DE1260606B - Steuerschaltung mit Transistoren mit geringem Ruhestromverbrauch - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

H 02 j

Deutsche KL: 21 dl - 69

Nummer: 1260 606

Aktenzeichen: N 26179 VIII b/21 dl

Anmeldetag: 6. Februar 1965

Auslegetag: 8. Februar 1968

Die Erfindung betrifft eine Steuerschaltung mit Transistoren mit geringem Ruhestromverbrauch, bei der der Strom durch eine Belastung, z. B. einen Elektromotor, in der Richtung umkehrbar ist und bei welcher zwei Transistoren des gleichen Leitfähigkeitstyps vorgesehen sind, deren Emitter-Kollektor-Strecken in Reihe mit einer zwischen dem Kollektor des ersten und dem Emitter des zweiten Transistors eingeschalteten Diode an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen sind, wobei die Belastung an die Verbindungsleitung dieser Diode mit dem Emitter des zweiten Transistors angeschlossen ist. Eine solche Vorrichtung ist bereits in dem älteren deutschen Patent 1182 303 vorgeschlagen. In diesem Patent sind verschiedene Mittel zur Begrenzung des Ruhestromverbrauchs angegeben (der Ruhestrom fließt durch die Transistoren, wenn das Steuersignal Null ist); diese Maßnahmen bringen die Anwendung einer zusätzlichen Speisespannungsquelle mit sich. In der Praxis muß diese Quelle zum Erreichen einer zufriedenstellenden Wirkung eine verhältnismäßig hohe Spannung liefern können, was unerwünscht hohen Energieverbrauch mit sich bringt und außerdem die Anwendung von Transistoren erfordert, die für diese höheren Spannungen bemessen sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache Maßnahme anzugeben, durch welche die Anwendung einer solchen Spannungsquelle sich erübrigt. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß jeweils in die gemeinsame Leitung des Kollektors des ersten und der Basis des zweiten Transistors ein Strombegrenzungselement eingefügt ist. Vorzugsweise ist der Stromwert dieses Strombegrenzungselementes, bei dem die Begrenzung anfängt, annähernd gleich dem bei maximaler Aussteuerung durch die Belastung fließenden Strom geteilt durch den Kollektor-Basis-Stromverstärkerfaktor des zweiten Transistors. Als Strombegrenzungselement wird dabei zweckmäßig ein Widerstand mit hohem positivem Temperaturkoeffizienten verwendet.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert, in der

F i g. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel und

F i g. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellen.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 enthält einen ersten Transistor 1 und einen zweiten Transistor 2 des gleichen Leitfähigkeitstyps (in dem dargestellten Fall des pnp-Typs). Die Emitter-Kollektor-Strecken der Transistoren 1 und 2 sind in Reihe mit einer zwischen dem Kollektor des ersten und dem Emitter des zweiten Transistors eingeschalteten Diode 3 an die Klem-Steuerschaltung mit Transistoren mit geringem
Ruhestromverbrauch

Anmelder:

N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken, Eindhoven

(Niederlande)

Vertreter:

Dr. H. Scholz, Patentanwalt,

2000 Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Als Erfinder benannt:

Anne Hendrik Bruinsma,

Johannes Meijer Cluwen, Eindhoven

(Niederlande)

Beanspruchte Priorität:

Niederlande vom 11. Februar 1964 (6 401113) -

men B + bzw. B — einer Speisequelle angeschlossen. Ein Elektromotor 4 ist an die Verbindungsleitung zwischen der Diode 3 und dem Emitter des zweiten Transistors 2 angeschlossen. Die andere Klemme des Motors 4 kann an einen Punkt fester Spannung angeschlossen sein, deren Wert zwischen denen der an den Klemmen B + bzw. B — vorherrschenden Spannungen liegt. In dem dargestellten Fall wird jedoch ein zweiter Satz in gleicher Weise geschalteter Transistoren 1' und 2' und einer Diode 3' verwendet. Die Schalter 5 und 5' dienen dazu, die Vorrichtung außer Betrieb zu nehmen, wenn der Rotor des Motors 4 eine bestimmte Lage erreicht hat. Es sind Widerstände 6 und 6' in den Kollektorleitungen der Transistoren 2 und 2' vorgesehen, um Überlastung der Transistoren 2 und 2' zu vermeiden. Wenn eine Steuerspannung zwischen den Klemmen 7 und 7' angelegt wird, wodurch über die Transistoren 8 und 8' ein Steuerstrom der Basiselektroden der Transistoren 1 und 1' erreicht, wird bewerkstelligt, daß z.B. der Strom durch den Transistor 1 zunimmt, während der durch den Transistor 1' abnimmt. Infolgedessen wird der Spannungsfall über den in der gemeinsamen Leitung des Kollektors des ersten Transistors 1 und der Basis des Transistors 2 vorgesehenen Widerstand 9 zunehmen, so daß der Transistor 2 weniger leitend wird. In entsprechender Weise wird der Span-

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Claims (2)

1. 3 4

   nungsf all über den entsprechenden Widerstand 9' ab- Zum Erzielen des höchsten Stromes durch den Monehmen, wodurch der Transistor 2' mehr Strom tor 4 muß der Transistor 2 maximal leitend, der Trandurchläßt. Es wird somit in diesem Fall durch den sistor 2' hingegen gesperrt sein. Der Spannungsfall Motor ein Strom in Richtung des Pfeiles fließen. über die Transistoren 1' und 2 ist dann vernachlässig-Wird hingegen mittels der Steuerspannung zwischen 5 bar gegenüber dem Spannungsfall über den Motor 4 den Klemmen 7 und 7' der Transistor 1 weniger und (auch die Diode 3' muß einen möglichst geringen der Transistor 1' mehr leitend gemacht, so kehrt der Spannungsfall in der Vorwärtsrichtung aufweisen), Strom durch den Motor 4 seine Richtung um und während der Strom durch die Transistoren 1 und 2' wird somit der Pfeilrichtung entgegen fließen. Eine dann vernachlässigbar ist. In diesem Zustand ist es ähnliche Wirkung ergibt sich, wenn entweder der io vorteilhaft, wenn der effektive Widerstand des EIe-Klemme 7 oder T eine impulsfömige Steuerspannung mentes 9 einen möglichst geringen Wert hat, so daß zugeführt wird, wodurch entweder die Transistoren 8 der Basisstrom des Transistors 2 trotz des geringen und 1 oder die Transistoren 8' und V geöffnet wer- Spannungsfalles über das Element 9 hinreichend ist, den. Die Anordnung ist derart bemessen, daß in der um diesen Transistor 2 im Zustand der Sättigung zu Ruhelage — dem Zustand, in dem keine Steuerspan- 15 halten.

   nung zwischen den Klemmen 7 und 7' angelegt Wird von dem vorerwähnten Zustand her der Strom

   wird — der Strom durch den Motor 4 gerade Null ist. durch den Transistor 1 erhöht und der durch den

   Die Dioden 3 bzw. 3' bewerkstelligen dabei, daß die Transistor 1' verringert, so wird diese Stromzunahme

   Transistoren 2 und 2' in diesem Fall nichtleitend sind. bald eine sehr große Zunahme des effektiven Wider-Andererseits führt eine geringe Abnahme des Stromes 20 Standes des Elementes 9' zur Folge haben. Da das

   durch den Transistor 1 (oder Γ) im Vergleich zu die- Element 9 jeder Zunahme des passierenden Stromes

   sem Ruhezustand dazu, daß die Diode 3 (oder 3') entgegenwirkt, wird die erwähnte Stromzunahme

   sperrt, wodurch der Transistor 2 (oder 2') leitend durch den Transistor 1 eine entsprechende Abnahme

   wird. des Basisstromes des Transistors 2 zur Folge haben.

   Zum Erreichen eines hohen Maximalstromes durch 25 In entsprechender Weise wird die Abnahme des Stroden Motor 4 ist ein geringer Wert des Widerstandes 9 mes durch den Transistor 1 eine entsprechende Zuerwünscht; in der Anordnung gemäß dem älteren Pa- nähme des Basisstromes des Transistors 2' mit sich tent wird infolgedessen jedoch eine verhältnismäßig bringen. Der Ruhezustand wird erreicht, wenn der hohe Ruhestromeinstellung hervorgerufen. Im allge- Strom durch den Motor 4 gerade Null ist, also wenn meinen könnte der Ruhestromverbrauch vollständig 30 an den Emittern der Transistoren 2 bzw. 2' das gleiche unterdrückt werden, indem Transistoren entgegen- Potential vorherrscht. Um dieses Potential zu erreigesetzten Leitfähigkeitstyps benutzt werden, aber es chen, muß in dem älteren Patent der Transistor 1 ergibt sich, daß nicht stets Transistoren für hohe einen verhältnismäßig hohen Strom durch den ver-Ströme und von entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp hältnismäßig geringen Widerstand 9 schicken, um zur Verfügung stehen. Bei der Verstärkerschaltung 35 einen hinreichenden Spannungsfall darüber zu erziegemäß dem älteren Patent kann der Nachteil eines len. Bei der Maßnahme nach der Erfindung genügt zu hohen Ruhestromverbrauches verringert werden, ein erheblich geringerer Strom, da infolge des zunehindem der Widerstand 9 (bzw. 9') an eine höhere menden effektiven Widerstandes des Elementes 9 der (negative) Spannung angeschlossen wird als der KoI- Spannungsfall darüber sehr schnell zunimmt, lektor des Transistors 2 (bzw. 2'). Dies hat jedoch den 40 In dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 werden Nachteil, daß mehr Energie dissipiert wird, während die gleichen durch entsprechende Bezugsziffern beaußerdem der Transistor 1 (bzw. 1') eine höhere zeichneten Schaltelemente angewandt wie in Fig. 1. Spannung aushalten muß. Die Steuerung des Transistors 8' ist von der Kollek-

   Gemäß der Erfindung ist der Widerstand 9 (bzw. 9') torspannung des Transistors 1 mittels eines Spanais ein Strombegrenzungselement ausgebildet. Solche 45 nungsteilers 11, 12 abgeleitet. Weiter ist in die ge-Strombegrenzungselemente sind an sich bekannt. Als meinsame Emitterleitung der Transistoren 1 und 1' Beispiel seien erwähnt: keramische Widerstände mit eine Diode 13 eingefügt, die eine geringe Schwelleneinem hohen positiven Temperaturkoeffizienten, z. B. wertspannung in den Emitterkreisen der Transistoaus Basis von Bariumtitanat, deren dynamischer Wi- ren 1 bzw. 1' herbeiführt. Weiter ist ein zusätzlicher derstandswert bei einer Temperaturzunahme von 50 Transistor 14 vorgesehen, der den Transistor 8 aussteu-10° C um einige Dekaden ansteigen kann (die statisch ert. Um unnötigen Energieverlust zu vermeiden, sind gemessene Strom-Spannungs-Kennlinie kann sogar die Transistoren 8 und 8' und 14 an eine Hilfsspeiseeinen negativen Widerstandsteil aufweisen); ferner in quelle mit niedrigerer Spannung und niedrigerem Sperrichtung getriebene Halbleiterdioden, die unter Strom angeschlossen als die Speisequelle, die zwischen der Wirkung einer auffallenden Strahlung einen prak- 55 den Klemmen B + und B — eingeschaltet ist. tisch konstanten Strom durchlassen; Feldeffekttransistoren, deren Torelektrode (»gate«) mit der Quellen- Patentansprüche: elektrode (»source«) bzw. mit einer den Stromkanal

   des Feldeffekttransistors verengenden Spannung ver- 1. Steuerschaltung mit Transistoren mit gerin-

   bundenist. 60 gern Ruhestromverbrauch, bei der der Strom

   Das Strombegrenzungselement 9 (bzw. 9') hat vor- durch eine Belastung, z. B. einen Elektromotor, zugsweise einen Stromwert, bei dem die Begrenzung in der Richtung umkehrbar ist und bei welcher anfängt und der annähernd gleich dem bei maximaler zwei Transistoren des gleichen Leitfähigkeitstyps Aussteuerung durch den Motor fließenden Strom ge- vorgesehen sind, deren Emitter-Kollektor-Strekteilt durch den Kollektor-Basis-Stromverstärkungs- 65 ken in Reihe mit einer zwischen dem Kollektor faktor des zweiten Transistors 2 (bzw. 2') ist. Bei die- des ersten und dem Emitter des zweiten Transer maximalen Aussteuerung ist z. B. der Transistor 1 sistors eingeschalteten Diode an eine Gleichspangesperrt und der Transistor 1' vollständig leitend. nungsquelle angeschlossen sind, wobei die Be-

   lastung an die Verbindungsleitung dieser Diode mit dem Emitter des zweiten Transistors angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils in die gemeinsame Leitung des Kollektors des ersten und der Basis des zweiten Transistors ein Strombegrenzungselement eingefügt ist.
2. 2. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom des Strombegrenzungselementes, bei dem die Strombegrenzung anfängt, annähernd gleich dem bei maximaler Aussteuerung durch die Belastung fließenden Strom geteilt durch den Kollektor-Basis-Stromverstärkungsfaktor des zweiten Transistors ist.

   3. Steuerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Strombegrenzungselement ein Widerstand mit hohem positivem Temperaturkoeffizienten verwendet ist.

   In Betracht gezogene ältere Patente:
   Deutsches Patent Nr. 1182 303.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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