DE1114849B

DE1114849B - Zweistufiger Transistorverstaerker mit Schutzmassnahmen gegen UEberlastung

Info

Publication number: DE1114849B
Application number: DEI17430A
Authority: DE
Inventors: Edward Hugo Sommerfield
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1958-12-29
Filing date: 1959-12-22
Publication date: 1961-10-12
Also published as: GB939943A; US3089036A

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

kl. 21a² 18/08

INTERNATIONALE KL.

H03f;k

117430 Vma/21a²

ANMELDETAGt 22. DEZEMBER 1959

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 12. OKTOBER 1961

Die Erfindung betrifft Schutzmaßnahmen bei einer speziellen Transistorverstärkerschaltung für den Fall, daß die Speisespannung stark schwankt oder einseitig ausfällt.

In der Transistorschaltungstechnik ist es bekannt, daß, falls Speisespannungen einseitig ausfallen oder sich so ändern, daß die Verlustleitsung der verwendeten Transistoren überschritten wird, die Transistoren dauernd beschädigt werden können. Es ist daher vorteilhaft, Schutzmaßnahmen in solche Schaltungen einzubauen, damit ein Ausfall oder eine Änderung der Speisepotentiale über bestimmte Toleranzen hinaus keinen zerstörenden Ausfall der Transistoren verursachen kann. Dies ist von besonderer Wichtigkeit, wenn die verwendeten Transistoren im Impulsbetrieb mit relativ schmalen Arbeitsimpulsen arbeiten. Unter solchen Bedingungen hat es sich gezeigt, daß Sicherungen und ähnliche thermisch betätigte Vorrichtungen eine zu langsame und unzureichende Schutzmaßnahme sind. Diese Nachteile zu beheben, ist Aufgabe der Erfindung.

Die Erfindung bezieht sich demnach auf einen zweistufigen galvanisch gekoppelten Verstärker mit komplementären Transistoren und Maßnahmen, damit sie bei Änderung oder Ausfall der Speisespannung vor Überlastung geschützt sind, und besteht in der Vereinigung folgender Merkmale:

a) Die Basis des PNP-Vortransistors, dessen Emitter festes Potential hat, und der Kollektor des NPN-Endtransistors sind je über einen Widerstand mit einer positiven Speisespannungsquelle verbunden;

b) der Kollektor des Vortransistors und der Emitter des Endtransistors sind über je einen Widerstand mit einer negativen Speisespannungsquelle verbunden;

c) beide Transistoren sind über einen Widerstand mit einer bei normalen Betriebsbedingungen gesperrten Begrenzerdiode gekoppelt;

d) die einzelnen Widerstände sind so bemessen, daß die zulässige Transistorverlustleistung nicht überschritten wird, wenn eine der Speisespannungsquellen ausfällt.

Die Erfindung sei nachstehend für eine beispielsweise Ausführung an Hand der Zeichnung näher erläutert, die einen Transistorverstärker mit den Schutzmaßnahmen gemäß der Erfindung darstellt.

In der Zeichnung bezeichnet T1 einen PNP-Flächentransistor, der als Vorstufe für die Steuerung eines NPN-Flächentransistors T 2 dient. Der Transistor Γ 2 speist eine Magnetkerneinheit M, die an seinen Kollektor angeschlossen ist. Der Kollektor ist ferner Zweistufiger Transistorverstärker mit Schutzmaßnahmen gegen Überlastung

Anmelder:

International Business Machines Corporation,, New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr. B. Quarder, Patentanwalt, Stuttgart O, Richard-Wagner-Str. 16

Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom 29. Dezember 1958

Edward Hugo Sommerfeld, Endicott, N. Y.

(V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

über die Kerneinheit M und einen Widerstand 12 an einer positiven Speisespannungsklemme angeschlossen. Der Emitter des Transistors T 2 ist über einen Widerstand 14 geerdet.

Der Vortransistor Tl arbeitet in Emitterschaltung. Seine Basis ist über einen Widerstand 18 und einen Kondensator 19 an die Eingangssignalklemme angeschlossen, die mit einer nicht gezeigten negativen Impulsquelle verbunden ist. Außerdem sind an die Basis zwei Vorspannungszweige angeschlossen, von denen einer über den Widerstand 21 zur positiven Speisespannungsklemme führt, während der andere aus einem geerdeten Widerstand 23, einer geerdeten Diode 24 und einem Kondensator 25 besteht. Der Kondensator 19 ist als Schutz für den Fall vorgesehen, daß· das negative Eingangssignal auf niedrigem Potential bleibt, und der Kondensator 25 in der Vorspannungsschaltung beschleunigt die Schutzwirkung für die Basis des Transistors Tl. Die Diode 24 begrenzt nämlich den Punkt A auf Erdpotential, und der Widerstand 23 ist für den Fall vorgesehen, daß die Diode 24 ausfällt. Der Widerstand 23 hat einen solchen Wert, daß die Basis des Vortransistors, niemals bis zum Durchschlag vorgespannt werden kann. Wenn der Widerstand 23 nicht vorgesehen wäre und die Diode 24 ausfiele, könnte eine falsche Vorspannung den Vortransistor zerstören. Der dadurch in ihm bewirkte Emitter-Basis-Kurzschluß

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würde dazu führen, daß der Endtransistor T 2 mit einem Gleichstrom in Flußrichtung gespeist und ebenfalls zerstört würde.

Der Kollektor des Vortransistors und der Emitter des Endtransistors sind an eine gemeinsame negative Speisespannungsklemme über Widerstände 27 bzw. 28 angeschlossen. Außerdem ist der Kollektor des Vortransistors mit der Basis des Endtransistors über einen den Widerstand 30 und die geerdete Diode 31 umfassenden Strompfad verbunden. Unter normalen Bedingungen schaltet ein negatives Eingangssignal den Transistor Tl in den leitenden Zustand, und durch den resultierenden Potentialanstieg an den Punkten B und C des Strompfades wird auch der Transistor T 2 in den leitenden Zustand geschaltet. Dann fließt ein konstanter Strom von der negativen Spannungsklemme durch die Magnetkerneinheit M und den Widerstand 12 zu der positiven Spannungsklemme.

Gemäß der Erfindung sind nun die Transistoren T1 und T 2 auf verschiedene Weise geschützt. Ohne sie könnte z. B. ein einseitiger Speisespannungsausfall die Transistoren zerstören. Deshalb sind die Widerstände 12 und 21 so ausgelegt, daß, falls die positive Speisespannung so weit abfällt, daß der Transistor Π in den leitenden Zustand vorgespannt wird, selbst wenn kein Eingangssignal vorliegt, auch die positive Kollektorspannung des Transistors T 2 abfällt, so daß seine Verlustleistung nicht überschritten wird. Mit anderen Worten, die Spannungsdifferenz zwischen den Punkten D und E multipliziert mit dem Strom im Transistor T 2 reicht nicht aus, um ihn zu zerstören.

Wenn der Transistor Tl leitet, fließt außerdem Strom von der negativen Spannungsklemme durch die Basis-Emitter-Diode des Transistors T 2, den Widerstand 30 und den Transistor Tl zur Erde. Außerdem fließt Strom durch den Widerstand 27 und den Transistor Tl zur Erde. Punkt C hat jetzt Erdpotential, und Punkt E hat unter Vernachlässigung eines eventuellen Basis-Emitter-Spannungsabfalls ebenfalls Erdpotential. Der Strom fließt durch die Magnetkerneinheit M im Ausgangskreis des Transistors Γ 2, der ein nichtsättigender Stromtreiber ist, so daß die Basis des Transistors Π Erdpotential behält und Punkt D unter normalen Bedingungen niemals das Erdpotential erreicht. Infolgedessen werden die Diode 31 sowie eine weitere Diode 32, welche die Basis des Vortransistors mit dem Kollektor des Endtransistors verbindet, normalerweise niemals leitend.

Die Diode 32 dient als weitere Schutzmaßnahme, um sicherzustellen, daß bei versehentlicher Unterbrechung der Kollektorzuleitung des Transistors Γ 2 unter Impulsbedingung ein ausreichender zusätzlicher Basisstrom im Transistor Tl fließt, um ihn unter der schweren Belastung, die der Basis-Emitter-Kreis des Endtransistors bildet, gesättigt zu halten. Die Diode 32 bietet eine höhere Durchlaßimpedanz für den in 7*1 hineingehenden Stromfluß. Tl muß gesättigt bleiben, und das Potential am Punkt B muß mindestens etwa den Erdwert haben; mit der Diode 32 in der Schaltung bleibt der Punkt B aber auf dem Erdwert, weil die Diode einen Ausweichpfad für weiteren Basisstrom zu Tl bildet und Tl den Emitterstrom von T 2 über den Widerstand 30 leitet. Infolgedessen bleibt der Endtransistor im leitenden Zustand. Wenn dagegen die Diode 32 nicht in der Schaltung läge und der Ausgangs-Kollektorkreis versehentlich unterbrochen würde, würde der Transistor Tl den Widerstand 28 zusammen mit dem Spannungsabfall des Basis-Emitter-Übergangs vom Transistor Γ 2 als zusätzliche Last übernehmen. Dadurch würde der Transistor Π überlastet, und das Potential am Punkt B würde veranlaßt, auf den Wert anzusteigen, bei dem der Transistor Tl zerstört wird.

Eine weitere Schutzmaßnahme gemäß der Erfindung besteht darin, daß die negative Vorspannung dem Emitter des Transistors T 2 anstatt seiner Basis zugeführt wird. Wenn der Transistor T 2 leitend ist,

ίο hat sein Emitter praktisch Erdpotential, und es fließt praktisch kein Strom im Widerstand 14. Daher hat der Widerstand 14 während der »EIN«-Zeit sehr wenig Wirkung. Wenn der Transistor Tl ausgeschaltet ist, wird das Basispotential des Endtransistors durch die negative Speisespannung, durch den Widerstand 27 und durch die Kollektorströme bestimmt. Sein Emitterpotential wird bestimmt durch die negative Speisespannung, durch den Widerstand 28 und durch den Ableitstrom. Da der Ableitstrom mehr oder weniger durch den Widerstand 14 bestimmt wird, kann man diesen Widerstand selbständig einstellbar machen, um sicherzustellen, daß der Transistor T 2 abgeschaltet ist.
Einerlei ob Signalimpulse anliegen oder nicht, oder ob das Magnetelement M im Kollektorkreis eingeschaltet ist oder nicht, steigt außerdem, falls die negative Speisespannung ausfällt, das Potential an der Speiseklemme auf Erdwert, und es wird ein Zustand erreicht, bei dem die Differenz der Spannung zwischen den Punkten C und E (Basis und Emitter) sich dem Wert 0 nähert. Der Transistor Γ 2 beginnt zu leiten, und wenn nun die Spannung positiver wird, fließt mehr Strom in ihm, und die Verlustleistung steigt an. Wenn die Spannung den Erdwert erreicht, wird die Leistung des Endtransistors durch die Summe der Widerstände 12 und 28 auf einen Wert begrenzt, der unter der maximalen Verlustleistung liegt, so daß er nicht beschädigt wird. Wenn die Spannung über den Erdwert hinaus ansteigt, begrenzt die Diode 31 seine Basis auf Erdpotential, das Potential am Punkt i? wird positiv und bewirkt so die Abschaltung des Transistors T 2.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Zweistufiger galvanisch gekoppelter Verstärker mit komplementären Transistoren, die bei Änderung oder Ausfall der Speisespannung vor Überlastung geschützt sind, gekennzeichnet durch die Vereinigung folgender Merkmale:

a) Die Basis des PNP-Vortransistors (Γ1), dessen Emitter festes Potential hat, und der Kollektor des NPN-Endtransistors (Γ2) sind je über einen Widerstand (21, 12) mit einer positiven Speisespannungsquelle verbunden;

b) der Kollektor des Vortransistors und der Emitter des Endtransistors sind über je einen

Widerstand (27, 28) mit einer negativen Speisespannungsquelle verbunden;

c) beide Transistoren sind über einen Widerstand (30) mit einer bei normalen Betriebsbedingungen gesperrten Begrenzerdiode (31)

gekoppelt;

d) die einzelnen Widerstände (12, 21, 27, 28) sind so bemessen, daß die zulässige Transistorverlustleistung nicht überschritten wird, wenn eine der Speisespannungsquellen aus

fällt.

2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des Vortransistors

mit dem Kollektor des Endtransistors über eine bei normalen Betriebsbedingungen gesperrte Diode (32) verbunden ist, so daß bei Ausfall oder Unterschreitung der normalen Kollektorspeisespannung des Endtransistors ein ausreichender Basisstrom des Vortransistors gewährleistet ist. 3. Verstärker nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß einer im Basiskreis des Vortransistors vorgesehenen Begrenzerdiode (24) ein Widerstand (23) parallel geschaltet ist.

4. Verstärker nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Emitter des Endtransistors zusätzlich über einen weiteren Widerstand (14) ein niedrigeres Potential zugeführt wird, so daß im abgeschalteten Zustand des Endtransistors die schon vorhandene Sperrvorspannung unterstützt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen