DE1111242B

DE1111242B - Sperrschwinger-Anordnung

Info

Publication number: DE1111242B
Application number: DEK41205A
Authority: DE
Inventors: Josef Moerwald
Original assignee: Kienzle Apparate GmbH
Current assignee: Digital Kienzle Computersysteme GmbH and Co KG
Priority date: 1960-07-16
Filing date: 1960-07-16
Publication date: 1961-07-20
Also published as: US3131315A; GB908829A; CH384035A

Description

Sperrschwinger-Schaltungen zur Erzeugung von Impulsen sind allgemein bekannt und werden in der Elektronik für die verschiedensten Zwecke benutzt. Derartige Sperrschwinger bestehen in der Hauptsache aus einem Magnetkern, dessen Arbeitswicklung über ein Schaltglied — z. B. eine Elektronenröhre — ein Strom zugeführt wird. Dieser die Wicklung durchfließende Strom magnetisiert den Kern um, und es wird dabei ein Ausgangsimpuls zur Verfügung gestellt, der zur Durchführung verschiedenster Aufgaben in elektronischen Geräten verwendet werden kann. Zur Erzeugung eines Impulses wird dem Schaltglied ein Steuer- bzw. Auslöseimpuls zugeführt, während dessen Dauer Strom von einer Stromquelle zur Arbeitswicklung des Magnetkerns gelangt. Während der Ummagnetisierung des Kerns wird das Schaltglied außerdem durch einen Rückkopplungszweig, welcher Strom aus einer zweiten Wicklung auf dem Kern erhält, in der stromführenden Stellung gehalten, bis der Kern in die Sättigung gelangt ist. Sobald die volle Sättigung erreicht ist, wird der Rückkopplungszweig stromlos, und das Schaltglied schließt. Bevor mit einem solchen Sperrschwinger ein weiterer Impuls erzeugt werden kann, muß nun der Kern in seine Ausgangsstellung zurückfallen bzw. zurückgeholt werden. Sogenannte weiche Kerne, d. h. solche, die aus einem Magnetmaterial mit nicht rechteckiger Hystereseschleife bestehen, fallen nach dem Abschalten des Stromes der Arbeitswicklung von selbst in die Ruheoder Ausgangsremanenz zurück. Kerne mit einem Magnetmaterial mit Rechteckhysterese werden vermittels einer Rückholwicklung auf dem Kern, die vorzugsweise von einem Dauerstrom durchflossen wird, in die Ausgangsstellung zurückgebracht. Beim Zurückfallen des Kerns entsteht bekanntlich transformatorisch in den Wicklungen.ein entgegengesetzt gerichteter Strom. Dieser sogenannte Abschaltstrom ist in der Spitze um so höher, je schneller der Kern in seine Ruhelage zurückkehrt. Sofern, wie dies früher allgemein üblich war, eine Elektronenröhre als Schaltglied verwendet wurde, konnte diese Abschaltspitze vernachlässigt werden, da Röhren gegen kurzzeitige Spannungsspitzen am Steuergitter nicht empfindlich sind.

Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit und der Betriebssicherheit ist man aber heute vielfach dazu übergegangen, in Sperrschwinger-Schaltungen Transistoren als Schaltglieder zu verwenden. Die Arbeitsweise dieser Schaltungen ist die gleiche wie bei solchen, die Röhren als Schaltglieder aufweisen, jedoch sind Transistoren im allgemeinen empfindlich gegen Überspannungen, so daß insbesondere bei Sperr-Sperrschwinger-Anordnung

Anmelder:

Kienzle Apparate G. m. b. H.,
Villingen (Schwarzw.)

Josef Mörwald, Dachau (Obb.),
ist als Erfinder genannt worden

schwingern mit Kernen, die eine kurze Rückfallzeit haben, z. B. zur Erzeugung hoher Impulsfolgen besondere Vorkehrungen getroffen werden müssen, um zu vermeiden, daß die auftretenden Abschaltspitzen zu dem Transistor gelangen und ihn zerstören oder beschädigen.

Die vorhegende Erfindung hat sich daher die Aufgäbe gestellt, Sperrschwinger-Anordnungen, bei denen Transistoren als Schaltglieder vorgesehen sind, so abzuwandeln, daß selbst bei extrem hohem Tastverhältnis keine gefährlichen Abschaltspitzen auftreten. Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß zum Schutz der Basis des Transistors zwischen dieser und einem Pol der Spannungsquelle eine Diode eingeschaltet ist und daß in dem Rückkopplungszweig zusätzlich ein Widerstand vorgesehen ist, dem parallel eine Diode derart zugeordnet ist, daß der Widerstand lediglich bei Stromfluß in einer Richtung, d. h. während des Auftretens der Abschaltspannungsspitzen wirksam wird.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist darin zu sehen, daß zum zusätzlichen Schutz des Kollektors des Transistors in einem zur Arbeitswicklung des Magnetkerns parallelen Stromkreis eine Diode in Serie mit einem als Integrierglied wirkenden RC-Glied vorgesehen ist.

Als besonders vorteilhaft ist zu erwähnen, daß durch die Erfindung die Verwendung von Drifttransistoren als Schaltglieder ermöglicht wird.

Im nachfolgenden werden an Hand von Zeichnungen sowohl Schaltungen gemäß dem bisher bekannten Stand der Technik als auch zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.

Fig. 1 und 2 zeigen bekannte Sperrschwinger-Schaltungen;

109 648/265

" Till 242

3 4

Fig. 3 zeigt eine verbesserte Schaltung mit Schutz Bereits die Einschaltung der Diode D1 zum Schutz

der Basis des Schalttransistors und der Basis des Transistors T hat das Tastverhältnis

Fig. 4 eine solche mit Schutz der Basis und des aber wesentlich verschlechtert, z. B. auf 1:5 bis 1:10.

Kollektors. : Der parallele Stromkreis mit der Diode D 3 zum

Die Fig. 1 zeigt die einfachste und allgemein be- 5 Schutz des Kollektors verschlechtert das Tastverhältkannte Art des Aufbaues eines Sperrschwinger- nis noch weiter. Der Grund hierfür liegt darin, daß Kreises. Dabei ist K ein Magnetkern, T ein Schalttran- der Feldabbau des Kernest durch die Dioden Dl sistor und E ein Steuerimpulseingang. An einem Aus- und D 2 gedämpft wird. Der Kern K kippt also langgang A wird der Ausgängsimpuls zur Verfugung ge- samer in seine Ruhestellung zurück, was eine wesentstellt. Zur Vereinfachung der Erläuterung seien die io lieh größere Totzeit zwischen zwei Arbeitsimpulsen in den Figuren dargestellten Sperrschwinger mit zur Folge hat. Man hat mit dieser bekannten Schal-Kernen ausgestattet, die aus Magnetmaterial mit tung gemäß Fig. 2 zwar den Transistor T im Hinnicht rechteckiger Hystereseschleife bestehen. Auf blick auf die Schaltspitzen geschützt, dabei aber die dem Kern IC ist eine Arbeitswicklung Kl und eine obere Grenzfrequenz, des Sperrschwingers wesentlich Rüekkopplungswicklung Kl vorgesehen. 15 beschnitten.

Die Arbeitsweise ist kurz folgende: Zum Steuer- Eine verbesserte Ausführung eines SperrschwineingangZi wird ein Impuls El gegeben, der zur Basis gers, die die vorerwähnten Nachteile nicht aufweist, des Transistors T gelangt und diesem stromführend zeigt die Fig. 3. Hier wurde mit Rücksicht auf die macht. Es fließt nunmehr ein Strom durch die Spannungsempfindlichkeit der Basis des Transistors T ArbeitswicklungKl und magnetisiert den Kern um. 20 der Rückkopplungskreis so geschaltet, daß eine Ab-Da der Eingangsimpuls El kurzzeitiger sein kann, als schaltspitze während des Zurückf aliens des Kernes K die Ummagnetisierung zur vollen Sättigung dauert, ist in seine Ruhstellung von einem zusätzlichen Widerdie RüekkopplungswicklungK2 auf dem Kern K an- standR2, der in Serie zu dem WiderstandR1 und geordnet. Über diese Wicklung fließt während der der Diode Dl liegt, aufgefangen wird. Um während Ummagnetisierung des Kernes K Strom, der gleich- 25 des aktiven Vorganges jedoch den Basisstrom mögfalls zur Basis des Transistors T gelangt und den liehst wenig zu begrenzen, wird parallel zu dem Transistor T daher so lange stromführend erhält, bis Widerstand!?2 eine DiodeD2 angeordnet, und zwar der Kern K in die volle Sättigung gelangt ist. Der in der Richtung, daß sie während dieses Zyklus leidurch den Transistor T fließende Arbeitsstrom wird tend ist. So ist beim positiven Schaltvorgang lediglich zugleich am Ausgang A als Ausgangsimpuls A1 zur ³° der stets vorhandene WiderstandRl und die Diode Verfügung gestellt. Bei Erreichen der vollen Sättigung D 2 wirksam, während beim Rückfallen des Kerns K des Kernes K fällt die Stromzuführung zu der Basis die WiderständeR1 und R2 und die DiodeDl zur des Transistors Γ fort, und die Wicklungen wird Wirkung gelangen.

stromlos. Der Kern K kippt in seine Ausgangslage Das Spannungsverhältnis Ul zu V'2 hängt von der

zurück. Während dieses Zurückkippens wird in ³⁵ Dimensionierung der Widerstände R1 und R 2 und

beiden Wicklungen Kl und K2 je ein entgegen- dem Durchlaßwiderstand der Diode Dl ab. Dabei

gesetzter Strom induziert. Der Strom über Wicklung ist Ul die Abschaltspannung im Rückkopplungskreis

.RI1 gelangt zum Kollektor des Transistors T; der des Kernes K und !72 die Spannung an der Diode

Strom aus der Wicklung K 2 zur Basis des Transi- Dl. Es gilt hier die Formel

stors T. Bei dieser Schaltung tritt der vorerwähnte ⁴°

Nachteil auf, daß beim Abschalten des Transistors T ^ul ₌ Ri+ R^+ RDl ^

und dem darauffolgenden Zurückf allen des Kerns K U 2 RDl
unzulässig hohe Abschaltspitzen an der Basis und am

Kollektor des Transistors T auftreten, wie dies aus Di_ese Schaltung genügt den Anforderungen in be-

den Spannungsdiagrammen Jl und Jl ersehen ⁴⁵ _{zug au}f di_e Güte des Tastverhältnisses und der zuläs-

werden kann. sigen Spitzensperrspannung an der Basis des Transi-

In einer derartigen Schaltung, die an sich ein gutes stors T. Die Abschaltspitze am Kollektor des Transi-

Tastverhältnis von ungefähr 1:1 aufweist, müssen stors T wird durch diese Schaltung noch nicht be-

sehr robuste Transistoren verwendet werden. Da sich seitigt.

bekanntermaßen die Abschaltspannung zur Batterie- 50 Wie die Fig. 3 zeigt, erscheinen auf der Leitung

spannung addiert, besteht jedoch trotzdem die Mög- zwischen der Wicklung K 2 und den Gliedern R 2 und

lichkeit, daß unzulässig hohe Spannungen auftreten, D 2 Spannungen gemäß dem Impulsdiagramm/10,

die den Transistor T zerstören können. während an dem Kreuzungspunkt vor der Basis des

Um eine Gefährdung wenigstens der Basis des Transistors T nur mehr Spannungen auftreten, wie Transistors Γ durch die Abschaltspitzen zu ver- 55 sie Impulsdiagramm/11 aufzeigt,
meiden, ist man daher den Weg gegangen, im Rück- Eine zusätzlich den Kollektor des Transistors Γ kopplungskreis eine Diode D1 vorzusehen, wie dies entlastende Schaltung zeigt erst die Fig. 4, bei welcher die Fig. 2 zeigt. Durch diese Diode D1 wird die Ab- ein Integrierglied, welches aus einem Kondensator schaltspitze zum Pluspol der Stromversorgung ab- C 2 und einem parallel zu diesem liegenden Widergeleitet, so daß sie an der Basis des Transistors Γ 6o stand R 3 besteht, im parallelen Stromzweig zur Kernkaum zur Wirkung gelangt. Bei Transistoren, die wicklung Kl vorgesehen ist. Der Rückkopplungskreis auch gegen eine Überlastung am Kollektor empfind- bleibt unverändert wie bei Fig. 3. Auch die Spanlich sind, wurde zu dem Arbeitskreis mit Wicklung nungsverteilungen an der Basis und an der Rück- Kl ein paralleler Stromkreis mit einer Diode D3 an- kopplungswicklungK2 bleiben dieselben. Lediglich geordnet, wie dies in Fig. 2 punktiert eingezeichnet 65 die Spannungsspitze am Kollektor des Transistors T ist. Diese DiodeD3 ist also parallel zur Wicklung Kl wird hier mit einer Diode D3 begrenzt, wie sie beso vorgesehen, daß sie die WicklungKl kurzschließt, reits in der Fig. 2 angedeutet wurde. Die Funktion wenn der Kern K in die Ruhestellung zurückfällt. des Integriergliedes ist dabei folgende:

Die beim Zurückfallen des Kernest auftretende negative Spitzenspannung gelangt über die Diode D 3 auf den Kondensator C 2 und wird über den Widerstand der Diode D 3 integriert. Somit ist nur während des ersten kurzen Momentes beim Rückfallen des Kernes ein Stromfiuß aus der Wicklung Kl in den Kondensator C 2 möglich. Bei aufgeladenem Kondensator C 2 tritt dann nur mehr der Entladewiderstand R3 als Bedämpfung der Wicklung Kl auf. Dieser ist jedoch so groß bemessen, daß er praktisch nicht in Erscheinung tritt.

Die Aufgabe des Widerstandes .R 3 besteht darin, den Kondensator C 2 für den nächsten Schaltvorgang zu entladen. Bei richtiger Bemessung des Kondensators C 2 und des Diodenwiderstandes D 3 wird also nur während der Anstiegszeit des Abf allimpulses der Kern K bedämpft. Somit ist der Kern K nach diesem Vorgang unbelastet. Das Tastverhältnis bzw. die Rückfallzeit des Kernes K wird praktisch nicht beeinflußt. Dies ist der wesentliche Vorteil bei Einschaltung der zusätzlichen Teile C2 und R3 gegenüber der Schaltung gemäß der Fig. 2, bei der in dem parallelen Stromkreis zur Wicklung Kl lediglich eine Diode D 3 vorgesehen ist, die — wie zuvor erwähnt — das Tastverhältnis negativ beeinflußt.

Wie aus der Fig. 4 ersehen werden kann, treten bei dieser Schaltung am Kollektor des Transistors T nur noch Spannungen auf, wie sie Impulsdiagramm/20 aufzeigt. An den übrigen Teilen der Schaltung bleiben die Zustände unverändert, wie dies durch die Fig. 3 kenntlich gemacht wurde.

Durch die erfindungsgemäßen Schaltungen wird demnach der Transistor Γ von schädlichen Schaltspitzen freigehalten, ohne das Tastverhältnis des Sperrschwingers zu verschlechtern. Außerdem ist es durch diese Schaltungen möglich geworden, als Schalttransistor T auch Drifttransistoren zu verwenden, die sich durch besonders hohe Schaltgeschwindigkeit auszeichnen, die aber gegen Überspannungen sehr empfindlich sind.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Schaltungsanordnung eines Transistor-Sperrschwingers mit einem Magnetkern mit normaler Hystereseschleife zur Vermeidung hoher Abschaltspannungsspitzen an den Elektroden des Transistors, dadurch gekennzeichnet, daß zum Schutz der Basis des Transistors zwischen dieser und einem Pol der Spannungsquelle eine Diode (D 1) eingeschaltet ist und daß in dem Rückkopplungszweig zusätzlich ein Widerstand (R 2) vorgesehen ist, dem parallel eine Diode (D 2) derart zugeordnet ist, daß der Widerstand (R 2) lediglich bei Stromfluß in einer Richtung, d. h. während des Auftretens der Abschaltspannungsspitzen wirksam wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum zusätzlichen Schutz des Kollektors des Transistors in einem zur Arbeitswicklung (Kl) des Magnetkernes (K) parallelen Stromkreis eine Diode (D 3) in Serie mit einem als Integrierglied wirkenden i?C-Glied (R3, Cl) vorgesehen ist.

3. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Drifttransistor als Schaltglied verwendet wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen