DE1102810B

DE1102810B - Schaltanordnung zur Leckstrom-kompensation mit einem Vorwiderstand und einem Halbleiterschalter parallel zum Verbraucher

Info

Publication number: DE1102810B
Application number: DES64108A
Authority: DE
Inventors: Karl Ertel; Dipl-Phys Ebbe Rohloff
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1959-07-25
Filing date: 1959-07-25
Publication date: 1961-03-23

Description

Schaltanordnung zur Leckstromkompensation mit einemVorwiderstand und einem Halbleiterschalter parallel zum Verbraucher Transistoren und andere Halbleiterschalter haben den Nachteil, daß im sogenannten Sperrzustand ein geringer Leckstrorn fließt, so daß der Verbraucher in Reihe mit dem Transistor nicht völlig stromlos gemacht werden kann. Letzteres gilt auch dann, wenn der Halbleiterschalter über einen Vorwiderstand parallel zum Verbraucher gelegt wird. In diesem Fall entsteht bei durchlässigem Schalter ein geringer Reststrorn durch den Verbraucher, der von der Restspannung an dem leitenden Halbleiterschalter aufrechterhalten wird.
Der Reststrom durch Verbraucher, einerseits durch den Leckstroni und andererseits durch die Restspannung bedingt, stellt für manche Anwendungsgebiete von Halbleiterschaltern einen empfindlichen Nachteil dar. Dies gilt insbesondere dann, wenn der Wert des Verbraucherstromes zu Meßzwecken dient. Als Beispiel sei hier die Verwendung von Halbleiterschalteril für Digital-Analog-Wandler genannt. jeder Stelle eines digitalen Signals ist dabei ein Halbleiterschalter zugeordnet, der einen durch einen hochohrnigen Widerstand eingeprägten Strom ein- oder ausschaltet. Der Summenstrom stellt den Analogwert dar. Bei solchen Wandlern müßte der Strom zu dem Digitalwert 1 je nach der für den Arbeitsbereich notwendigen Stufenzahl so groß gewählt werden, daß die Restströme sowohl an sich als auch unter Berücksichtigung eventueller Schwankungen durch Temperaturänderungen u. dgl. vernachlässigbar klein sind. Dies führt zu einem verhältnismäßig hohen Leistungsniveau.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltanordnung mit einem Vorwiderstand und einem Halbleiterschalter parallel zum Verbraucher zu schaffen, bei dem der Verbraucherstrompfad praktisch völlig stromlos gemacht werden kann, so daß die oben geschilderten Nachteile vermieden werden. Die Schaltanordnung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Vorwiderstand niederohniiger als der Verbraucherwiderstand gewählt und so bemessen ist, daß der Spannungsabfall des Leckstrornes des Halbleiterschalters klein gegen die Speisespannung ist, und daß im Verbraucherpfad ein Schwellwertglied, z. B. eine Diode, vorgesehen ist, dessen Schwellwert die Restspannung des durchlässigen Halbleiterschalters überschreitet.
Die Erfindung ist grundsätzlich unabhängig davon anwendbar, auf welchem Leistungsniveau der Verbraucherpfad liegt. Es kann sich um Verbraucherströme der gleichen Größenordnung handeln, die der Halbleiter selbst zu schalten imstande ist, oder auch um sehr geringe Ströme, etwa in der Größenordnung von gA, wie sie bei Rechengeräten bzw. Digital-Analog-Wandlern angewandt werden können.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung sei im folgenden ein Ausführungsbeispiel beschrieben, das in der Zeichnung schematisch dargestellt ist.
Mit 1 i.st der Halbleiterschalter bezeichnet, der als Transistor angenommen ist. Der Vorwiderstand 2 stellt zugleich den Kollektorwiderstand des Transistors dar. Die Stetiergröße wird an der Klemme 3 der Basiselektrode zugeführt.
Ferner ist ein Schwellwertglied 6 vorgesehen, insbesondere eine Selen- oder Siliziumdiode. Es ist so bemessen, daß sein Schwellwert größer ist als die Restspannung am durchlässigen Transistor. Das komplette Schaltgerät ist durch eine gestrichelte Umrahmung8 hervorgehoben und kann, falls gewünscht, als Baueinheit in ein Gehäuse eingesetzt bzw. vergossen werden.
Im Verbraucherpfad 4 ist ein Widerstand 5 angeordnet. Es kann sich beispielsweise um einen Meßwiderstand zum Einprägen bestimmter Stromwerte oder einen anderen Verbraucher handeln.
Schließlich ist im Verbraucherpfad ein Strommeßgerät 7 angeordnet, das Auswerteinrichtungen oder dergleichen für Rechengeräte andeuten soll. Der Ausschlag dieses niederohmigen Meßgerätes würde beispielsweise den Analogwert eines Digita,1-Analog-Wandlers darstellen, wenn es in der Zusammenfassung einer größeren Anzahl von Strompfaden liegt, die den einzelnen Stellen des digitalen Signals zugeordnet sind. In diesem Fall würde man die Meßwiderstände 5 entsprechend den Gewichten der Stellen des Digitalcodes abstufen. '#\lird der Transistor 1 über die Klemme 3 gesperrt, so fließt im Kollektorstormkreis der Leckstrom. Dieser Leckstrom verursacht am Widerstand 2 einen gewissen Spannungsabfall. Durch geeignete Bemessung des k# t# k#I Kollektorwiderstaiides kann man erreichen, daß dieser Spannungsabfall geggenüber der Speisespannung vernachlässigbar klein ist.
Bei gesperrtem Transistor wird der Verbraucherpfad von einem Strom durchflossen, der praktisch nur durch die Speisespannung und die Widerstände in diesem Pfad bestimmt ist. Die Eigenschaften des Transistors werden sich praktisch nicht auswirken, da bei der geringen Größe des Leckstromes auch seine z# n Änderungen keinen Einfluß auf die für den Verbraucherpfad maßgebliche Spannung haben. Dies gilt insbesondere dann, wenn der Meßwiderstand 5 um eini 'ge Größenordnungen liochohmiger als der Vorwiderstand ist. Man kann dann einen Strom im Verbraucherpfad erzwingen, der bei unveränderlicher Speisespannung einen sehr genau einstellbaren Wert hat.
Wird der Transistor 1 durchlässig, so steht an ihm mir eine geringe Restspannung, während die Speisespannung im wesentlichen am Vorwiderstand 2 abfällt. Das -'#,chwellwert,-lied 6 sorgt dafür, daß der Verbraucherpfad praktisch stromlos wird. Der Analogwert 0 ist also mit der Einrichtung nach der Erfindung mit sehr -roßer Genauigkeit darstellbar.
Demzufolge ist es möglich, die Digital-Analolg-Wandlung auf niedrigem Leistungsniveau mit Strömen in der Größenordnung von liA bzw. mA durchzuführen. Durch das Schwellwertglied einerseits und das Einprägen des Stromes andererseits erhält man den Analogwert mit einer Genauigkeit, die allen praktischen Anforderungen genügt.
Z, t' Während im Ausführungsbeispiel als Schalter ein Transistor dargestellt ist, kann die Erfindung auch auf beliebige andere Halbleiterschalter angewandt werden. Hier seien insbesondere die sogenannten Vierschicht-dioden bzw. Vierschichttransistoren erwähnt, die ein dem Thyratron ähnliches Verhalten aufweisen, also nach erfol ' - " ter Zündung stromführend bleiben, bis die Speisespannung durch Null geht. Auch diese Schalter haben einen gewissen Leckstroln, dessen Auswirkungen durch die Maßnahmen nach der Erfindung beseitigt werden können.

Claims

PATENTANSPRÜCHE- 1. Schaltanordnulig zur Leckstromkompensation mit einem Vorwiderstand und einem Halbleiterschalter parallel zum Verbraucher, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorwiderstand (2) niederohmiger als der Verbraucherwiderstand (5) gewählt und so bemessen ist, daß der Spannungsabfall des Leckstromes des Halbleiterschalters (1) klein gegen die Speisespannung ist, und daß im Verbraucherpfad (4) ein Schwellwertglied, z. B. eine Diode (6) vorgesehen ist, dessen Schwellwert die Restspannung des durchlässigen Halbleiterschalters (1) überschreitet.
2. Schaltailordnung nach Anspruch 1, dadurch ,gekennzeichnet, daß der Verbraucherwiderstand (5) im Verbraucherpfad (4) als Meßwiderstand zum Einprägen bestimmter Stromwerte ausgebildet ist. 3. Schaltanordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch die Verwendung in Digital-Analog-Wandlern.