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Transistorkippschaltung Die Erfindung betrifft eine Transistorkippschaltung,
die z. B. als Meßglied in Relaisschaltungen dienen soll.
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Es ist bekannt, daß man eine aus zwei Transistoren bestehende Kippschaltung,
die über Emitter und Kollektor gekoppelt sind, als Grenzwertschalter verwenden kann.
Diese Schaltung ist unter dem Namen Schmidt-Trigger schon aus der Röhrentechnik
bekannt. Werden Transistoren an Stelle der Elektronenröhren verwendet, muß man der
Eigenart dieser Bauelemente Rechnung tragen. Die Steuerung erfolgt hier nicht mehr
leistungslos, da der meist verwendete pnp-Flächentransistor eine Stromverstärkung
n ` 1 hat. Es ist demzufolge immer ein gewisser Strom erforderlich, urr den Transistor
anzusteuern. Die Folge davon ist, daß bei hochempfindlichen Schaltungen auch Transistoren
extrem hoher Stromverstärkung erforderlich wären. Dies ist aber gerade für eine
Serienlertigung ein großer Nachteil.
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Es ist weiter bereits bekannt, einen einzelnen Halbleiterkörper mit
einer Stromrückkopplung durch einen Übertrager zu versehen (s. deutsche Patentanmeldung
43648 VIII/21 a1). Bei dieser Schaltung ist aber nur die schon aus der Röhrentechnik
bekannte Rückkopplung Anode-Gitter über einen Übertrager ausgenutzt worden. Außerdem
wird dabei ein zusätzlicher Impulsgenerator benötigt, wenn ein eindeutiges Sperren
oder Durchsteuern des Halbleiterkörpers erfolgen soll. Es wird also schon eine Impulseingangsgröße
vorausgesetzt, so daß kein Schwellwertschalter vorliegt.
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Weiterhin ist eine Schaltung mit zwei Transistoren bekanntgeworden,
die eine magnetische Kopplung aufweist (s. britische Patentschritt 858 280). Hierbei
ist der zweite Transistor aber lediglich als Schaltstufe aufzufassen, der ein magnetisch
rückgekoppelter Transistor vorgeschaltet ist. Das Kippverhalten ist hier lediglich
durch diese Rückkopplung bedingt. Die Flankensteilheit der Ausgangsimpulse wird
demnach durch das Übergangsverhalten des Übertragers festgelegt. Außerdem wäre es
unzweckmäßig, die Schaltung als Schwellwertschalter zu verwenden, da auf Grund der
Steuerungsart eine relativ große Temperaturempfindlichkeit vorhanden ist.
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Die Eingangsempfindlichkeit wird auch bei großen Verstärkungsfaktoren
des ersten Transistors nicht hoch sein, weil die Sekundärwicklung des Übertragers
nicht direkt im Basiskreis liegt.
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Es war also die Aufgabe zu lösen, eine Schaltung zu schaffen, die
folgende Forderungen erfüllen muß: große Eingangsempfindlichkeit, relativ temperaturstabiler
Ansprechwert. gutes Übergangsverhalten, Ansprechwert möglichst von der Toleranz
der Bauelemente unabhängig.
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Erfindungsgemäß wird die Eingangsempfindlichkeit einer galvanisch
rückgekoppelten Kippschaltung mit einem Übertrager, der die Ausgangsgröße auf den
Eingang eines Transistors rückkoppelt, dadurch erreicht, daß die Sekundärwicklung
eines Übertragers im Basiskreis des ersten Transistors und die Primärwicklung im
Kollektorkreis des zweiten Transistors liegt, wobei die Ausgangsgröße des zweiten
Transistors auf den Eingang des ersten Transistors positiv rückgekoppelt wird. Auch
im Ruhezustand ist diese Wicklung vom Basisstrom durchflossen; der erste Transistor
ist dann ausgesteuert. Das Halteverhältnis der Anordnung kann durch den regelbaren
Abgriff des gemeinsamen Emitterwiderstandes eingestellt werden.
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Der Erfindungsgedanke soll an Hand der Zeichnung beispielsweise erläutert
werden: Eine nähere Bezeichnung der zu einer an sich bekannten Kippschaltung gehörenden
Widerstände ist unterblieben, da diese für die Erläuterung des Erfindungsgedankens
nicht benötigt wird.
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Der Transistor T1 ist durch die von dem Spannungsteiler RTl/RTa herrührende
negative Basisspannung bis zur Sättigung ausgesteuert. Der Transistor TZ sperrt.
Erscheint an den Klemmen des Übertragers ü1 ein positives Signal, wird T1 teilweise
gesperrt, und infolge des sich verringernden Emitterpotentials wird T2 teilweise
geöffnet. Gleichzeitig steigt das Kollektorpotential von T1, und der Transistor
TZ wird weiter ausgesteuert (galvanische Rückkopplung). In der
Sekundärwicklune
von (J, entsteht durch die Kollektorströmänderung -
eine Spannung: Jetzt setzt also die magnetische Rückkopplung ein und bewirkt zusammen
mit der galvanischen Rückkopplung ein endgültiges Sperren von Ti. Die Rückkopplungswicklung
ist dauernd von dem Basisstrom des ersten Transistors durchflossen. Sie kann eine
niedrige Windungszahl haben, da nur äußerst geringe Ströme züm Sperren des Transistors
T, erforderlich sind. Infolgedessen wird auch ihre Induktivität klein gehalten,
und es brauchen an sich keine zusätzlichen Maßnahmen getroffen zu werden, um Schaltüberspannungen
zu verhindern. Es ist zweckmäßig, hochpermeables Material zu verwenden, weil dann
die Rückkopplung schon bei kleinsten Stromänderungen wirkt.
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Das Halteverhältnis läßt sich gut durch eine Veränderung des Rückkopplungsfaktors
der galvanischen Rückkopplung einstellen. Vorzugsweise geschieht es über den veränderlichen
Abgriff des gemeinsamen Ernitterwiderstandes RE.
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Die Einrichtung wird deswegen im »Niedertasten« (T1 im Ruhezustand
bis zur Sättigung ausgesteuert) betrieben, weil dann der Eingang durch die starke
Stromgegenkopplung infolge des Emitterwiderstandes annähernd temperaturstabil ist.
Weiterhin ist es leichter, einen Transistor durch einen geringen positiven Basisstrom
teilweise zu sperren, als ihn mit einem Basisstrom gleicher Größe oder negativer
Polarität anzusteuern. Da die erfindungsgemäße Kippschaltung vorzugsweise als Eingangsglied
in Relaisschutzschaltungen gedacht ist, stellt die oben angeführte Steuerungsart
keine Einschränkung dar; man hat es dort in der Hand, mit welcher Polarität die
Eingangsgrößen zugeführt werden. Die Untersuchungen zeigten, daß die Einrichtung
immer dort gut anzuwenden ist, wo eine niederohmige Steuerquelle zur -Verfügung
steht. Anderenfalls muß Bekannterweise ein Anpassungstransistor zwischengeschaltet
werden.