DE1114224B

DE1114224B - Pulse-operated transistor circuit for switching a current on and off to an inductive load

Info

Publication number: DE1114224B
Application number: DEJ17541A
Authority: DE
Inventors: Michael Laugharne Nevi Forrest
Original assignee: International Computers and Tabulators Ltd
Current assignee: International Computers and Tabulators Ltd
Priority date: 1959-01-22
Filing date: 1960-01-16
Publication date: 1961-09-28
Also published as: GB868998A

Description

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

ANMELDETAG:REGISTRATION DAY:

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UND AUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT:NOTICE THE REGISTRATION AND ISSUE OF THE EDITORIAL:

16. J A N U A R 196016. J A N U A R 1960

28. SEPTEMBER 1961SEPTEMBER 28, 1961

Die Erfindung betrifft eine impulsbetätigte Transistorschaltung zum An- und Abschalten eines Stromes an eine induktive Last.The invention relates to a pulse-operated transistor circuit for switching a current on and off to an inductive load.

Es ist bekannt, daß der Wert des Kollektorstromes in einem Transistor so groß werden kann, um übermäßige Energieverluste innerhalb des Transistors zu erzeugen und eine bleibende Änderung in den Betriebseigenschaften des Transistors verursachen kann oder sogar den Transistor zerstören kann. Infolgedessen müssen die Speisespannung und die Schaltungskonstanten eines Transistors so gewählt werden, daß die Kollektorverluste während des normalen Betriebes unter einem gewissen maximalen Wert gehalten werden.It is known that the value of the collector current in a transistor can be so large to create excessive energy losses within the transistor and a permanent change in can cause the operating characteristics of the transistor or even destroy the transistor can. As a result, the supply voltage and the circuit constants of a transistor must be chosen in this way that the collector losses during normal operation are below a certain maximum Worth being held.

Es ist ferner bekannt, daß eine relativ geringe Zunahme der Kollektorspannung eine abnorm große Erhöhung des Kollektorstromes verursachen kann zufolge des Auftretens von einer Lawinenvervielfachung in der p-Schicht des Kollektors. Diese Erscheinung ist z. B. in einem Artikel mit dem Titel »Delayed Collector Conduction, A new Effect in Junction Transistors«, von Kidd, Hasenburg und Webster beschrieben, der in den RCA-Nachrichten vom März 1955 veröffentlicht wurde. Der Einsatz der Lawinenvervielfachung erzeugt nicht nur Ströme im Kollektor, die genügend sind, um bleibende Schädigungen des Transistors zu verursachen, sondern kann außerdem die normale Arbeit des Transistors beeinträchtigen.It is also known that a relatively small increase in the collector voltage is an abnormally large one Increase in the collector current can cause as a result of the occurrence of an avalanche multiplication in the p-layer of the collector. This phenomenon is z. B. in an article entitled "Delayed Collector Conduction, A New Effect in Junction Transistors", by Kidd, Hasenburg and Webster, which was published on the March 1955 RCA News. The use Avalanche multiplication not only creates currents in the collector that are sufficient to cause permanent damage of the transistor, but also can cause the normal work of the transistor affect.

Die Gestalt der Belastungskennlinie, die beim Betrieb eines Transistors mit induktiver Belastung erhalten wird, ist derart, daß der Transistor leicht an einen Punkt in seiner Kennlinie gebracht werden kann, bei dem eine Lawinenvervielfachung während eines gewissen Abschnitts der Arbeitsperiode auftritt. Es ist erforderlich, die Speisespannung streng zu begrenzen und sicherzustellen, daß der Strom, der durch den Transistor hindurchgeht, keine Lawinenvervielfachung verursacht. Diese Begrenzung der Spannung und des Stromes begrenzt die Leistung, die an die Belastung durch den Transistor abgegeben werden kann.The shape of the load characteristic obtained when operating a transistor with inductive loading is such that the transistor can easily be brought to a point on its characteristic in which an avalanche multiplication occurs during a certain portion of the working period. It is necessary to strictly limit the supply voltage and to ensure that the current that passes through the transistor does not cause avalanche multiplication. This limitation of the Voltage and current limit the power delivered to the load by the transistor can be.

Es ist bekanntgeworden, einen Transistor als Schalter für die Ein- und Ausschaltung eines elektrischen Stromes, der durch einen Belastungsstromkreis hindurchgeleitet wird und mit dem Kollektor des Transistors verbunden ist, zu benutzen. Der Transistor kann beispielsweise entweder durch Impulse, die an die Basis des Transistors gemäß der deutschen Auslegeschrift 1 020 763, oder auch durch Impulse, die an den Emitter gemäß der deutschen Auslegeschrift 1 063 208 angelegt werden, geschaltet werden.It has become known to use a transistor as a switch for the switching on and off of an electric current which is passed through a load circuit and connected to the collector of the transistor. The transistor can for example either by impulses to the base of the transistor according to the German Auslegeschrift 1 020 763, or by pulses sent to the emitter in accordance with the German Auslegeschrift 1 063 208 are applied.

Impulsbetätigte TransistorschaltungPulse operated transistor circuit

zum An- und Abschalten eines Stromesfor switching a current on and off

an eine induktive Lastto an inductive load

Anmelder:Applicant:

International Computers and Tabulators
Limited, LondonInternational Computers and Tabulators
Limited, London

Vertreter: Dipl.-Ing. W. Cohausz,Representative: Dipl.-Ing. W. Cohausz,

Dipl.-Ing. W. Florack und Dipl.-Ing. K.-H. Eissei, Patentanwälte, Düsseldorf, Schumannstr. 97Dipl.-Ing. W. Florack and Dipl.-Ing. K.-H. Eissei, patent attorneys, Düsseldorf, Schumannstr. 97

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 22. Januar 1959 (Nr. 2386/59)Claimed priority:
Great Britain of January 22, 1959 (No. 2386/59)

Michael Laugharne Neville Forrest,Michael Laugharne Neville Forrest,

Ashwell, Hertfordshire (Großbritannien),Ashwell, Hertfordshire (UK),

ist als Erfinder genannt wordenhas been named as the inventor

Bei Abschaltung einer induktiven Belastung treten verhältnismäßig hohe Spannungen auf. Um hierbei die gefährlichen hohen Spannungen herabzusetzen, ist es möglich, eine Belastungsbegrenzungsschaltung zu verwenden. Durch die deutsche Auslegeschrift 1 071133 wurde eine solche Belastungsbegrenzungsschaltung bereits vorgeschlagen, die aus einer Begrenzungsdiode besteht, die parallel zur induktiven Belastung geschaltet ist. Außerdem ist es auch gebräuchlich, bei Relaisschaltstromkreisen eine Belastungsbegrenzungsschaltung vorzusehen, die aus einer Kombination von einem in Reihe geschalteten Widerstand und einem Kondensator besteht, die parallel zu der induktiven Relaiswindung gekoppelt sind. Der durchschnittliche Energieverbrauch eines impulsbetätigten Transistors, der als Schalter zur Steuerung eines Stromkreises mit einer induktiven Belastung verwendet wird, ist in vielen Fällen sehr gering. Indessen kann die hohe Spannung, die beim Abschalten der Belastung induziert wird, den Transistor in den gefährlichen Bereich hoher Spannungen bringen und der maximale Energieverbrauch des Transistors leicht überschritten werden.When an inductive load is switched off, relatively high voltages occur. To do this To reduce the dangerous high voltages, it is possible to use a load limiting circuit to use. The German Auslegeschrift 1 071133 introduced such a load limiting circuit already proposed, which consists of a limiting diode that runs parallel to the inductive Load is switched. It is also common to use a load limiting circuit in relay switching circuits provide, which consists of a combination of a series resistor and a capacitor connected in parallel are coupled to the inductive relay winding. The average energy consumption of an impulse operated Transistor that acts as a switch to control a circuit with an inductive load used is very small in many cases. In the meantime, the high voltage generated by the Turning off the load will induce the transistor into the dangerous high voltage area bring and the maximum energy consumption of the transistor can easily be exceeded.

Einige Verbesserungen können durch Benutzung einer Belastungsbegrenzungsschaltung erzielt werden. Die Diode begrenzt die induzierte Spannung und er-Some improvements can be made by using a load limiting circuit. The diode limits the induced voltage and

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laubt somit eine gewisse Erhöhung des Belastungsstromes. thus allows a certain increase in the load current.

Eine bedeutend wirksamere Verbesserung kann erhalten werden, wenn eine Belastungsbegrenzungsschaltung in Gestalt einer Kondensator-Widerstands-Kombination verwendet wird. Der Spannungsabfall im Transistor ist gering wenn er leitend ist, und der Kondensator in der Belastungsbegrenzungsschaltung hat die Wirkung einer Verzögerung des Spannungsanstieges im Transistor beim Abschalten des Stromes. Infolgedessen kann der Belastungsstrom weiter erhöht werden, ohne den Transistor in den Bereich der gefährlichen Spannungserhöhung zu bringen. Hierfür ist es erwünscht, einen Kondensator mit großer Kapazität zu verwenden, um eine bedeutende Verzögerung der Erhöhung der Spannung im Transistor zu erhalten. Indessen wird der Ladestrom eines solchen Kondensators dem Belastungsstrom hinzuaddiert, wenn der Transistor erstmalig leitend wird, so daß ein großer Kapazitätswert einen solch hohen Ladestrom benötigen kann, daß der Spitzenstrom des Transistors durch die Bemessung des Kondensators überschritten wird. Der Spitzenladestrom kann durch die richtige Wahl des in Reihe geschalteten Widerstandes auf einen geeigneten Wert begrenzt werden. Der Wert dieses Widerstandes ist jedoch dann so groß, daß er die Wirksamkeit des Kondensators beträchtlich verringert.A significantly more effective improvement can be obtained with a load limiting circuit is used in the form of a capacitor-resistor combination. The voltage drop in the transistor is low when it is conductive, and the capacitor in the load limiting circuit has the effect of delaying the voltage rise in the transistor when the current is switched off. As a result, the load current can be further increased without the transistor in the range of bring dangerous voltage increase. For this purpose, it is desirable to use a capacitor with a large capacity to use to add a significant delay in increasing the voltage in the transistor obtain. Meanwhile, the charging current of such a capacitor is added to the load current, when the transistor is first conductive, so that a large capacitance value such a high charging current may need that the peak current of the transistor by the rating of the capacitor is exceeded. The peak charging current can be determined by the correct choice of the resistor connected in series be limited to a suitable value. However, the value of this resistance is then like this large in that it considerably reduces the efficiency of the capacitor.

Die Erfindung gestattet nun eine weitere Erhöhung des maximalen Belastungsstromes, indem eine Diode parallel zum Widerstand der bekannten RC-Belastungsbegrenzungsschaltung geschaltet wird, wobei sie so gepolt wird, daß sie während der Entladung des Kondensators leitend und während der Ladung nichtleitend ist.The invention now allows a further increase in the maximum load current by connecting a diode in parallel to the resistor of the known RC loading load limiting circuit, where it is polarized so that it is conductive during the discharge of the capacitor and non-conductive during the charge.

Der Kapazitätswert des Kondensators kann hierdurch genügend hoch gewählt werden, um zu gewährleisten, daß der Transistor stets außerhalb des Bereiches der gefährlichen Spannungserhöhung gehalten wird. Der Kondensator kann somit so gewählt werden, daß er einen hohen Ladestrom aufnimmt. Indessen wird der Widerstand ebenfalls mit einem verhältnismäßig hohen Wert gewählt, so daß ein Spitzenstrom bei der Beanspruchung des Transistors nicht überschritten wird. Dieser Wert des Widerstandes ist so hoch, daß er die Wirksamkeit des Kondensators bei den bisher bekannten Schaltungen wesentlich beeinträchtigen würde. Indessen wird durch die erfindungsgemäße Anordnung einer Diode beim Entladen des Kondensators der Widerstand kurzgeschlossen, so daß der Kondensator die volle Wirksamkeit besitzt.The capacitance value of the capacitor can hereby be selected to be sufficiently high to ensure that the transistor is always kept outside the range of the dangerous voltage increase will. The capacitor can thus be chosen so that it absorbs a high charging current. Meanwhile, the resistance is also chosen to have a relatively high value, so that a Peak current when the transistor is stressed is not exceeded. This value of resistance is so high that it significantly improves the effectiveness of the capacitor in the previously known circuits would affect. In the meantime, the inventive arrangement of a diode during discharging of the capacitor's resistor shorted out, so that the capacitor has its full effectiveness owns.

Auf diese Weise gestattet die vorliegende Erfindung, daß ein Transistor einen wesentlich höheren Strom mit einer induktiven Belastung schaltet, als es mit irgendeiner bisher bekannten Schaltung möglich war.In this way, the present invention allows a transistor to have a much higher Current switches with an inductive load than is possible with any previously known circuit was.

Erfindungsgemäß ist eine impulsbetätigte Transistorschaltung zum An- und Abschalten eines Stromes an eine induktive Last vorgesehen, wobei eine Belastungsbegrenzungsschaltung parallel zu der Belastung geschaltet ist und die Belastungsbegrenzungsschaltung eine an sich bekannte Kombination von einem Widerstand und einem Kondensator in Reihe geschaltet enthält, wobei eine Diode parallel zum Widerstand geschaltet und so gepolt ist, daß sie während der Ladung des Kondensators nichtleitend und während der Entladung des Kondensators leitend ist und daß der Ladestrom des Kondensators durch den Widerstand begrenzt wird und der Kondensator bei seiner Entladung zur Belastungsbegrenzung voll wirksam ist.According to the invention is a pulse-operated transistor circuit provided for switching a current on and off to an inductive load, wherein a Load limiting circuit is connected in parallel with the load and the load limiting circuit a known combination of a resistor and a capacitor in series contains switched, wherein a diode is connected in parallel with the resistor and polarized so that it is during the charge of the capacitor non-conductive and conductive during the discharge of the capacitor and that the charging current of the capacitor is limited by the resistor and the capacitor is fully effective when discharging to limit the load.

Nachstehend soll die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die Zeichnung beschrieben werden, in derThe invention is based on an exemplary embodiment with reference to the drawing are described in the

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Beziehungen zwischen dem Kollektorstrom I_c und der Kollektorspannung V_c des Transistors zeigt undFig. 1 shows a schematic representation of the relationships between the collector current I _c and the collector voltage V _{c of} the transistor and

Fig. 2 ein Schema eines Transistors beim Betrieb mit dem geerdeten Emitter und mit einer induktiven Belastung zeigt.2 shows a diagram of a transistor operating with the grounded emitter and with an inductive one Load shows.

In Fig. 1 ist der Kollektorstrom I_c eines typischen Transistors im Verhältnis zur Kollektorspannung V_c für einen besonderen Wert eines umgekehrten Basisstromes mittels einer durchgezogenen Linie eingezeichnet. Der Einsatz der Lawinenvervielfachung ist gezeigt durch die plötzliche Änderung der Gestalt1 shows the collector current I _{c of} a typical transistor in relation to the collector voltage V _c for a particular value of an inverted base current by means of a solid line. The use of avalanche multiplication is shown by the sudden change in shape

ao der Kurve im Bereich A. Das ist der normale Lawineneffekt, der in der vorher erwähnten Veröffentlichung beschrieben ist.ao of the curve in area A. This is the normal avalanche effect described in the aforementioned publication.

Die veröffentlichten Kennlinien der Transistoren zeigen allgemein nur Werte des Kollektorstromes I₁., die geringer sind als diejenigen, die dem Punkt B entsprechen. Die Gestalt der Kurve vom Anfang bis zum Punkt A ist durch die normalen Betriebseigenschaften des Transistors bestimmt. Die Gestalt der Kurve von A bis B ist durch die Lawinenvervielfachungsmerkmale des Transistors bestimmt. Bei Durchführung von Messungen an verschiedenen handelsüblichen Verbindungstransistoren mit hohen Werten des Kollektorstromes wurde festgestellt, daß bei erhöhtem Kollektorstrom jenseits des Wertes entsprechend dem Punkt B eine allgemeine Tendenz vorliegt, daß der hochgelegene Abschnitt C gefolgt wird durch eine weitere plötzliche Erhöhung des Stromes, die bei D angedeutet ist. Der Grund für den Anstieg bei D ist nicht vollkommen klar. Es scheint jedoch, daß er durch eine Form von anomalem Lawinenvervielfachungseffekt verursacht wird. Es ist offensichtlich, daß die Kennlinie einen großen negativen Abfall jenseits von D und über den Teil des Abschnitts von A bis B hat. In diesen Gebieten erzeugt ein kleiner Abfall der Kollektorspannung eine große Zunahme des Kollektorstromes. Ein »Durchbrenn«-Zustand, in dem der Kollektorstrom und die Energieverluste auf einen gefährlich hohen Wert steigen, tritt wahrscheinlich auf, wenn der Betätigungspunkt des Transistors rechts von der Kurve für Kollektorströme liegt und merklich größer als entsprechend dem Punkt A ist. Dieser Zustand ist besonders wahrscheinlich, wenn der Transistor benutzt wird, um relativ große Ströme bei hauptsächlich induktiven Belastungen zu schalten. Eine typische Belastungskennlinie für den Transistor, der mit solch einer Belastung betrieben wird, ist durch die strichpunktierte Linie 9 angegeben. Man kann sehen, daß sich ein großer Teil der Belastungskennlinie zur Herabsetzung des Kollektorstromes — das tritt auf, wenn der Transistor von hoher Leistung abgeschaltet wird — rechts von der voll ausgezogenen Linie befindet. Jeder Versuch zur Betätigung des Transistors mit einer solchen Belastungskennlinie führt mit Sicherheit zur Zerstörung des Transistors zufolge einer übermäßigen Verlustleistung im Kollektor.The published characteristic curves of the transistors generally only show values of the collector current I ₁ which are lower than those which correspond to point B. The shape of the curve from the beginning to point A is determined by the normal operating characteristics of the transistor. The shape of the curve from A to B is determined by the avalanche multiplication characteristics of the transistor. When measurements were carried out on various commercially available connection transistors with high values of the collector current, it was found that with an increased collector current beyond the value corresponding to point B, there is a general tendency that the high-lying section C is followed by a further sudden increase in the current, which at D is indicated. The reason for the increase in D is not entirely clear. However, it appears that it is caused by some form of anomalous avalanche multiplication effect. It is evident that the characteristic curve has a large negative drop beyond D and over the part of the section from A to B. In these areas, a small drop in the collector voltage produces a large increase in the collector current. A "burn-out" condition, in which the collector current and energy losses rise to dangerously high levels, is likely to occur if the transistor's actuation point is to the right of the collector current curve and is noticeably greater than that corresponding to point A. This condition is particularly likely when the transistor is used to switch relatively large currents with mainly inductive loads. A typical load characteristic for the transistor which is operated with such a load is indicated by the dash-dotted line 9. One can see that a large part of the load characteristic for reducing the collector current - this occurs when the transistor is switched off from high power - is to the right of the solid line. Any attempt to operate the transistor with such a load characteristic will certainly lead to the destruction of the transistor due to excessive power dissipation in the collector.

Der Abschnitt der Kurve über dem hochgelegenen Abschnitt C gibt relativ hohe Ströme an, die bei klei-The section of the curve above the high section C indicates relatively high currents, which at small

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nen Kollektorspannungen entstehen. Um die induk- oberen und rechten Abschnitt der Belastungskenntive Belastungskennlinie links von der Kennlinie zu linie 9 bei Rückkehr in den Ruhezustand nur unter halten, ist es erforderlich, den Transistor mit Strömen der induktiven Belastung. Indessen, da die Belastungszu belasten, die im Verhältnis zu dem entsprechen- kennlinie die Kennlinie in Punkt 11 schneidet, rindet den Punkt D verhältnismäßig gering sind. Wenn die 5 tatsächlich ein Lawinenzusammenbruch statt, und der Belastung große Ströme erfordert, ist es notwendig, Transistor-Betriebspunkt folgt der Kennlinie.
Transistoren zu benutzen, die für hohe Betriebs- Wie bereits oben erläutert, führt das zu außer-Nen collector voltages arise. In order to only keep the inductive upper and right-hand section of the load-aware load characteristic curve to the left of the characteristic curve to line 9 when returning to the idle state, it is necessary to supply the transistor with currents of the inductive load. However, since the load that intersects the characteristic in point 11 in relation to the corresponding characteristic curve, point D is relatively small. If the 5 actually does an avalanche collapse, and the load requires large currents, it is necessary for the transistor operating point to follow the characteristic curve.
To use transistors, which for high operating As already explained above, this leads to extra-

leistungen vorgesehen sind. Diese Transistoren sind ordentlichen Kollektorenergieverlusten. Die Wirkung teuer und besitzen eine niedrige Betriebsfrequenz, so des Belastungskorrekturkreises zur Änderung der daß sie für die kurz dauernden Antriebsimpulse von io Belastungskennlinie ist der Art, daß sie sich auf der geringer Energie nicht geeignet sind. linken Seite der Kennlinie befindet und diese nur imservices are provided. These transistors are neat collector losses. The effect expensive and have a low operating frequency, so the load correction circuit to change the that they are responsible for the short drive pulses of io load characteristic curve that they are on the low energy are not suitable. left side of the characteristic and this only in

Eine Transistorschaltung entsprechend der vor- Betriebspunkt des Ruhezustandes schneidet. Wenn liegenden Erfindung ist in Fig. 2 gezeigt. An die Basis der Transistor T₁. in den leitenden Zustand gebracht des Transistors T_r werden Eingangssignale über einen ist, folgt der Betriebspunkt im wesentlichen den unte-Transformator 1 angelegt. Die Eingangssignale be- 15 ren und linken Teilen der Belastungslinie 9. Indessen, stehen vorzugsweise aus rechteckigen Impulsen von wenn der Transistor T₇. vom leitenden Zustand in den genügender Amplitude und Dauer, um den Tran- abgeschalteten Zustand gebracht wird, folgt der Besistor in den leitenden Zustand zu versetzen, so daß triebspunkt der Bahn, die durch die gestrichelte Linie ein Strom zur induktiven Belastung 2 hindurchgeleitet 10 angegeben ist. Man kann sehen, daß die Linie 10 wird, gefolgt von einem Impuls von entgegengesetzter 20 sich links von der Kennlinie befindet, so daß der verPolarität mit großer Amplitude und einer relativ hältnismäßig große Strom unterbrochen werden kann, kurzen Dauer. Der Grund für die Benutzung dieser ohne daß der Transistor in den Lawinenverviel-Art der Wellenform für Eintrittssignale soll später fachungsbereich gebracht wird. Nur durch Benutzung erläutert werden. eines Transistors, der frei ist von der Lawinenverviel-A transistor circuit corresponding to the pre-operating point of the idle state intersects. When lying invention is shown in FIG. At the base of the transistor T ₁ . The transistor T _r is brought into the conductive state, input signals are applied via a, the operating point essentially follows the lower transformer 1. The input signals are 15 ren and left parts of the load line 9. Meanwhile, preferably consist of rectangular pulses from when the transistor T ₇ . is brought from the conductive state to the amplitude and duration sufficient to bring the Tran switched-off state, the Besistor follows to put the conductive state so that the driving point of the path through which a current to the inductive load 2 is passed 10 is indicated by the dashed line . It can be seen that line 10 is followed by a pulse from opposite 20 to the left of the curve so that the reverse polarity can be broken with large amplitude and relatively relatively large current, short duration. The reason for using this without the transistor being in the avalanche multiplying type of waveform for entry signals is said to be multiplying later. Can only be explained through use. of a transistor that is free from avalanche multiplication

Der Emitter des Transistors T_r ist geerdet, und 25 fachung in dem gesamten Bereich, der durch die dessen Basis ist mit einer + 1-Volt-Vorspannungs- Linie 9 umschlossen wird, ist es möglich, die Schalleitung über eine sekundäre Wicklung des Transfer- tung mit den erforderlichen Versorgungsspannungen mators 1 verbunden. Im ruhenden Zustand (Sperr- und Strömen zu betreiben ohne unkorrekten Betrieb zustand) ist die Basis durch die + 1-VoIt-Vorspan- der Schaltung und ohne Gefahr für den Transistor, nungsleitung über den Sekundärtransformator gegen- 30 Es ist offensichtlich, daß die Wirkung der Beüber dem Emitter positiv vorgespannt. Der Kollektor lastungsbegrenzungsschaltung eine Herabsetzung der des Transistors T_r ist mit einer — 60-Volt-Leitung Spannungshöhe beim Wechsel der Kollektorspannung über einen Widerstand 4 und die Belastung 2 in und somit der Stromstärke beim Wechsel des Kollek-Reihe geschaltet. Die Belastung kann z. B. die Win- torstromes bringt. Dieses hat die Wirkung, daß die dung eines elektromagnetischen Relais sein. Die pri- 35 Belastungskennlinie links von der Kennlinie gehalten märe induktive Belastung, die gebildet wird durch wird, so daß die zu erwartenden Gefahren einer faldie Windung 2 und den Widerstand 4, ist parallel zu sehen Schaltung und ein Betrieb mit hohen Kollektoreiner Begrenzungsdiode 5, die in Sperrichtung gepolt Verlusten vermieden werden, wobei eine relativ hohe ist, geschaltet und außerdem parallel zu einer Be- Eingangsspannung und Kollektorströme benutzt werlastungsbegrenzungsschaltung geschaltet, die aus 4° den können.The emitter of the transistor T _r is grounded, and 25 times in the entire area, which is surrounded by its base with a + 1 volt bias line 9, it is possible to connect the sound line via a secondary winding of the transfer device connected to the required supply voltages mators 1. In the quiescent state (blocking and currents can be operated without incorrect operation), the basis is through the + 1-VoIt-bias circuit and without danger for the transistor, voltage line through the secondary transformer against- 30 It is obvious that the effect the be over the emitter positively biased. The collector load limiting circuit a reduction of the transistor T _r is connected with a -60 volt line voltage level when changing the collector voltage via a resistor 4 and the load 2 in and thus the current intensity when changing the collector series. The load can e.g. B. brings the Win- torstromes. This has the effect that the manure of an electromagnetic relay. The primary load characteristic curve to the left of the characteristic curve is held by inductive load, which is formed by the expected dangers of winding 2 and resistor 4, can be seen in parallel circuit and operation with a high collector of a limiting diode 5, which Losses polarized in the reverse direction can be avoided, with a relatively high one being connected and also connected in parallel to a load limiting circuit that can be connected to an input voltage and collector currents that can be switched from 4 °.

einer parallel geschalteten Diode 6, die ebenfalls in Die entsprechenden Werte der Bestandteile, die ina parallel-connected diode 6, which is also shown in The corresponding values of the components shown in

Sperrichtung gepolt ist, und einem Widerstand 7 be- einer typischen Schaltung für einen Krafttransistor steht, die in Reihe mit einem Kondensator 8 geschal- mit Eigenschaften, die gleich denjenigen sind, die in tet sind. Fig. 1 gezeigt sind, benutzt werden, sind folgende:Reverse direction is polarized, and a resistor 7 BE a typical circuit for a power transistor is connected in series with a capacitor 8 with properties equal to those in are tet. Fig. 1 are the following:

Wenn ein Eingangssignal an die Primärwindung 45When an input signal is applied to the primary winding 45

des Transformators 1 angelegt wird, überwindet der Widerstand 4 20 Ohmof the transformer 1 is applied, the resistance 4 overcomes 20 ohms

erste in der Sekundärwicklung des Transformators Widerstand 7 180 Ohmfirst in the secondary winding of the transformer resistor 7 180 ohms

induzierte Impuls die Vorspannung und versetzt den Windung 2 12 mH (Relaisankerinduced impulse the bias voltage and shifts winding 2 12 mH (relay armature

Transistor T_r schnell in den hochleitenden Zustand. geschlossen)Transistor T _r quickly in the highly conductive state. closed)

Während dieser Betriebsperiode bewegt sich der 50 Kondensator 8 2 FDuring this period of operation, the 50 capacitor 8 2 F moves

Transistorpunkt entlang der unteren und linken SeiteTransistor point along the bottom and left side

der Belastungskennlinie 9. Nach Beendigung des Der Spitzenstrom durch die Windung 2 betrug beithe load characteristic curve 9. After the end of the The peak current through winding 2 was at

ersten Impulses und dem Start des umgekehrt gerich- der angelegten Kollektorspannung von 60 Volt teten Impulses wird der Transistor schnell abge- 3 Amp.first impulse and the start of the reverse direction applied collector voltage of 60 volts When the pulse is triggered, the transistor is quickly cut off - 3 Amp.

schaltet. Der durch die Belastung 2 durchfließende 55 Für einen besonderen Wert der induktiven BeStrom beginnt abzufallen, so daß eine hohe Spannung lastung wird die Gestalt des Abschnitts 10 der Bein der hochleitenden induktiven Belastung 2 induziert lastungslinie primär durch den Wert des Kondenwird. Diese induzierte Spannung wirkt so, daß die sators 8 und durch die Schaltgeschwindigkeit des Kollektorspannung schnell einen negativen Wert er- Transistors T_r gesteuert. Eine Erhöhung der Kapahält. Unter Annahme, daß ein Lawinenzusammen- 60 zität des Kondensators verschiebt die Belastungsbruch in dem Transistor T₁. nicht stattfindet — denn kennlinie fort von dem Lawinenbereich nach links, die Begrenzungsdiode wird leitend, wenn die Kollek- Eine Erhöhung der Schaltgeschwindigkeit hat den torspannung versucht, höhere negative Werte zu be- gleichen Effekt, und das kann durch Benutzung eines kommen als die Spannung der — 60-Volt-Versor- Hochfrequenztransistors erzielt werden, der von Nagungsleitung —, wird auf diese Weise die Maximum- 65 tür aus eine höhere Schaltgeschwindigkeit besitzt, in-Kollektorspannung begrenzt. dem ein Umkehrimpuls von größerer Amplitude inswitches. The 55 flowing through the load 2 for a particular value of the inductive load begins to decrease, so that a high voltage load becomes the shape of the section 10 of the leg of the highly conductive inductive load 2 induced load line is primarily through the value of the condensate. This induced voltage acts in such a way that the sators 8 and the switching speed of the collector voltage quickly turn a negative value into the transistor T _r . An increase in the capacity. Assuming that an avalanche cohesion of the capacitor shifts the load break in the transistor T ₁ . does not take place - because the characteristic curve away from the avalanche area to the left, the limiting diode becomes conductive when the collector voltage has attempted to equalize higher negative values, and this can come about by using one than the voltage of the - 60-volt supply high-frequency transistor can be achieved by Nagungsleitung - in this way the maximum door has a higher switching speed, limited in-collector voltage. which a reversal pulse of greater amplitude in

In der Abwesenheit einer Lawinenwirkung durch- dem zweiten Teil des Eingangsimpulses verwendet quert der Betriebspunkt des Transistors T₁. den wird. Auf diese Weise hilft der umgekehrte ImpulsIn the absence of an avalanche effect, the second part of the input pulse used crosses the operating point of transistor T ₁ . that will. In this way the reverse impulse helps

des Eingangssignals zur Sicherstellung einer guten Wirkung mit hohen Werten des Kollektorstromes.of the input signal to ensure a good effect with high values of the collector current.

Eine gewisse Verbesserung der rein induktiven Belastungskennlinie kann durch. Parallelschaltung der Belastung mit nur einem Kondensator erhalten werden. Indessen ist diese Verbesserung sehr viel geringer als diejenige, die erfindungsgemäß durch Benutzung der Belastungsbegrenzungsschaltung, die oben beschrieben wurde, erhalten wird. Diese entsteht durch die Notwendigkeit, den Kondensatorladestrom zu beschränken, während der Transistor in den leitenden Zustand zu Beginn des Eingangssignals gebracht wird. Wenn der Strom nicht beschränkt wird, kann die Spitze des Kollektorstromes zu hoch werden, und die Lawinenvervielfachungsmerkmale können daher auftreten.A certain improvement in the purely inductive load characteristic can be achieved by. Parallel connection of the Load can be obtained with only one capacitor. However, this improvement is much smaller than that which, according to the invention, by using the load limiting circuit, the described above. This arises from the need to charge the capacitor to restrict while the transistor is brought into the conductive state at the beginning of the input signal will. If the current is not restricted, the peak of the collector current can become too high, and the avalanche multiplication features can therefore occur.

Der Maximumwert des Kondensators, der durch die Höhe der Stromspitze bestimmt ist, kann wohl wesentlich kleiner sein als der erforderliche, um den nötigen Grad der Verbesserung, die durch die Linie 10 in Fig. 1 angegeben ist, zu geben. In der Belastungsbegrenzungsschaltung ist die Diode 6 durch den Spannungsabfall, der erzeugt wird durch den Widerstand 7 und den Kondensatorladestrom, umgekehrt vorgespannt. Die Diode 6 ist nichtleitend, und der Ladestrom des Kondensators ist begrenzt durch den Widerstand 7. Indessen, wenn der Kondensator entladen wird, wird der Transistor T_r abgeschaltet, und die Diode 6 wird leitend und wirkt als ein Nebenschluß mit niedriger Impedanz gegenüber dem Widerstand 7. Auf diese Weise ist der Kondensator für die Korrekturwirkung während der Abschaltperiode des Transistors voll wirksam. Somit wird der Wert des Kondensators 8 durch den Grad der Korrektur der Belastungslinie bestimmt, die erforderlich ist, und der Ladestrom wird dann auf einen sicheren Wert durch die Wahl eines geeigneten Wertes des Widerstandes 7 begrenzt.The maximum value of the capacitor, which is determined by the magnitude of the current peak, may well be considerably smaller than that required to give the necessary degree of improvement, which is indicated by the line 10 in FIG. In the load limiting circuit, the diode 6 is reverse biased by the voltage drop generated by the resistor 7 and the capacitor charging current. The diode 6 is non-conductive and the charging current of the capacitor is limited by the resistor 7. Meanwhile, when the capacitor is discharged, the transistor T _{r is} turned off and the diode 6 becomes conductive and acts as a low impedance shunt to the resistor 7. In this way the capacitor is fully effective for the correction effect during the turn-off period of the transistor. Thus, the value of the capacitor 8 is determined by the degree of correction of the load line that is required, and the charging current is then limited to a safe value by the choice of an appropriate value of the resistor 7.

Es kann festgestellt werden, daß auch eine geerdete Basisschaltung anstatt einer geerdeten Emitter-It can be stated that a grounded basic circuit instead of a grounded emitter

schaltung benutzt werden kann, die in, Fig. 2 gezeigt ist. Das Eingangssignal wird dann an den Emitter angelegt, und die Basis ist mit der positiven Versorgungsleitung über einen Widerstand verbunden. Der Kollektorstromkreis ist unverändert und wirkt in einer Art, die gleich derjenigen ist, die vorstehend beschrieben wurde.circuit shown in FIG. 2 can be used is. The input signal is then applied to the emitter, and the base is connected to the positive supply line connected via a resistor. The collector circuit is unchanged and has an effect in of a kind similar to that described above.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. Pulse-operated transistor circuit for switching a current on and off to an inductive load, wherein a load limiting circuit is connected in parallel to the load and the load limiting circuit contains a known combination of a resistor and a capacitor connected in series, characterized in that a diode (6) connected in parallel to the resistor (7) and polarized so that it is non-conductive during the charging of the capacitor (8) and conductive during the discharge of the capacitor (8), and that the charging current of the capacitor (8) through the resistor (7) is limited and the capacitor is fully effective when it is discharged to limit the load.

2. Circuit according to claim 1, characterized in that the inductive load (2) with a limiting diode (5) is effectively connected in parallel, the limiting diode (5) so polarity is that it limits the change in the collector voltage caused by the voltage induced by the inductive load when the transistor is switched off.

Considered publications:
German Auslegeschrift No. 1048 945,
071133, 1,020,673;

Goetzsch, "Pocket book for telecommunications technicians", 1943, p. 102, table.

1 sheet of drawings