DE1266349B - Elektronischer Schalter mit Transistoren - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

H 03 k

Deutsche Kl.: 21 al - 36/18

Nummer: 1 266 349

Aktenzeichen: T 28187 VIII a/21 al

Anmeldetag: 16. März 1965

Auslegetag: 18. April 1968

Die Erfindung betrifft einen elektronischen Schalter mit Transistoren mit einem dem Ausgangstransistor vorgeschalteten, mit seinem Emitter an dessen Basis angeschlossenen und das den Schaltvorgang auslösende Signal an seiner Basis aufnehmenden Transistor.

Bei bisher üblichen derartigen elektronischen Schaltern gibt der Ausgangstransistor einen Gleichstrom an eine Verbraucherlast ab. Diese Belastung kann sich jedoch zufällig mindern und selbst zu einem Kurzschluß werden, was gewöhnlich zur Zerstörung des Ausgangstransistors führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektronischen Schalter der eingangs genannten Art zu schaffen, dessen Betriebssicherheit gegen jegliche gefährliche Belastungsänderung gewährleistet ist.

Diese Aufgabe ist bei dem hier vorgeschlagenen elektronischen Schalter vor allem dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß der dem Ausgangstransistor vorgeschaltete Transistor an seinem Kollektor zwei einander parallelgeschaltete Belastungskreise enthält, von denen der eine aus einer Impedanz hohen Wertes besteht, die ständig für den Ausgangstransistor eine dessen Stromabgabe minimal haltende Vorspannung festlegt, und der andere aus einem aktiven Stromkreis mit einem Regeltransistor gebildet ist, der auf die Änderung der am Belastungswiderstand des elektronischen Schalters liegenden Spannung anspricht und dessen Wirkung sich derjenigen des ersteren Stromkreises überlagert.

Auf Grund des so ausgestalteten Schalters ist der Ausgangstransistor gegen jegliche an einer seiner Elektroden, vor allem an seinem Kollektor auftretende übermäßige Überspannung und gegen jede gefährliche Änderung der an den das verstärkte Signal erhaltenen Anschlußklemmen liegenden Verbraucherimpedanz geschützt. Außerdem gewährleistet dieser Schalter einerseits die Absorption der gegebenenfalls frei werdenden Selbstinduktionsenergie der Verbraucherimpedanz und andererseits die Begrenzung der Stromabgabe des Ausgangstransistors, wenn die Verbraucherimpedanz unter einem vorgesehenen Minimalwert liegt, und ruft demgegenüber die Sättigung des Ausgangstransistors hervor, wenn die Verbraucherimpedanz über oder gleich diesem Minimalwert ist. Zweckmäßig wird hierbei in jedem Augenblick die Vorspannung des Ausgangstransistors des Schalters entsprechend dem Wert der an diesem Transistor vorhandenen Belastung geregelt, um die Stromabgabe dieses Transistors zu begrenzen, wenn die Last kleiner als der vorgesehene Minimalwert wird. Vorzugsweise läßt man die Be-Elektronischer Schalter mit Transistoren

Anmelder:

Thomson Automatismes, Chatou, Seine-et-Oise (Frankreich)

Vertreter:

Dipl.-Ing. Dipl. oec. publ. D. Lewinsky, Patentanwalt, 8000 München 21, Gotthardstr. 81

Als Erfinder benannt:
Lucien Budts, Paris

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 18. März 1964 (967 851 Seine)

lastung des dem Ausgangstransistor vorgeschalteten Transistors sich in Abhängigkeit des Wertes der Last des Ausgangstransistors ändern, um den durch den ersteren Transistor hervorgerufenen Polarisationsstrom auf den Ausgangstransistor zu regeln. Der zweite Belastungskreis des dem Ausgangstransistor vorgeschalteten Transistors besitzt zweckmäßigerweise einen Regeltransistor, der nur dann in Tätigkeit tritt, wenn die Last des Ausgangstransistors den festgelegten Minimalwert übersteigt und dann den Ausgangstransistor in den Sättigungszustand überführt.

Weitere Merkmale des elektronischen Schalters nach der Erfindung und durch sie erzielte Vorteile gehen aus der nachstehenden Beschreibung der Zeichnung hervor, die einen elektronischen Schalter der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Art in einer beispielsweise gewählten Ausführungsform schaltbildmäßig veranschaulicht.

Der zeichnerisch dargestellte Schalter besitzt zwei Transistoren Γ1 und Γ 2 des PNP-Typs, wobei der Eingang C an der Basis des Transistors Γ 2 und der Ausgang S an dem Kollektor des Transistors Tl liegt. Zwischen der bei — Y angelegten negativen Speisespannung und dem Ausgang S ist eine Last Z angeschaltet. Der Transistor Γ 2 ist mit seinem Emitter mit der Basis des Transistors Tl verbunden. Der Emitter des Transistors Tl liegt an der Klemme X der positiven Stromversorgung. Die Basen der Transistoren Tl und T2 liegen über jeweilige Widerstände R6 bzw. Ä7 an der Vorspan-

809 539/359

nung +F. Bei Abwesenheit eines Steuersignals am Eingang C sperrt der Transistor T 2, wobei die Basis gegenüber dem Emitter positiv ist. Ferner wird der Ausgangstransistor Tl dadurch gesperrt, daß der Transistor Γ2 dessen Basis nicht mehr negativ vorspannt. Die Gleichzeitigkeit der Sperrzustände der beiden Transistoren wird in allen Fällen durch die Diode D 2 bewirkt, die dann, wenn der Transistor T 2 keinen Strom abgibt, ein positives Potential dei Basis von Tl gegenüber seinem Emitter festlegt.

Wenn der Transistor T 2 am Eingang C das zu verstärkende Signal empfängt, lassen der Strom und das Potential seines Emitters einen bestimmten Polarisationsstrom auf die Basis des Transistors Tl fließen und bestimmen demzufolge den durch den Kollektor des Transistors Tl abgegebenen Strom. Der Transistor Tl besitzt nämlich an seinem Kollektor zwei Belastungskreise, von denen der Belastungskreis A aus dem zwischen die Klemme Y und den Kollektor von T2 geschalteten Widerstand A4 und der Belastungskreis B aus den Widerständen R1 und R2 und dem mit R2 in Reihe liegenden Varistor V und einem NPN-Transistor T 3, dem sogenannten Regeltransistor, besteht, der mit seinem Kollektor an den Kollektor des Transistors Γ 2 geschaltet ist. Der Widerstand R2 liegt an der Klemme Y, der Varistor V an dem Emitter des Regeltransistors Γ3. Der WiderstandRl ist parallel zu dem R2 und V umfassenden Schaltungsglied geschaltet. Zwischen dem Emitter von Γ 3 und der Klemme X liegt ein Widerstand £3. Der Belastungskreis B belastet den Transistor Γ 2 nur dann, wenn der Regeltransistor T 3 nicht gesperrt ist. Demzufolge steuert der Zustand des Transistors T 3 die Wirkung des Belastungskreises B und demzufolge die von dem Transistor T 2 auf den Ausgangstransistor Tl hervorgerufene Vorspannung.

Der Belastungskreis A allein ruft einen ziemlich niedrigen Strom an der Basis des Transistors Tl hervor und bestimmt einen ebenfalls kleinen Strom in der Last Z. Der somit an den Anschlußklemmen der Last Z bewirkte Spannungsabfall ist derart, daß dann, wenn die Last Z den vorgesehenen Minimalwert besitzt, das Potential am Ausgang S, d, h. an der Basis des Regeltransistors T3, über dem durch den Spannungsteiler R3, Rl, R2, V bestimmten Potential des Emitters des Transistors Γ 3 liegt. Der Transistor Γ 3 gibt also Strom ab, wenn die Belastung Z mindestens gleich seinem Minimalwert ist. Der Belastungskreis B ruft dann ein Anwachsen des Emitterstroms des Transistors Γ 2 hervor, was zu der Erhöhung des Basisstroms des Transistors Tl und somit zu einem Anwachsen des an die Last Z abgegebenen Stroms führt. Die Werte der Elemente der Schaltung sind derart bemessen, daß in jedem Augenblick das Potential des Ausgangs S über dem Potential des Emitters des Transistors Γ 3 bleibt. Somit setzt sich die Steigerung des Basisstroms des Transistors Π so lange fort, bis dieser Transistor die Sättigung erreicht hat. Der Übergang des Transistors Tl auf den Sättigungszustand wird durch die Anwesenheit des Varistors V begünstigt und beschleunigt. Dieser Varistor hat eine Impedanz, die abnimmt, wenn das an seine Klemmen angelegte Potential wächst. Wenn der Transistor Γ 3 beginnt, einen Strom an den Widerstand R1 abzugeben, steigt das Potential seines Emitters, und demzufolge sinkt die Impedanz des Varistors V, was ein erneutes Ansteigen der Last des Transistors Γ 3 und demzufolge des durch Γ 3 abgegebenen Stroms hervorruft. Die nichtproportionale Wirkung des Varistors V bewirkt also ein Anwachsen des Polarisationsstroms an der Basis von Tl, das größer ist als der Stroraanstieg, der einfach auf die Erhöhung des Potentials am Ausgang zurückzuführen ist. Der schnelle Übergang des Transistors Π in den Sättigungszustand ist somit gewährleistet.

ίο Wenn der Transistor Γ2 am Eingang C ein Signal empfängt und die Impedanz Z unter dem vorgesehenen Minimalwert liegt, so ist das durch die von dem Belastungskreis A bewirkte Vorspannung bestimmte Potential am Ausgang S zu gering, als daß der Transistor Γ 3 Strom abgeben könnte, so daß der Belastungskreis B nicht in Wirkung tritt. Der Basisstrom des Transistors Tl bleibt also unter seinem durch den Belastungskreis A definierten geringen Wert. Der Transistor Tl läuft daher keine Gefahr, zerstört zu

ao werden.

Wenn im Betrieb des Schalters und bei maximaler Stromabgabe des Transistors Tl die Last Z ihren Minimalwert unterschreitet, sinkt das Potential am Ausgang S. Die Stromabgabe des Transistors Γ 3 vermindert sich also, was zu einer Herabsetzung des Polarisationsstroms des Transistors Tl führt. Das Potential am Ausgang S sinkt also erneut ab, bis schließlich der Transistor Γ 3 sperrt. Die Geschwindigkeit der Sperrung von T 3 wird noch durch die Wirkung des Varistors V erhöht, was zu einer Minderung der Stromabgabe des Transistors T 3 führt, die größer ist als diejenige, die einfach auf das Absinken des Potentials am Ausgang S zurückzuführen ist, Wenn schließlich der Transistor Γ 3 gesperrt ist, wirkt allein der Belastungskreis A und begrenzt den durch den Transistor Tl abgegebenen Strom auf einen geringen Wert, der nicht die Zerstörung des Transistors Tl bewirken kann.
Der hier vorgeschlagene Schalter gestattet also die Regelung des Wertes der Belastung und die Regelung der Stromabgabe des Ausgangstransistors in Abhängigkeit dieses Wertes. Wenn im Betrieb die Belastung unter dem vorgesehenen Minimalwert liegt, bleibt die Stromabgabe des Ausgangstransistors auf einen geringen Wert begrenzt, der ihm jegliche Sicherheit gewährleistet. Wenn demgegenüber im Betrieb die Last größer als der vorgesehene Minimalwert ist, ist der Ausgangstransistor gesättigt. Aber er wird ebensowenig beschädigt, da die Last dann ausreichend groß ist. Im Fall schließlich, daß die Last im Betrieb kleiner als der vorgesehene Minimalwert wird, wird die Stromabgabe des Ausgangstransistors automatisch vermindert und sehr schnell auf einen geringen Wert geführt, der noch die Sicherheit dieses Transistors gewährleistet. In allen Fällen also, in denen die Belastung zu gering ist, wird die Stromabgabe begrenzt, und der Ausgangs-.

transistor läuft nicht Gefahr, zerstört zu werden.

Schließlich wird ein zusätzlicher Schutz des Ausgangstransistors Tl durch die Diode Dl gegen die Überspannung bewirkt, die an den Klemmen der Last Z auftreten kann, wenn die Stromabgabe des Transistors Tl plötzlich unterbrochen wird. Befindet sich der Schalter in Normalbetrieb, ist die Diode D1 gesperrt, Sie hat also auf den Stromkreis keinen Einfluß, Wenn jedoch sich an den Klemmen der Belastung Z in der Normalspannung gegenüber der entgegengesetzten Richtung eine Überspannung ein-

stellt, so wird die Diode Dl durchlässig und absorbiert demzufolge die abgegebene Selbstinduktionsenergie, wodurch vermieden wird, daß letztere die Zerstörung des Transistors Tl bewirkt.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Elektronischer Schalter mit Transistoren mit einem dem Ausgangstransistor vorgeschalteten, mit seinem Emitter an dessen Basis angeschlossenen und das den Schaltvorgang auslösende Signal an seiner Basis aufnehmenden Transistor, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgeschaltete Transistor (T 2) an seinem Kollektor zwei einander parallelgeschaltete Belastungskreise (A, B) enthält, von denen der eine (A) aus einer Impedanz (R 4) hohen Wertes besteht, die ständig für den Ausgangstransistor (Tl) eine dessen Stromabgabe minimal haltende Vorspannung festlegt, und der andere (B) aus einem aktiven Stromkreis mit einem Regeltransistor (T 3) gebildet ist, der auf die Änderung der am Belastungswiderstand (Z) des elektronischen Schalters liegenden Spannung anspricht und dessen Wirkung sich derjenigen des ersteren Stromkreises (A) überlagert.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch den zweiten Belastungskreis (B) dargebotene Impedanz für einen unter dem festen Minimalwert liegenden Belastungswiderstand (Z) einen hohen, den des ersteren Belastungskreises (.4) übersteigenden Wert und für einen über dem festen Minimalwert liegenden oder ihm gleichen Belastungswiderstand einen zur Herbeiführung der Sättigung des Ausgangstransistors (Tl) ausreichend niedrigen Wert besitzt.

3. Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Regeltransistor (T 3) des zweiten Belastungskreises (B) mit seiner Basis am Ausgang (S) des Schalters liegt und sein Emitter mit einer solchen Gleichspannung vorgespannt ist, daß der Regeltransistor sperrt, wenn der Spannungsabfall an deren Verbraucheranschlußklemmen (5, — Y) unter einem durch den durch die Verbraucherimpedanz und den in dieser dem ersteren Belastungskreis (A) zugehörigen Impedanz fließenden Strom festgelegten Minimalwert bestimmten minimalen Wert liegt, ferner der Regeltransistor mit seinem Kollektor an den Kollektor des dem Ausgangstransistor (Tl) vorgeschalteten Transistors (T 2) geschaltet ist und schließlich die Elemente des Schalters so berechnet sind, daß die Erhöhung der Stromabgabe der beiden Transistoren (Tl, T2) des Schalters, die durch die Stromabgabe des Regeltransistors hervorgerufen wird, wenn die Verbraucherimpedanz gleich oder über dem vorgesehenen Minimalwert ist, sich bis zur Sättigung des Ausgangstransistors fortsetzt.

4. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den den Emitter des Regeltransistors (T 3) des zweiten Belastungskreises (B) mit einer Speisespannung (-Y) verbindenden Stromzweig ein Varistor (F) geschaltet ist, dessen Widerstandswert sich umgekehrt wie die an ihn angelegte Spannung ändert und der die Wirkung des Regeltransistors auf die Änderungen des an die Verbraucherimpedanz gelieferten Stroms in Abhängigkeit der Änderungen des Wertes beschleunigt.

5. Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an die Verbraucheranschlußklemmen (S, — Y) eine Diode (Dl) oder dergleichen Gleichrichterelement geschaltet ist, das die gegebenenfalls zwischen diesen Klemmen auftretende Selbstinduktionsenergie aufnimmt.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Auslegeschrift Nr. 1168 973;

USA.-Patentschrift Nr. 751446;

»NTZ«, 1961, H. 12, Bild 345, S. 606/607;

»Electronics« vom 30. 3. 1962, S. 60, und vom 29. 3.1963, S. 36, 37, Fig. 1 und 2;

»Wireless World«, September 1963, S. 445, Fig. 1 und 2.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

809 539/359 4. 68 © Bundesdruckerei Berlin