DE1146918B

DE1146918B - Transistor amplifier for low voltage direct current pulses

Info

Publication number: DE1146918B
Application number: DEF20981A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Wilhelm Schroeder
Original assignee: LEHNER FERNSPRECH SIGNAL
Current assignee: LEHNER FERNSPRECH SIGNAL
Priority date: 1956-08-07
Filing date: 1956-08-07
Publication date: 1963-04-11

Description

Transistor -Verstärker für Gleichstromimpulse kleiner Spannung Die Verstärkung von Gleichstromimpulsen kleiner Spannung durch Transistoren bietet Schwierigkeiten, da die Temperaturschwankungen der Transistoren Stromschwankungen gleicher Größe hervorrufen. Diese Schwankungen werden bei mehrstufigen Gleichstrom-Verstärkern in jeder Stufe mitverstärkt, da die einzelnen Stufen galvanisch gekoppelt sein müssen.Transistor amplifier for low voltage direct current pulses The amplification of low voltage direct current pulses by transistors presents difficulties because the temperature fluctuations of the transistors cause current fluctuations of the same magnitude. With multi-stage direct current amplifiers, these fluctuations are amplified in every stage, since the individual stages must be galvanically coupled.

Bei einer Speisespannung von wenigen Volt bereitet es Schwierigkeiten, den einzelnen Transistorstufen eines Gleichstromverstärkers die erforderlichen Ruhepotentiale ohne Verwendung von Hilfsbatterien zuzuteilen.With a supply voltage of a few volts, it is difficult to the necessary rest potentials for the individual transistor stages of a DC amplifier allot without using auxiliary batteries.

Die Verstärkung von Gleichstromimpulsen belie-biger Polarität ist nicht ohne weiteres möglich, wenn beide Eingangs-Polaritäten die gleiche Ausgangswirkung hervorrufen sollen, da Steuerspannungen verschiedener Polarität an einem Transistor entgegengesetzte Wirkung hervorrufen.The amplification of direct current pulses of any polarity is not easily possible if both input polarities are to produce the same output effect, since control voltages of different polarity produce opposite effects on a transistor.

Die Erfindung vermeidet diese Schwierigkeiten dadurch, daß in einem Transistor-Verstärker zur Steuerung eines Relais durch Gleichstromimpulse kleiner Spannung und beliebiger Polarität die erste Stufe zwei auf einem gemeinsamen Belastungswiderstand arbeitende, im Ruhezustand gesperrte Transistoren enthält, von denen einer in Emitterschaltung und der andere in Basisschaltung arbeitet und denen ein Spannungsteiler zugeordnet ist, der jeweils der Basis gegenüber dem Emitter eine sperrende Vorspannung gibt. Dadurch wird erreicht, daß der Verstärker stets auf einen Impuls der einen oder der anderen Polarität anspricht und das an dem Verstärker angeschlossene Relais betätigt wird. Zugleich ermöglicht es die Erfindung, Transistoren vom gleichen Leitungstyp zu verwenden und ohne Hilfsstromquellen auszukommen. Die Vorspannungspotentiale können innerhalb der zur Verfügung stehenden Speisespannung so gewählt werden, daß Temperaturschwankungen keinen Einfluß auf den Verstärkungsgrad haben.The invention avoids these difficulties in that in a transistor amplifier for controlling a relay by direct current pulses of low voltage and any polarity, the first stage contains two transistors that work on a common load resistor and are blocked in the idle state, one of which is in common emitter and the other in common works and to which a voltage divider is assigned, each of which gives the base a blocking bias voltage with respect to the emitter. This ensures that the amplifier always responds to a pulse of one or the other polarity and the relay connected to the amplifier is actuated. At the same time, the invention makes it possible to use transistors of the same conductivity type and to do without auxiliary power sources. The bias potentials can be chosen within the available supply voltage so that temperature fluctuations have no influence on the gain.

Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung als dreistufigen Transistor-Verstärker zur Steuerung eines Relais, insbesondere als Ersatz für ein DrehspulreWs in einer tragbaren Signalleuchte, die aus einer Stromquelle von 2 bis 5 Volt gespeist wird.The drawing shows an embodiment according to the invention as three-stage transistor amplifier for controlling a relay, especially as a Replacement for a moving coil reWs in a portable signal light that comes from a power source fed by 2 to 5 volts.

Die Schaltung enthält vier Transistoren 1 bis 4, die galvanisch gekoppelt sind. Die Transistoren 1 und 2 sind parallel geschaltet, jedoch ist der Transistor 1 in Basisschaltung und der Transistor 2 in Emitterschaltung angeordnet. Die Transistoren 3 und 4 sind in Emitterschaltung angeordnet. Der Transistor 4 ist ein Leitungstyp zur Abgabe der Steuerleistung für das Relais 5.The circuit contains four transistors 1 to 4, which are galvanically coupled. The transistors 1 and 2 are connected in parallel, but the transistor 1 is arranged in a common base and the transistor 2 in an emitter circuit. The transistors 3 and 4 are arranged in an emitter circuit. The transistor 4 is a line type for outputting the control power for the relay 5.

Im Ruhezustand sind die Transistoren 1 und 2 stromlos, da ihre Basiselektroden 8 und 9 gegen die Emitterelektroden 10 und 11 positiv vorgespannt sind. Die positive Vorspannung wird durch den Spannungsteiler 12, 13, 14 erzeugt. Dadurch ist ihr gemeinsamer Kollektorwiderstand 15 stromlos, so daß der Schaltpunkt 16 volles negatives Potential besitzt. Dies Potential wird über den Widerstand 17 dem Transistor 3 zugeführt, der infolgedessen voll ausgesteuert wird und an seinem Kollektorwiderstand 18 einen Spannungsabfall von nahezu der gesamten Speisespannung erzeugt. Dadurch besitzt die Basiselektrode 19 des Transistors 4 etwa das Potential Null, so daß der Transistor 4 gesperrt ist und keinen Strom an das Relais 5 abgibt.In the idle state, the transistors 1 and 2 are de-energized since their base electrodes 8 and 9 are positively biased against the emitter electrodes 10 and 11. The positive bias voltage is generated by the voltage divider 12, 13, 14. As a result, their common collector resistance 15 is currentless, so that the switching point 16 has full negative potential. This potential is fed through the resistor 17 to the transistor 3, which is consequently fully controlled and generates a voltage drop of almost the entire supply voltage at its collector resistor 18. As a result, the base electrode 19 of the transistor 4 has approximately zero potential, so that the transistor 4 is blocked and does not deliver any current to the relay 5.

Wird an die Klemme 7 eine kleine negative Spannung gegenüber der Klemme 6 gelegt und ist diese Spannung höher, als der Spannungsabfall des Widerstands 13, z. B. 0,1 Volt gegenüber 0,05 Volt, so erhält die Basis des Transistors 2 eine negative Spannung gegenüber ihrem Emitter und macht den Transistor 2 leitend. Dadurch fließt durch den Widerstand 15 Strom, und das Potential des Punktes 16 und der Basis des Transistors 3 verschiebt sich nach Null. Der Transistor 3 wird gesperrt, so daß Punkt 19 negativ wird. Transistor 4 wird leitend und Relais 5 wird erregt.If a small negative voltage is applied to terminal 7 compared to terminal 6 and this voltage is higher than the voltage drop of resistor 13, e.g. B. 0.1 volt versus 0.05 volt, the base of transistor 2 receives a negative voltage with respect to its emitter and makes transistor 2 conductive. As a result, current flows through resistor 15 , and the potential of point 16 and the base of transistor 3 shifts to zero. The transistor 3 is blocked, so that point 19 becomes negative. Transistor 4 becomes conductive and relay 5 is energized.

Wird an die Klemme 7 eine gegenüber Klemme 6 positive Spannung gelegt, dann besitzt die Basis 8 des Transistors 1 eine gegenüber ihrem Emitter negative Spannung. Dadurch wird Transistor 1 leitend und erzeugt an Widerstand 15 einen Spannungsabfall. Die übrigen Vorgänge entsprechen der ersten Darstellung.If a voltage is applied to terminal 7 which is positive compared to terminal 6, then base 8 of transistor 1 has a voltage which is negative compared to its emitter. This makes transistor 1 conductive and generates a voltage drop across resistor 15. The other processes correspond to the first illustration.

Die wirklichen Vorgänge unterscheiden sich von dem dargestellten idealisierten Verlauf dadurch, daß die Verstärkung nicht leistungslos erfolgt, d. h. daß bei Stromleitung eines Kollektors auch dessen Basis leitend wird. Bei starker Aussteuerung kann die Basis den gleichen Strom führen wie der Kollektor.The real processes differ from the idealized one shown Course in that the amplification is not performed without power, d. H. that with power line of a collector whose base also becomes conductive. With strong modulation, the Base carry the same current as the collector.

Das führt z. B. dazu, daß die Basis des Transistors 2 bei höherer Eingangsspannung einen verhältnismäßig großen Strom aufnimmt, der unerwünscht ist. Das kann verhindert werden durch den Widerstand 21. Da der Basisstrom etwa quadratisch zunimmt und bei kleinen Eingangsspannungen sehr klein ist, wird die Anfangsempfindlichkeit des Transistors 2, die zur Aussteuerung des Widerstandes 1.5 genügt, durch den Widerstand 21 praktisch nicht beeinflußt.That leads z. B. to the fact that the base of transistor 2 at higher Input voltage absorbs a relatively large current, which is undesirable. This can be prevented by the resistor 21. Since the base current is roughly square increases and is very small for small input voltages, the initial sensitivity becomes of the transistor 2, which is sufficient to control the resistor 1.5, through the resistor 21 practically not influenced.

Dem gleichen Zweck dient der Widerstand 22 für den Transistor 1. The resistor 22 for the transistor 1 serves the same purpose.

Für Transistor 3, der im Ruhezustand voll ausgesteuert ist, bewirkt der Basisstrom einen Spannungsabfall an dem Widerstand 15, der die Steuerwirkung der Transistoren 1 und 2 herabsetzt. Diese nachteilige Wirkung kann durch den Widerstand 17 vermindert werden. Er gestattet, den Widerstand 15 so zu dimensionieren, daß im Ruhezustand am Widerstand 18 volle Aussteuerung besteht. Bei Erregung des Transistors 1 oder 2 wird das Potential an Punkt 16 Null; dann fließt auch durch den Widerstand 17 kein Strom.For transistor 3, which is fully controlled in the idle state, the base current causes a voltage drop across resistor 15, which reduces the control effect of transistors 1 and 2. This adverse effect can be reduced by the resistor 17. It allows the resistor 15 to be dimensioned in such a way that there is full modulation at the resistor 18 in the idle state. When transistor 1 or 2 is excited, the potential at point 16 becomes zero; then no current flows through resistor 17 either.

Der Widerstand 20 hat die Aufgabe, den Transistoren 1 und 2 bei offenem Eingang ein definiertes Steuerpotential (Null) zuzuführen.Resistor 20 has the task of supplying transistors 1 and 2 with a defined control potential (zero) when the input is open.

Bei höheren Umgebungstemperaturen nimmt der Kollektorstrom eines Transistors zu. Das würde bei den Transistoren 1 und 2 dazu führen, daß ihr Kollektorstrom schon im Ruhezustand einen wesentlichen Wert annimmt, der zum Ansprechen des Relais 5 führen kann. Um das zu verhindern, sind die Basen der Transistoren 1 und 2 durch den Spannungsteiler 12, 13, 14 positiv vorgespannt. Der Widerstand 14 kann auch einen negativen Temperaturkoeffizienten besitzen, um die Vorspannung bei höheren Temperaturen zu erhöhen.At higher ambient temperatures, the collector current of a transistor increases. In the case of transistors 1 and 2, this would mean that their collector current already assumes a significant value in the idle state, which can lead to relay 5 responding. To prevent this, the bases of the transistors 1 and 2 are positively biased by the voltage divider 12, 13, 14. The resistor 14 can also have a negative temperature coefficient in order to increase the bias voltage at higher temperatures.

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Geräte mit niedrigen Betriebsspannungen in der Größe von 2 bis 5 Volt. Bei einer solchen Betriebsspannung betragen die für die Aussteuerung eines Schaltrelais erforderlichen Ströme 40 bis 100 mA. Bei höheren Betriebsspannungen ist der Relaisstrom wesentlich niedriger und kann dann unter Umständen unmittelbar aus den Transistoren 1 und 2 entnommen werden.The invention particularly relates to devices with low operating voltages ranging in size from 2 to 5 volts. With such an operating voltage, the for the modulation of a switching relay required currents 40 to 100 mA. At higher Operating voltages, the relay current is much lower and can then under Certain circumstances can be taken directly from the transistors 1 and 2.

Durch die Fortbildung der Erfindung, daß die aufeinanderfolgenden Transistorstufen abwechselnd gesperrt und voll erregt sind, wird zunächst erreicht, daß genau definierte Ruhezustände vorliegen, die auch bei verschiedenen Temperaturen eingehalten werden können. Ferner wird dadurch erreicht, daß mehrere aufeinanderfolgende Transistoren gleichen Leitungstyps (z. B. p-n-p) ohne Hilfspotentiale aus einer Batterie gespeist werden können.By developing the invention that the successive Transistor stages are alternately blocked and fully energized, is initially achieved that there are precisely defined states of rest, even at different temperatures can be complied with. It is also achieved that several successive Transistors of the same conductivity type (e.g. p-n-p) without auxiliary potentials from one Battery can be fed.

Zwischen Ausgang der letzten und Eingang der vorletzten Stufe kann ein Widerstand (23) als Rückkopplung angeordnet werden, der bewirkt, daß die Ein- und Ausschaltung mit großer Steilheit erfolgt.Between the output of the last and input of the penultimate stage can a resistor (23) can be arranged as feedback, which causes the input and switching off takes place with great steepness.

Der Transistor-Verstärker ist besonders vorteilhaft als Ersatz für ein hocheinpfndliches Drehspul-Relais: Gegenüber solchen Relais ist er kleiner und leichter; mechanisch unempfindlicher und wegen des Fehlens von Kontakten auch elektrisch zuverlässiger. Er arbeitet praktisch trägheitslos. Das ist im allgemeinen vorteilhaft, kann jedoch auch von Nachteil sein,: wenn er auf Wechselspannungen nicht ansprechen soll. In solchem Fall wird man am Eingang des Verstärkers Filter vorsehen.The transistor amplifier is particularly beneficial as a replacement for a highly sensitive moving coil relay: Compared to such relays, it is smaller and easier; mechanically less sensitive and, due to the lack of contacts, also electrical more reliable. He works practically inertia. This is generally beneficial however, it can also be disadvantageous: if it does not respond to alternating voltages target. In such a case, filters will be provided at the input of the amplifier.

Bis zu einer gewissen Höhe können solche Störspannungen auch durch entsprechende Wahl der Vorspannung an der ersten Transistorstufe unwirksam gemacht werden.Such interference voltages can also get through up to a certain level corresponding choice of bias on the first transistor stage made ineffective will.

Claims

CLAIMS: 1. transistor amplifier voltage for controlling a relay by means of direct current pulses of small particle and of either polarity, characterized in that the first Verstärkersxufe two working to a common load resistor (15) contains at rest locked transistors (1, 2), of one of which is switched in Fmitter and the other operates in the base circuit and to which a voltage divider (12; 13, 14) is assigned which gives the base a blocking bias voltage in relation to the emitter.

2. Transistor amplifier according to claim 1, characterized in that a resistor - (14) of the voltage divider has a negative temperature coefficient.

3. transistor amplifier according to claim 1, characterized characterized in that the transistors of successive amplifier stages are in the idle state are alternately blocked and fully controlled.

4. transistor amplifier according to claim 1 and 3, characterized in that the amplifier consists of three stages and the transistors of the first and third stages are disabled in the idle state; the transistor of the second stage, however, is fully energized in the idle state.

5. transistor amplifier according to claim 1 @ to 4, characterized in that a resistor (23) is arranged for feedback between the output of the last amplifier stage and the input of the penultimate amplifier stage. Considered publications: German Auslegeschriften No. 1006 895, 1080 602; Electronics, September 1953, pp. 140 ff; IRE Transactions-Circuit Theory, March 1956, pp. 1956 ff.