi-

kleinere Kollektorwiderstand ganz weggelassen wer- sehen Sperr- und Leitzustand nivellieren. Bei der

den. Schaltungsanordnung nach Fig. 4 werden diese Fehl-

Bei einem vorteilhaften Anwendungsbeispiel sind ströme durch Einfügen der Dioden D 3 und D 4 in die zwei der erfindungsgemäßen bistabilen Einfachstrom- 5 Spannungsteiler R4, R9, R7 bzw. R6, R8, R5 verschalter zu einem bistabilen Doppelstromschalter zu- mieden. Zu diesem Zweck sind auch die Widerstände sammengefaßt. RIl und R12 vorgesehen. Diese Widerstände sind so

Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der dimensioniert, daß die Dioden D3 und D 4 im Leit-

Zeichnung erläutert. zustand durchlässig und im Sperrzustand gesperrt

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des bistabilen io sind. Im übrigen ist die Wirkungsweise der Schal-Einfachstromschalters gemäß der Erfindung. Jeder tung nach Fig. 4 die gleiche wie die der Schaltungen der beiden Komplementärtransistoren Γ3 und Ti nach Fig. 2 und 3.

arbeitet auf einem Kollektorwiderstand R4t und R5 Wie bereits erwähnt, ist es bei Verwendung der be-

und kann auf diese Weise vom Kollektor aus über schriebenen Schaltungen als bistabile Einfachstrom-

einen Spannungsteiler R6, R8 bzw. RT, R9 auf die 15 schalter nötig, einen der Kollektorwiderstände zum

Basis des anderen Transistors einwirken. Nutzwiderstand zu erklären. Der andere Kollektor-

Im Leitzustand sind die beiden Transistoren T 3 widerstand soll in diesem Fall möglichst klein sein,

und Ti leitend, und es fließt ein Strom vom Pluspol Wenn man in der Schaltung nach Fig. 4 den Wider-

der Batterie über den Widerstand R5, die Tran- stand R8 im Leitzustand abtrennt, ergibt sich, daß

sistoren Ti und T3 und den Widerstand Ri zum 20 der Transistor T3 wesentlich besser leitet und daher

Minuspol. an ihn eine wesentlich geringere Restspannung ab-

Die für den Leitzustand erforderlichen Basisströme fällt. Dieser für den Leitzustand schädliche Einfluß

fließen über den Widerstand Rl, die Basis-Emitter- des Widerstands R8 beruht auf einer beträchtlichen

Strecken der Transistoren Γ3 und Ti und den Wider- Minderung des Basisstroms des Transistors T3 und

stand R6. 35 kann durch Dimensionierungsänderungen nicht in

Im Sperrzustand fällt an den Widerständen nur ein allen Fällen ,in dem gewünschten Maß eliminiert

geringer, durch die Spannungsteilerwiderstände be- werden.

stimmter Spannungsabfall ab. Die Spannungsteiler- Fig. 5 zeigt eine Schaltung, die gegenüber der widerstände R6 bis R9 sind so bemessen, daß die Schaltung nach Fig. 4 so abgeändert ist, daß der Basispotentiale der Transistoren T3 und Ti um den 30 Widerstand R12 nur im Sperrzustand mit der Basis Betrag der gewünschten Sperrspannung gegenüber des Transistors T3 verbunden ist, im Leitzustand dem gemeinsamen Emitterpotential verschoben sind, aber abgeschaltet ist. Diese An- und Abschaltefunkwas für die Basis des Transistors Tl eine positive, tion übernimmt bei der Schaltung nach Fig. 6 der für die Basis des Transistors T2 eine negative Vor- Transistor T5. Wenn die beiden Transistoren 73 spannung bedeutet. 35 und Ti leitend sind, erhält der Emitter des Tran-Aus Symmetriegründen bleibt bei gleichen Kollek- sistors T5 über die Diode Di das Kollektorpotential torwiderständen Ri und R5 die Verbindungslinie zur des Transistors Ti. Es fließt dann ein Strom über Batteriemitte stromlos. Bei vielen Anwendungen ist den Widerstand R13, die Dioden D 5 und Di und den jedoch eine unsymmetrische Dimensionierung, d. h. Lastwiderstand Rb. Durch den Spannungsabfall an Ri ungleich R5 erforderlich. Dies ist beispielsweise 40 der Diode D5 ist der Transistor T5 gesperrt. Sind dann der Fall, wenn gefordert werden muß, daß der andererseits die Transistoren T3 und Ti gesperrt, Schalter einen hohen Wirkungsgrad hat. In diesem dann sind auch die Dioden D 4 und D 5 gesperrt und Fall wird einer der beiden Kollektorwiderstände, bei- der Transistor T5 leitend. Die mit dieser Maßnahme spielsweise R5, zum Nutzwiderstand erklärt. Der an- erzielbare Herabsetzung des Schalterwiderstandes dere Kollektorwiderstand, also Ri, muß in diesem 45 kann 5O^e/o und mehr betragen.

Fall sehr klein gegenüber R 5 sein. Um zu vermeiden, Eine noch weitergehende Herabsetzung des Schaldaß in diesem Fall hohe Differenzströme zur Batterie- terwiderstandes wird bei der Schaltung nach Fig. 6 mitte fließen, wird ein veränderliches Emitterpoten- dadurch erreicht, daß der Transistor T3 mit dem tial benötigt. Es soll im Leitzustand durch die Wider- Transistor T 6 zu einem Verbundtransistor kombistände Ri und R5, im Sperrzustand jedoch wegen 50 niert ist. Da diese Transistorkombination eine vorder Aufteilung der Sperrspannung die Hälfte der resultierende Gleichstromverstärkung aufweist, die Batteriespannung betragen. Diese Forderungen wer- sich näherungsweise aus dem Produkt der Gleichden durch den Widerstand i?10 erfüllt, der groß Stromverstärkungen der Transistoren T3 und T6 ergegenüber den Kollektorwiderständen Ri und i?5 gibt, erhält man den kleinstmöglichen Schalterwiderund klein gegenüber den Sperrwiderständen der 55 stand, der durch die Restwiderstände der Transistoren Transistoren T3 und Ti ist. Γ3 und Ti gegeben ist. In diesem Fall ist auch der

Eine besonders gute Stabilisierung des Sperr- Kollektorwiderstand Ri überflüssig und kann weg-

zustandes ist bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 gelassen werden.

erreicht. Jeweils antiparallel zu den Basis-Emitter- Fig. 7 zeigt ein Anwendungsbeispiel der Erfindung,

Strecken der Transistoren T3 und Ti liegen die Be- 60 bei dem zwei bistabile Einfachstromschalter nach

grenzerdioden D1 und D 2. Der bei gesperrten Tran- Fig. 3 zu einem bistabilen Doppelstromschalter mit

sistoren an diesen Dioden auftretende Spannungs- gemeinsamem Kollektorwiderstand Rb zusammenge-

abfall hat eine definierte, zuverlässige Sperrung der schaltet sind. Wenn die Transistoren TZ' und Ti'

Transistoren zur Folge und ist von Schwankungen leitend sind, liegt die Spannung U/2 der rechten Bat-

der Betriebsspannung, Widerstandstoleranzen, Tem- 65 terie fast völlig an dem Belastungswiderstand Rb.

peratureinflüssen usw. weitgehend unabhängig. Die An den gesperrten Transistoren T3 und Ti liegt

Wirkungsweise ist die gleiche wie bei Fig. 2. dann nahezu die gesamte Batteriespannung U.

Bei den Schaltungen nach Fig. 2 und 3 fließen über Sämtliche beschriebenen und dargestellten Schaldie Kollektorwiderstände Ri und R5 im Sperr- tungen können leicht durch den Basen der Tranzustand die Spannungsteilerströme, die bei manchen 70 sistoren zugeführte relativ schwache Impulse von

einem stabilen Zustand in den anderen stabilen Zustand übergeführt werden.

Selbstverständlich ist es im Rahmen der Erfindung möglich, die dargestellten Schaltungen in geeigneter Weise miteinander zu kombinieren und je nach den jeweiligen Bedürfnissen abzuwandeln.

Claims (6)

Patentansprüche-. 10

1. Bistabiler Einfachstromschalter mit zwei in Reihe geschalteten, mit ihren Emittern verbundenen Transistoren komplementären Leitfähigkeitstyps, die abhängig von Steuersignalen gleichzeitig leitend oder gesperrt sind und zwei symmetrisch liegenden Spannungsteilern, die jeweils aus dem Kollektorwiderstand, einem Widerstand zwischen dem Kollektor dieses Transistors und der Basis des anderen Transistors und einem Widerstand zwischen der Basis und dem freien Anschluß des Kollektorwiderstandes des anderen Transistors bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Stabilisierung des Sperrzustandes entweder antiparallel zu der Emitter-Basis-Strecke jedes Transistors (T3, T 4) eine Diode (Dl, D2) liegt oder daß die Emitter dieser Transistoren (T 3, T 4) über einen gegenüber den Sperrwiderständen der Transistoren niederohmigen und gegenüber ihren Kollektorwiderständen (i?4, RS) hochohmigen Widerstand (-RIO) mit einem Zwischenpotential verbunden sind.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils in Serie zu dem zwischen dem Kollektor des einen und der Basis des anderen Transistors liegenden Widerstand (RS, R9) eine Diode (D4, D3) und parallel zu dieser Diode und dem Kollektorwiderstand (i?4, RS) ein weiterer Widerstand (RIl, R12) liegt, der so bemessen ist, daß die Diode bei leitenden Transistoren durchlässig und bei gesperrten Transistoren gesperrt ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kollektor widerstand (RS) groß gegenüber dem anderen (Ri) ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei ungleichen Kollektorwiderständen (R 5 größer als i?4) der zwischen dem Kollektor des Transistors mit höherem Kollektorwiderstand und der Basis des anderen Transistors liegende Widerstand (R8) durch die Emitter-Kollektor-Strecke eines weiteren, bei durchlässigen Transistoren (T 3, T 4) gesperrten und bei gesperrten Transistoren leitenden Transistoren (T 5) ersetzt ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor mit kleinerem Kollektorwiderstand (T 3) mit einem weiteren Transistor (T 6) zu einem Verbundtransistor zusammengeschaltet ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei bistabile Einfachstromschalter zu einem bistabilen Doppelstromschalter zusammengefaßt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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