DE1182694B

DE1182694B - Bistable transistor trigger circuit

Info

Publication number: DE1182694B
Application number: DEJ24843A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Manfred Walbe
Original assignee: Institut fuer Regelungstechnik
Current assignee: Institut fuer Regelungstechnik
Priority date: 1963-12-03
Filing date: 1963-12-03
Publication date: 1964-12-03

Description

Bistabile Transistor-Kippschaltung Die Erfindung betrifft eine bistabile Transistor-Kippschaltung zum Schalten von Lastwiderständen, bei der im ausgeschalteten Zustand die Vorerregung praktisch Null ist und im eingeschalteten Zustand der Lastwiderstand mit der vollen Betriebsspannung betrieben wird.Bistable transistor flip-flop The invention relates to a bistable Transistor flip-flop for switching load resistors when the im switched off State the pre-excitation is practically zero and in the switched-on state the load resistance is operated with full operating voltage.

Bei elektronischen Geräten ist es vielfach erforderlich, in Kippstufen gespeicherte Informationen über Relais zur Anzeige oder zum Ausdrucken zu bringen oder Stellglieder kleiner Leistung direkt von der Kippschaltung anzusteuern.In the case of electronic devices, it is often necessary in flip-flops to display or print out stored information via relays or actuators with low power directly from the trigger circuit.

Für die Ansteuerung von Lastwiderständen, insbesondere von Relais durch eine Kippschaltung, sind verschiedene Schaltungen bekannt. In diesen Schaltungen ist der Lastwiderstand Bestandteil der Kippschaltung und hat somit einen großen Einfluß auf die Dimensionierung der Kippschaltung. Es ist bekannt, den Lastwiderstand als Kollektorwiderstand einzusetzen. Bei dieser Schaltung wird der Lastwiderstand im eingeschalteten Zustand mit der vollen Betriebsspannung der Kippschaltung betrieben. Im ausgeschalteten Zustand fließt durch den Lastwiderstand ein zum Teil unzulässig hoher Fehlstrom, der zwar durch eine optimale Dimensionierung der Schaltung verringert, doch nicht zu Null gemacht werden kann. Bei der zweiten bekannten Schaltung ist die Vorerregung des Lastwiderstandes im ausgeschalteten Zustand praktisch Null. Dies wird dadurch erreicht, daß der Lastwiderstand nicht als Kollektorwiderstand verwendet, sondern in den Kollektorkreis eines Transistors der Kippschaltung gelegt wird, so daß durch den Lastwiderstand nur der gegenüber dem Arbeitsstrom sehr geringe Sperrstrom des gesperrten Transistors fließt. Im eingeschalteten Zustand wird dagegen der Lastwiderstand nicht mit der vollen Betriebsspannung der Kippschaltung betrieben, da der Kollektorwiderstand als Vorwiderstand wirkt.For controlling load resistors, especially relays by a flip-flop circuit, various circuits are known. In these circuits the load resistance is part of the flip-flop circuit and therefore has a large one Influence on the dimensioning of the flip-flop circuit. It is known the load resistance to be used as a collector resistor. In this circuit, the load resistance operated in the switched-on state with the full operating voltage of the flip-flop. When switched off, the load resistance causes a partially impermissible flow high fault current, which is reduced by optimal dimensioning of the circuit, but cannot be made zero. The second known circuit is the pre-excitation of the load resistance when switched off is practically zero. This is achieved in that the load resistance is not a collector resistance used, but placed in the collector circuit of a transistor of the flip-flop so that due to the load resistance only the very low compared to the working current Reverse current of the blocked transistor flows. When switched on, however, the load resistor is not operated with the full operating voltage of the trigger circuit, because the collector resistor acts as a series resistor.

Bedingt dadurch, daß der Lastwiderstand Bestand einer Kippschaltung ist, ist beim Ausfall der Last die Kippstufe nicht arbeitsfähig. Weiterhin ist es bei diesen Schaltungen nicht möglich, die Kippschaltung für einen maximalen Laststrom zu berechnen, so daß sie dann, wie es für eine universelle Anwendung günstig ist, für verschieden große Lastströme innerhalb des Bereiches Laststrom Null bis Laststrommaximum verwendet werden kann. Sollten jedoch Lastwiderstände ohne die genannten Nachteile von Kippschaltungen angesteuert werden, so war dies bisher nur unter Zwischenschaltung eines Verstärkers möglich. Da z. B. die Relaisströme bei Schwachstromrelais bis zu 100 mA bei 12 V Betriebsspannung betragen können, wird dieser Verstärker im allgemeinen zweistufig aufgebaut sein müssen.Due to the fact that the load resistance consisted of a trigger circuit is, if the load fails, the tipping stage will not be able to work. Furthermore it is With these circuits it is not possible to use the flip-flop for a maximum load current to be calculated so that they then, as is favorable for a universal application, for load currents of different sizes within the range of load current zero to load current maximum can be used. However, load resistors should be without the disadvantages mentioned are controlled by flip-flops, so this was previously only with interposition an amplifier possible. Since z. B. the relay currents for low-voltage relays up to to 100 mA at 12 V operating voltage, this amplifier is generally used must be structured in two stages.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Kippschaltung zu schaffen, bei der das Schalten von Relais oder anderen Lastwiderständen ohne Fehlstrom und mit der vollen Betriebsspannung erfolgen kann und bei der beim Ausfall des Lastwiderstandes die Kippschaltung voll betriebsfähig bleibt.The invention is now based on the object of providing a flip-flop circuit in which the switching of relays or other load resistors without fault current and can take place with the full operating voltage and when the load resistance fails the toggle switch remains fully operational.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Emitterstrom eines von zwei die Kippschaltung bildenden Transistoren Steuerstrom für einen Leistungstransistor ist, in dessen Kollektorkreis der kein Element der Kippschaltung darstellende Lastwiderstand (RL 1) vorgesehen ist, wobei die zwischen Vollast und Last Null voll betriebsfähige, von der Größe der Betriebsspannung für den Lastwiderstand unabhängige Kippschaltung im großen Maße unabhängig vom Lastwiderstand dimensioniert werden kann, und daß im ausgeschalteten Zustand der Vorerregungsstrom um mehrere Größenordnungen geringer als der maximale Laststrom ist und im eingeschalteten Zustand der Lastwiderstand an der vollen Betriebsspannung liegt.According to the invention, this object is achieved in that the emitter current one of two transistors forming the flip-flop control current for a power transistor is, in whose collector circuit the load resistance which is not an element of the flip-flop circuit (RL 1) is provided, whereby the fully operational between full load and load zero, flip-flop, independent of the magnitude of the operating voltage for the load resistance can be dimensioned to a large extent independently of the load resistance, and that when switched off, the pre-excitation current is several orders of magnitude lower than the maximum load current and, when switched on, the load resistance is at full operating voltage.

Da der Emitterstrom bei normalen Kippschaltungen in der Größenordnung einiger Milliampere liegt, ist es möglich, mit diesem Strom als Steuerstrom für einen Leistungstransistor, Ströme von 100 mA und mehr, je nach Größe der Stromverstärkung des Leistungstransistors, zu schalten. Da sich die Last gemäß der Erfindung nicht im Rückkopplungskreis der Kippschaltung befindet, ist auch ihr Einfluß auf den Kippvorgang gleich Null. Bedingt durch die Trennung von Kippschaltung und Schaltkreis ist es möglich, den Schaltkreis für eine höhere Spannung als die Betriebsspannung der Kippschaltung auszulegen. In diesem Falle braucht nur der Leistungstransistor für die höhere Betriebsspannung ausgelegt zu werden. Die maximale Kippfrequenz einer Kippschaltung ist von dem Grad der Übersteuerung der Transistoren abhängig, d. h., wird nicht die maximale Last eingeschaltet, so steigt der Übersteuerungsgrad der Transistoren, und damit sinkt die maximale Arbeitsfrequenz der Kippschaltung. Bei der Schaltung gemäß der Erfindung ist dies nicht der Fall, da die Last nicht im Rückkopplungskreis liegt, wodurch die Dimensionierung der eigentlichen Elemente der Kippschaltung optimal erfolgen kann. Soll in beiden Schaltzuständen der Kippschaltung eine Last geschaltet werden, so kann auch der zweite Transistor der Kippschaltung als Steuertransistor für einen weiteren Leistungstransistor verwendet werden.Since the emitter current in normal flip-flops is of the order of magnitude a few milliamps, it is possible to use this current as a control current for a power transistor, currents of 100 mA and more, depending on the size of the current gain of the power transistor to switch. Since the load according to the invention is not is in the feedback circuit of the flip-flop, its influence on the flip-flop equals zero. It is due to the separation of flip-flop and circuit possible to use the circuit for a higher voltage than the operating voltage of the trigger circuit to interpret. In this case, only the power transistor is needed for the higher operating voltage to be interpreted. The maximum toggle frequency of a toggle switch is depending on the degree of overdriving of the transistors, d. i.e., won't die maximum load switched on, the degree of overload of the transistors increases, and thus the maximum operating frequency of the flip-flop circuit drops. When switching according to the invention this is not the case since the load is not in the feedback loop lies, whereby the dimensioning of the actual elements of the flip-flop circuit is optimal can be done. A load is to be switched in both switching states of the flip-flop circuit the second transistor of the flip-flop can also be used as a control transistor can be used for another power transistor.

Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung als Ausführungsbeispiel näher erläutert.The invention is now based on the drawing as an exemplary embodiment explained in more detail.

Die hier dargestellten Beispiele nach F i g. 1 bis 3 beziehen sich auf Transistoren, wie sie heute vorzugsweise verwendet werden.The examples shown here according to FIG. 1 to 3 relate on transistors as they are preferably used today.

F i g. 1 zeigt eine Transistor-Kippschaltung mit Transistoren T 1 und T2, Arbeitswiderständen R 1 und R 4 sowie den Widerständen R 3 und R 6, über welche die Basis der Transistoren T1, T2 an positives Potential -h UB, gelegt sind. Über RC-Glieder R2, C1 bzw. R5, C2 ist die Basis jedes Transistors T1, T2 mit dem Kollektor des anderen Transistors verbunden. Der Emitter des Transistors T1 ist nicht direkt mit dem Potential Null verbunden, sondern liegt an der Basis eines Leistungstransistors T3, in dessen Kollektorkreis sich der Lastwiderstand RL 1 befindet. Ist der Transistor T2 leitend, so ist Transistor T 1 gesperrt. Über eine Diode D 1 liegt auch an der Basis des Leistungstransistors T3 eine Sperrspannung. Im Kollektorkreis des Leistungstransistors T3 fließt nur der geringe Kollektor-Basis-Reststrom des gesperrten Transistors T l.F i g. 1 shows a transistor flip-flop with transistors T 1 and T2, load resistors R 1 and R 4 and resistors R 3 and R 6, via which the base of the transistors T1, T2 are connected to positive potential -h UB. The base of each transistor T1, T2 is connected to the collector of the other transistor via RC elements R2, C1 or R5, C2. The emitter of the transistor T1 is not directly connected to zero potential, but is connected to the base of a power transistor T3, in whose collector circuit the load resistor RL 1 is located. If transistor T2 is conductive, transistor T 1 is blocked. A reverse voltage is also applied to the base of the power transistor T3 via a diode D 1. In the collector circuit of the power transistor T3 only the low collector-base residual current of the blocked transistor T l flows.

Wird die Basis des Transistors T2 mit einem positiven Impuls oder die Basis des Transistors T1 mit einem negativen Impuls angesteuert, so nimmt die Kippschaltung ihren zweiten stabilen Zustand ein. Jetzt ist Transistor T 2 gesperrt und Transistor T 1 leitend und somit auch der Leistungstransistor T3. Im Kollektorkreis des Leistungstransistors T3 fließt der volle Laststrom. Da Transistor T 1 leitend ist, befindet sich die Diode D 1 im Sperrzustand. Der Basisstrom des Leistungstransistors T3 ist gleich dem Emitterstrom des Transistors T1. If the base of the transistor T2 is driven with a positive pulse or the base of the transistor T1 is driven with a negative pulse, the flip-flop circuit assumes its second stable state. Now transistor T 2 is blocked and transistor T 1 is conductive, and thus also power transistor T3. The full load current flows in the collector circuit of the power transistor T3. Since transistor T 1 is conductive, diode D 1 is in the blocking state. The base current of the power transistor T3 is equal to the emitter current of the transistor T 1.

In der mit der Schaltung nach F i g. I identischen Schaltung gemäß F i g. 2 wird die Sperrspannung für den Transistor T3 durch einen zusätzlichen Spannungsteiler R7, R 8 erzeugt, wodurch die Diode D I entfallen kann. Gegenüber der F i g. 1 ist jetzt der Basisstrom von Leistungstransistor T3, bedingt durch den Spannungsteiler R 7, R 8, kleiner als der Emitterstrom des Transistors T1. Die Betriebsspannung - UB, für den Lastwiderstand RL 1 ist jetzt von der Betriebsspannung - Uf;, der Kippschaltung verschieden. F i g. 3 zeigt eine aus der Schaltung nach F i g. 2 hervorgegangene Schaltung, bei der der Emitterstrom des zweiten die Kippschaltung bildenden Transistors T2 ebenfalls als Steuerstrom für einen weiteren Leistungstransistor T4 Verwendung findet, wodurch eine symmetrische Kippschaltung erhalten wird.In the circuit of FIG. I identical circuit according to FIG. 2, the reverse voltage for the transistor T3 is generated by an additional voltage divider R7, R 8, which means that the diode DI can be omitted. Compared to FIG. 1, the base current of power transistor T3, due to the voltage divider R 7, R 8, is now smaller than the emitter current of transistor T1. The operating voltage - UB, for the load resistor RL 1 is now different from the operating voltage - Uf ;, of the trigger circuit. F i g. 3 shows one from the circuit according to FIG. 2, in which the emitter current of the second transistor T2, which forms the flip-flop, is also used as a control current for a further power transistor T4, as a result of which a symmetrical flip-flop is obtained.

Claims

Claims: 1. Bistable transistor flip-flop circuit for switching load resistors, characterized in that the emitter current of one of two transistors (T I, T2) forming the flip-flop circuit is control current for a power transistor (T3) in whose collector circuit the one which is not an element of the flip-flop circuit Load resistor (RL 1) is provided, whereby the flip-flop which is fully operational between full load and load zero, independent of the size of the operating voltage for the load resistor, can be dimensioned to a large extent independently of the load resistor, and that in the switched-off state the pre-excitation current is several orders of magnitude lower than is the maximum load current and, when switched on, the load resistance is at full operating voltage.

2. Circuit according to claim 1, characterized in that that the emitter current of the second transistor (T2) of the flip-flop control current for a further, a symmetrical flip-flop forming power transistor (T4) is.