DE1179590B - Transistorschalter mit reihengeschalteten Transistoren - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND Internat. Kl.: ^H03k

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Deutsche Kl.: 21 al-36/18

Nummer 1179 590

Aktenzeichen: P 29163 VIII a / 21 al

AnmeMetag: 10. April 1962

Auslegetag: 15. Oktober 1964

Die Erfindung beträft einen Transistorschalter mit reihengeschalteten Transistoren und Steuertransistor zum Schalten von Spannungen, die größer sind als die zulässige Sperrspannung eines einzelnen Transistors.

Häufig besteht die Aufgabe, mit Transistoren Leistungen zu schalten, wobei die zu schaltende Spannung über der für einen einzelnen Transistor zulässigen Sperrspannung liegt. Werden zur Lösung dieser Aufgabe in Reihe geschaltete Transistoren verwendet, so tritt die Schwierigkeit auf, daß für die Gleichverteilung der an der Schaltstrecke liegenden Spannung auf die einzelnen Transistoren gesorgt werden muß. Falls nämlich die Gleichverteilung gestört ist, könnte am einzelnen Transistor eine unzulässig hohe Sperrspannung auftreten, die den Transistor zerstört. Dabei muß möglichst die Gleichverteilung nicht nur im Ruhezustand, sondern auch während des Umschaltens aufrechterhalten bleiben. Außerdem ist bei derartigen Transistorschaltern ein schnelles Umschalten erwünscht, damit die beim Umschalten in den Transistoren frei werdende Verlustenergie möglichst klein bleibt.

Mit den bekannten Gleichspannungsteilern bei reihengeschalteten Transistoren allein werden die Schwierigkeiten noch nicht behoben, sondern sie werden bei einem Transistorschalter mit reihengeschalteten Transistoren und Steuertransistor zum Schalten von Spannungen, die größer sind als die zulässige Sperrspannung eines einzelnen Transistors, erst dadurch beseitigt, daß gemäß der Erfindung über der Schaltstrecke zwischen dem Kollektor des ersten und dem Emitter des letzten, als Steuertransistor wirksamen Transistors der Reihe eine Reihenschaltung aus wechselstrommäßig verkoppelten Transformatorwindungen und Kondensatoren vorgesehen ist, und die Basis bzw. Basen des bzw. der Reihentransistoren mit Ausnahme des Steuertransistors zwischen zwei aus Kondensator- und Transformatorwicklung bestehenden Reihengliedern zusammen an einem Gleichspannungsteiler liegt bzw. liegen.

Der besondere Vorteil eines Transistorschalters nach der Erfindung besteht darin, daß er die Vorzüge eines schnellen Umschalters und einer guten Gleichverteilung der Sperrspannung auf die reihengeschalteten Transistoren, sowohl im gesperrten Zustand als auch während des Umschaltens, in sich vereinigt.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung, die Ausführungsbeispiele von Transistorschaltern nach der Erfindung zeigt, näher erläutert.

Fig. 1 zeigt das Schaltbild eines Transistorschalters mit zwei Transistoren;

Transistorschalter mit reihengeschalteten
Transistoren

Anmelder:

Philips Pateatverwaltung G. m. b. H.,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Ing. Gottfried Grunwaldt, Hamburg

Fig. 2 zeigt das Schaltbild eines Transistorschalters mit drei Transistoren;

Fig. 3 zeigt eine Abwandlung des Transistorschalters nach Fig. 1.

Bei der Schaltung nach Fig. 1 ist im gesperrten Zustand die Basisspannung des Transistors 1 und damit auch die Spannungsverteilung über den Transistoren durch <Jie Leerlauf-Abgriffspannung des Spannungsteilers aus den Widerständen 2 und 3 bestimmt. Der Steuertransistor 4 erhält Sperrspannung an seiner Basis-Emitter-Strecke, indem sein Emitterpotential um die Durchlaßspannung der Diode 5 negativer ist als das seiner Basis 6.

Das Leitendmachen des Transistorschalters geschieht durch Einspeisung eines negativen Stromes in die Basis 6 von Steuertransistor 4. Steuertransistor 4 steuert dann seinerseits Transistor 1 am Emitter 7. Im eingeschalteten Zustand erhält Transistor 1 seinen Basisstrom über den Widerstand 2, Steuertransistor 4 den seinen von der schematisch gezeichneten Steuerstromquelle 8. Mit der Schaltung aus dem Transformator 9, den Kondensatoren 10 und 11 und den Widerständen 12 und 13 erhält man eine dynamisch wirksame Spannungsgleichverteilung während des Umschaltens. Die Windungszahlen der Wicklungen 14 und 15 sind, ebenso wie die Widerstände 12 und 13, zweckmäßigerweise gleich. Die Schaltung wirkt dynamisch so, als wenn die Basis 16 von Transistor 1 unter Zwischenschaltung eines

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Kondensators, zusammengesetzt aus den Kondensatoren 10 und 11, von einer steifen Spannung geführt wird, die in jedem Augenblick die Hälfte der Spannung über der Schaltstrecke beträgt. Voraussetzung dafür ist eine gute Kopplung zwischen den Wicklungen 14 und 15, wie sie beispielsweise durch gleichlaufende Doppelwindungen erreicht wird. Damit der Transformator 9 mit den Kondensatoren 10 und 11 keine gedämpften Schwingungen ausführt, wurde mit den Widerständen 12 und 13 eine aperiodische Bedämpfung hergestellt. Die Widerstände 12 und 13 können weggelassen werden, wenn die Umschaltfrequenz jederzeit größer als die Resonanzfrequenz der Schaltung ist. Der Vorteil der Schaltung nach Fig. 1 ist unter anderem, daß eine unmittelbare kapazitive Belastung der Schaltstrecke vermieden wird, was eine Voraussetzung für ein schnelles Umschalten ist.

Darüber hinaus wird bei der Schaltung nach der Erfindung noch eine zusätzliche Beschleunigung des Umschaltens dadurch erreicht, daß von einer Hilfswicklung 17 des Transformators 9 unter Zwischenschaltung einer ÄC-Reihenschaltung 18 und 19 eine Mitkopplung auf die Basis-Emitter-Strecke von Transistor 4 geführt ist. Man erzielt dadurch beispielsweise eine Verkürzung der Abschaltzeit um etwa 40%. Im eingeschalteten Zustand fließt aus der Stromquelle 20 über den. Transistorschalter ein Strom durch den schematisch gezeichneten Verbraucher 21.

Nachstehend sei eine praktisch bewährte Dimensionierung für eine Schaltung nach Fig. 1 angegeben :

Spannung der Stromquelle 20 ... 70 ... 86 Volt Transistoren 1 und 4 ... OC 28, Verbraucherstrom bis 3 Ampere

Widerstände 2 und 3 ... 525 Ohm Widerstände 12 und 13 ... 470 Ohm Widerstand 19 ... 10 Ohm
Basiswiderstand 22 ... 82 Ohm Kondensatoren 10 und 11 ... 0,5 μΡ Kondensator 18 ... 0,68 uF

Der Transformator besteht aus einem Kern EI 30 ohne Luftspalt, auf den zweimal 232 Windungen für die Wicklungen 14 und 15 und achtzehn Windungen für die Hilfswicklung 17 aufgebracht sind. Die Drahtstärke beträgt 0,23 mm.

In manchen Fällen ist es zweckmäßig, die Spannungsverteilung über den Transistoren in einem anderen Verhältnis vorzunehmen als im Verhältnis 1 : 1. Das ist der Fall, wenn die zu schaltende Spannung von einen Transistor mit hoher und einem mit geringer Spannungsfestigkeit gehalten werden kann. Soll beispielsweise von der Spannung an der Schaltstrecke der Transistor 1 den Anteil Ui, der Steuertransistor 4 den Anteil U₂ übernehmen, so muß die Dimensionierung der Schaltung für die Spannungsverteilung den folgenden Beziehungen

30 genügen:

Widerstand 2 __ Windungszahl der Wicklung 14 Widerstand 3 Windungszahl der Wicklung 15

Diese Art, eine beliebige Spannungsverteilung vorzunehmen, ist auch beim Aufbau von Transistorschaltern mit mehr als zwei in Reihe geschalteten Transistoren vorteilhaft. Jeder der auf den Steuertransistor folgenden Reihentransistoren ist dann mit seiner Basis an eine eigene Spannungsverteilungsschaltung, wie sie Fig. 1 zeigt, angeschlossen. Jedoch können die Wicklungen 14 und 15 für jeden Transistor auf dem gleichen Transformator 9 untergebracht werden.

Eine Ausführungsform für einen Transistorschalter mit drei Transistoren zeigt Fig. 2. Die der F i g. 1 entsprechenden Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Verteilungsschaltung besteht aus einer durchgehenden Reihenschaltung von Kondensatoren und widerstandsgedämpften Transformatorwicklungen, wie Fig. 2 zeigt.

Zusätzlich zu den Schaltelementen nach der Fig. 1 ist in dieser Schaltung der weitere Reihentransistor 26 mit Basis 27 und Kollektor 28 vorgesehen. Zwischen der Basis 16 des Transistors 1 und der Basis 27 des Transistors 26 liegt die auf dem Transformator 9 angebrachte Wicklung 24 mit dem parallel geschalteten ohmschen Widerstand 23 und dem in Serie geschalteten Kondensator 25. Die Basis 27 des Transistors 26 erhält ihre Vorspannung durch den Spannungsteiler aus den ohmschen Widerständen 29 und 30. Bei Gleichverteilung der Schaltstreckenspannung müssen die elektrischen Werte der Kondensatoren 10, 11 und 25 und der Widerstände 12, 13 und 23 ebenso wie die Windungszahlen der Wicklungen 14, 15 und 24 gleich sein. Die Wicklungen befinden sich alle auf demselben Transformator und müssen gut gekoppelt sein.

Ui Kapazität des Kondensators 10 Uz' Kapazität des Kondensators 11

Ui

Die wechselstrommäßig verkoppelte Reihenschaltung kann auch gemäß F i g. 3 durch einen Transformator 31 mit über Kondensatoren 32, 33 bzw. 34, zur Schaltstrecke der Transistoren 1, 26, 4 parallel liegenden Wicklungen 36 und 37 bewirkt werden.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Transistorschalter mit reihengeschalteten Transistoren und Steuertransistor zum Schalten von Spannungen, die größer sind als die für einen Transistor zulässige Sperrspannung, dadurch gekennzeichnet, daß über der Schaltstrecke zwischen dem Kollektor des ersten und dem Emitter des letzten, als Steuertransistor wirksamen Transistors der Reihe eine Reihenschaltung aus wechselstrommäßig verkoppelten Transformatorwindungen und Kondensatoren vorgesehen ist und die Basis bzw. Basen des bzw. der Reihentransistoren mit Ausnahme des Steuertransistors jeweils zwischen zwei aus Kondensator- und Transformatorwicklung bestehenden Reihengliedern zusammen an einem Gleichspannungsteiler liegt bzw. liegen.

2. Transistorschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils Wicklungs-Kondensator-Reihenschaltungen parallel an der Schaltstrecke liegen und die Mittelabgriffe der Reihenschaltungen mit je einer Basis eines hinter dem Steuertransistor liegenden Transistors verbunden sind.

3. Transistorschalter nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß an die Basis des hinter dem Steuertransistor liegenden Transistors der Ab-

griff eines an der Schaltstrecke liegenden ohmschen Spannungsteilers (2,3) und in gleicher Weise die Reihenschaltung von zwei Wicklungen des Transformators (14,15) mit zwei Kondensatoren (10,11) angeschlossen ist und jeweils die Widerstände, die Kondensatoren und die Windungszahlen der Transformatorwicklungen vorzugsweise gleich sind.

4. Transitorschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an die Basis jedes hinter dem Steuertransistor liegenden Transistors der Abgriff je eines mit seinen Enden über der Schaltstrecke liegenden ohmschen Spannungsteilers und der Abgriff eines ebenfalls über der Schaltstrecke liegenden dynamisch wirksamen Spannungsteilers, bestehend aus Reihenschaltungen von Kondensatoren und einer Transformatorwicklung, angeschlossen ist und so gewählt sind, daß die Basis jedes hinter dem Steuertransistor liegenden Transistors in jedem Augenblick den für sie vorgesehenen Anteil der Spannung an der Schaltstrecke erhält.

5. Transistorschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an die Basis jedes der Transistoren der Abgriff je eines mit seinen Enden an der Schaltstrecke liegenden ohmschen Spannungsteilers (2, 3, 29, 20) angeschlossen ist und daß weiterhin eine der Zahl der reihengeschalteten Transistoren entsprechende Anzahl von Reihenschaltungen einer Transformatorwicklung (14, 15, 24) mit einem Kondensator (10, 11) in Reihe an der Schaltstrecke liegt und jeder Abgriff dieses dynamisch wirksamen Spannungsteilers an die Basis (16, 27) je eines der Transistoren angeschlossen ist, wobei die Windungszahlen der Transformatorwicklungen (14,15, 24) und die Kondensatoren (10, 11, 25) vorzugsweise gleich sind, während die ohmschen Spannungsteiler (2, 3, 29, 30) so dimensioniert werden, daß in gesperrtem Zustand die Basis jedes der Transistoren den für sie vorgesehenen Anteil von der Gesamtsperrspannung erhält.

6. Transistorschalter nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Wicklung des Transformators (14, 15, 24) mit einem Widerstand (12,13, 23) überbrückt ist, der vorzugsweise so dimensioniert wird, daß der aus der Wicklungsinduktivität und dem anschließenden Kondensator gebildete Schwingkreis aperiodisch bedämpft wird. .

7. Transistorschalter nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Transformator eine Hilfswicklung (17) vorgesehen ist, mit der zur Beschleunigung des Umschaltens eine Mitkopplung des Steuertransistors bewerkstelligt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
G ο e t s c h , »Taschenbuch für Fernmeldetechniker«, 1943, S. 7.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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