DE1172724B

DE1172724B - Electronic switch with compensated residual voltage between the electrodes

Info

Publication number: DE1172724B
Application number: DET24614A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Johannes Schmitz; Dietrich Rinck
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1963-08-31
Filing date: 1963-08-31
Publication date: 1964-06-25

Description

Elektronischer Schalter mit kompensierter Restspannung zwischen den Elektroden Die Erfindung betrifft einen elektronischen Schalter mit kompensierter Restspannung zwischen den Elektroden, bestehend aus einem Transistor des pnp- bzw. des npn-Typs, bei dem im geschlossenen (leitenden) Zustand so hohes negatives bzw. positives Potential an der Basiselektrode vorhanden ist, daß die Emitter-Basis-Diode und die Kollektor-Basis-Diode in Durchlaßrichtung betrieben werden, und bei dem der geöffnete (gesperrte) Zustand durch Anlegen von Sperrpotential an die Basiselektrode herbeigeführt wird. Durch einen idealen Schalter fließt im geöffneten Zustand unabhängig von der anliegenden Spannung kein Strom. Im geschlossenen Zustand ist zwischen seinen Elektroden weder ein Spannungsabfall noch ein Kontaktpotential vorhanden.Electronic switch with compensated residual voltage between the Electrodes The invention relates to an electronic switch with compensated Residual voltage between the electrodes, consisting of a transistor of the pnp resp. of the npn-type, in which in the closed (conductive) state so high negative resp. positive potential is present at the base electrode that the emitter-base diode and the collector-base diode are operated in the forward direction, and in which the open (blocked) state by applying blocking potential to the base electrode is brought about. With an ideal switch, it flows independently when it is open no current from the applied voltage. When closed is between his Electrodes neither a voltage drop nor a contact potential.

Diese idealen Eigenschaften können mit als Schalter verwendeten Transistoren nicht erreicht werden. In offenem Zustande ist eine gewisse Leitfähigkeit der Kollektor-Emitter-Strecke vorhanden.These ideal properties can be achieved with transistors used as switches cannot be achieved. In the open state there is a certain conductivity of the collector-emitter path available.

Bei der Anwendung des bekannten Transistorschalters in logischen Schaltungen, insbesondere bei der Umwandlung von analogen in digitale Signale und umgekehrt, tritt in vielen Fällen störend in Erscheinung daß bei geschlossenem Schalter eine Restspannung der Kollektor-Emitter-Strecke vorhanden ist. Wird beispielsweise ein Transistor des pnp-Typs an seiner Emitterelektrode geerdet und seiner Kollektorelektrode über einen Widerstand negatives Potential zugeführt, so hat die an der Kollektor-Emitter-Strecke sich einstellende Restspannung UCE einen von dem in die Basiselektrode hineingeschickten Strom 1B abhängigen Verlauf. Dieser Verlauf ist in F i g. 1 skizziert. Die Restspannung UCE weist im Punkt M bei einem bestimmten Basisstrom 1B ein Minimum auf. Transistoren des npn-Typs zeigen den gleichen Verlauf bei umgekehrter Polarität der Stromquellen. Es ändert sich auch nichts an dem prinzipiellen Verlauf der in F i g. 1 gezeigten Abhängigkeit, wenn die Transistoren invertiert betrieben werden, d. h. wenn die vom Hersteller als Kollektor vorgesehene Elektrode als Emitter und die als Emitter vorgesehene als Kollektor benutzt wird. In der genannten Schaltung wird die von der Ernitter- und der Basiselektrode gebildete Gleichrichterstrecke in ihrer Durchlaßrichtung betrieben, während die Kollektor-Basis-Strecke in Sperrrichtung beansprucht wird, aber infolge von Ladungsträgerinjektion von der Emitter-Basis-Strecke her in leitenden Zustand versetzt wird.When using the well-known transistor switch in logic circuits, especially when converting analog to digital signals and vice versa, occurs in many cases annoying that when the switch is closed, a There is residual voltage in the collector-emitter path. For example, a PNP type transistor grounded at its emitter electrode and its collector electrode If a negative potential is fed through a resistor, then the one at the collector-emitter path the residual voltage UCE that is established is one of the voltage that is sent into the base electrode Current 1B dependent course. This course is shown in FIG. 1 outlined. The residual tension UCE has a minimum at point M for a certain base current 1B. Transistors of the npn type show the same curve with reversed polarity of the current sources. Nothing changes in the basic course of the in FIG. 1 shown Dependency when the transistors are operated inverted, i.e. H. if the The electrode provided by the manufacturer as a collector as an emitter and that as an emitter intended is used as a collector. In the circuit mentioned, the from the emitter and the base electrode formed rectifier path in their forward direction operated while the collector-base section is loaded in the reverse direction, but as a result of charge carrier injection from the emitter-base path into conductive ones State is shifted.

Ein besonderer Betriebszustand kann bekanntlich in einem Transistor dadurch herbeigeführt werden, daß das Potential der Basiselektrode - ein pnp-Transistor vorausgesetzt - negativer gewählt wird als dasjenige der Ernitter- und der Kollektorelektrode. Hierbei werden die Basis-Emitter- und die Basis-Kollektor-Diode in Durchlaßrichtung beansprucht. Mit dieser Anordnung läßt sich zwar kein Verstärkerbetrieb erzielen, aber die Spannungsabfälle der genannten beiden Dioden sind, von der als Ausgang benutzten Kollektor-Emitter-Strecke aus gesehen, gegeneinandergeschaltet. Es läßt sich durch richtige Wahl der an den einzelnen Elektroden anliegenden Spannungen erreichen, daß die Restspannung UcF vollständig verschwindet. Dabei müssen allerdings beide Diodenstrecken im Anlaufgebiet betrieben werden, was sich auf die Stabilität der Einstellung der Kompensation der Restspannung ungünstig auswirkt.As is well known, a special operating state can occur in a transistor be brought about by the potential of the base electrode - a pnp transistor provided - is chosen more negative than that of the emitter and collector electrodes. The base-emitter and base-collector diodes are forward-biased claimed. With this arrangement no amplifier operation can be achieved, but the voltage drops of the said two diodes are used as the output used collector-emitter path from seen, switched against each other. It leaves correct selection of the voltages applied to the individual electrodes achieve that the residual voltage UcF disappears completely. However, you have to Both diode lines are operated in the start-up area, which affects the stability the setting of the compensation of the residual voltage has an unfavorable effect.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß in der Emitterzuleitung des Transistors ein den Anlaufstrombereich der Emitter-Basis-Diode lirearisierender Widerstand vorhanden ist und daß für die Schließung des Schalters der Basiselektrode ein einstellbarer Strom über einen die Summe der Teilströme durch die Emitter-Basis- und durch die Kollektor-Basis-Diode konstanthaltenden Widerstand zugeführt wird.The invention is characterized in that in the emitter lead of the transistor a the starting current range of the emitter-base diode directing Resistance is present and that for the closing of the switch of the base electrode an adjustable current via the sum of the partial currents through the emitter-base and is supplied by the collector-base diode holding constant resistance.

Die Erfindung wird an Hand von Zeichnungen erläutert.The invention is explained with reference to drawings.

F i g. 2 a zeigt in einem Diagramm den Verlauf der Restspannung UCE, F i g. 2 b die verwendete Meßschaltung; in F i g. 3 ist die Anwendung der Erfindung auf einen elektronischen Schalter, der mit einem Steuerverstärker ausgerüstet ist, wiedergegeben. In der Meßanordnung F i g. 2 b wird ein Transistor Trl des Typs pnp in Kollektorschaltung betrieben. Seine Kollektorelektrode ist geerdet, und es wird die positive Betriebsspannung +U1 von beispielsweise +3V über den den Strom durch die Emitter-Basis-Diode linearisierenden Widerstand R 1 an die Emitterelektrode angelegt. Mit Hilfe des einstellbaren Widerstandes R2, der an das Potential U3 von beispielsweise -18V angeschlossen ist, kann der Basisstrom verändert werden. F i g. 2 a zeigt die Abhängigkeit der zwischen der Emitter- und der Kollektorelektrode gemessenen Restspannung UcE von dem Basisstrom 1B. Die Restspannung UcE wird Null für einen Basisstrom 1B'. Wird bei dieser Einstellung der Transistor als geschlossener Schalter betrieben, so sind die beiden Elektroden desselben, der Emitter und der Kollektor, bzw. die Erde, gegeneinander potentialfrei.F i g. 2 a shows the profile of the residual voltage UCE in a diagram, F i g. 2 b the measuring circuit used; in Fig. 3 is the application of the invention to an electronic switch equipped with a control amplifier, reproduced. In the measuring arrangement F i g. 2 b becomes a transistor Trl of the type pnp operated in a collector circuit. Its collector electrode is grounded, and it is the positive operating voltage + U1 of, for example, + 3V over the Current through the emitter-base diode linearizing resistor R 1 to the emitter electrode created. With the help of the adjustable resistor R2, which is connected to the potential U3 of for example -18V is connected, the base current can be changed. F i G. 2 a shows the relationship between the emitter and collector electrodes measured residual voltage UcE from the base current 1B. The residual voltage UcE becomes zero for a base current 1B '. With this setting, the transistor is considered to be closed Switch operated, so are the two electrodes of the same, the emitter and the Collector, or the earth, potential-free against each other.

Bei dieser Betriebsweise ist der Basisstrom 1B gleich der Summe von Emitter- und Kollektorstrom. Da die Restspannung UCE gleich der Differenz der Spannungsabfälle an den beiden Dioden ist, müssen für die Bedingung UCE=0 auch diese beiden Spannungsabfälle gleich sein. Es übt dabei der im Emitterzweig liegende Widerstand R 1 eine konstanthaltende Wirkung auf den Strom der Emitter-Basis-Diode aus, der Widerstand R2 im Basiskreis jedoch eine konstanthaltende Wirkung auf die Summe der Emitter- und Kollektorströme. Die Folge davon ist eine leichte Einstellbarkeit der Restspannung auf Null, wobei gute Stabilität auch gegen Temperatureinflüsse gewährleistet ist.In this mode of operation, the base current 1B is equal to the sum of the emitter and collector currents. Since the residual voltage UCE is equal to the difference between the voltage drops across the two diodes, these two voltage drops must also be the same for the condition UCE = 0. The resistor R 1 in the emitter branch has a constant effect on the current of the emitter-base diode, while the resistor R2 in the base circuit has a constant effect on the sum of the emitter and collector currents. The consequence of this is that the residual voltage can be easily adjusted to zero, with good stability also being ensured against the effects of temperature.

Es ist verständlich, daß der Schalter mit einem maximalen Spitzenstrom, der dem fließenden Emitter-Basis-Strom entspricht, beaufschlagt werden kann. Im offenen Zustand des Schalters sind die beiden Dioden des Transistors gesperrt. Als Sperrwiderstand des Schalters erscheint der Widerstand R 1.It is understandable that the switch with a maximum peak current, which corresponds to the flowing emitter-base current, can be applied. in the In the open state of the switch, the two diodes of the transistor are blocked. as Blocking resistance of the switch appears the resistance R 1.

F i g. 3 zeigt die Ausführung eines elektronischen Schalters, bei dem die erfinderischen Maßnahmen angewendet werden.F i g. 3 shows the implementation of an electronic switch at to which the inventive measures are applied.

Die Einstellung der Restspannung UcE des Transistors Tr 1 auf Null wird mittels des Widerstandes R 2 durchgeführt. Hierbei findet keine Beeinflussung durch den Steuertransistor Tr2 statt, da er sich im Sperrzustand befindet. Durch die richtige Einstellung des Widerstandes R 2 wird das Potential des Punktes PI auf Null gebracht. Dann ist am Widerstand R 1 der Spannungsabfall U1 vorhanden. Die Ausgangsklemme A kann auch, wie dies beim dargestellten Beispiel eingezeichnet ist, über den aus den Widerständen R 7, R 8 gebildeten Spannungsteiler an den Punkt PI angeschlossen sein.The setting of the residual voltage UcE of the transistor Tr 1 to zero is carried out by means of the resistor R 2. In this case, there is no influence by the control transistor Tr2, since it is in the blocking state. With the correct setting of the resistor R 2, the potential of the point PI is brought to zero. The voltage drop U1 is then present across the resistor R 1. The output terminal A can also, as shown in the example shown, be connected to the point PI via the voltage divider formed from the resistors R 7, R 8 .

Als Steuertransistor Tr2 wird ein npn-Transistor in der an sich bekannten Kollektorschaltung betrieben. Zur Sperrung des Transistors Tr2 muß seine Basiselektrode auf einem gegenüber der Basiselektrode des Transistors Tr 1 nßgativen Potential gehalten werden. Hierzu wird von der Spannungsquelle -U3 über den Widerstand R 4 ein Strom über die beiden in Serie geschalteten Siliziumgleichrichtex G12 und G13 geleitet. Der durch die Anlaufstromkennlinie der Siliziumgleichrichter bedingte Spannungsabfall von beispielsweise -1,4 V liegt an der Basiselektrode des Steuertransistors Tr2 und hält ihn gesperrt. Vorausgesetzt ist aber dabei, daß am Eingang E negatives Steuerpotential anliegt, das den Gleichrichter G11, der zu einer besonderen, hier nicht gezeichneten logischen Schaltanordnung gehören kann, gesperrt hält.An npn transistor is operated as the control transistor Tr2 in the collector circuit known per se. For blocking of the transistor Tr2 its base electrode must be maintained at a relative to the base electrode of the transistor Tr 1 nßgativen potential. For this purpose, a current is conducted from the voltage source -U3 via the resistor R 4 via the two series-connected silicon rectifiers G12 and G13 . The voltage drop of -1.4 V, for example, caused by the starting current characteristic of the silicon rectifier, is applied to the base electrode of the control transistor Tr2 and keeps it blocked. A prerequisite, however, is that there is a negative control potential at the input E, which keeps the rectifier G11, which can belong to a special logic circuit arrangement not shown here, blocked.

Geht die Eingangsspannung am Eingang E auf Null zurück oder nimmt sie positive Werte an, dann kann die Spannungsquelle + U4 über den Widerstand R 3 zur Auswirkung kommen und den Transistor Tr2 in seinen leitenden Zustand bringen. Infolgedessen wird der Schalttransistor Tr 1 in den Sperrzustand übergeführt. Der Schalter ist dann geöffnet. Hierbei nimmt der Punkt PI das durch das Spannungsteilerverhältnis der Widerstände R 1, R 7, R 8 festgelegte Potential an.If the input voltage at input E goes back to zero or if it assumes positive values, then the voltage source + U4 can take effect via the resistor R 3 and bring the transistor Tr2 into its conductive state. As a result, the switching transistor Tr 1 is switched to the blocking state. The switch is then open. Here, the point PI assumes the potential determined by the voltage divider ratio of the resistors R 1, R 7, R 8.

Claims

Claims: 1. Electronic switch with compensated residual voltage between the electrodes, consisting of a transistor of the PNP or NPN type, in which in the closed (conductive) state there is such a high negative or positive potential at the base electrode that the emitter-base diode and the collector-base diode are operated in the forward direction, and in which the open (blocked) state is brought about by applying blocking potential to the base electrode, characterized in that in the emitter lead of the transistor (Tr 1) there is a resistor (R 1) linearizing the starting current range of the transistor and that an adjustable current via a resistor (R 2 ) is supplied.

2. Electronic switch according to claim 1, characterized in that that for the control of the switch transistor (Trl) another transistor (Tr2) is used, which has the opposite conductivity type as the switch transistor (Trl).

3. Electronic switch according to claims 1 and 2, characterized in that that the control transistor (Tr2) is operated in collector circuit.