-
Bistabile Kippstufe Die Erfindung betrifft eine bistabile Kippstufe
mit einem positiven und negativen Zweig eines auf eine Last arbeitenden Schalters
und mit einer dem jeweiligen Zweig des Schalters zugeordneten Schutzschaltung gegen
überlastung - beispielsweise durch Kurzschluß der Belastung - des
jeweiligen Schalterzweiges.
-
Es ist bereits eine Schaltungsanordnung vorgeschlagen worden, welche
zur Sicherung von Transistoren gegen überströme einen dem Eingangskreis des zu schützenden
Transistors parallelliegenden steuerbaren Schalter aufweist, dessen Steuerelektrode
an den Lastkreis des zu schützenden Transistors angekoppelt ist. Tritt bei dieser
Schaltungsanordnung beispielsweise im Lastkreis des zu schützenden Transistors ein
Kurzschluß auf, so wird der dem Eingangskreis des zu schützenden Transistors parallelliegende
steuerbare Schalter geschlossen, so daß im Eingangskreis des zu schützenden Transistors
praktisch ein Kurzschluß vorhanden ist, welcher das Ansteuersignal ableitet. Damit
wird der zu schützende Transistor automatisch gesperrt und der Kurzschlußstrom in
seinem Lastkreis abgeschaltet.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine derartige
Schaltungsanordnung zu einer bistabilen Kippstufe zu erweitern, woraus sich der
Vorteil ergibt, daß eine elektronische Umschaltung zwischen zwei Potentialen möglich
ist; dabei können im Lastkreis zeitweilige Kurzschlüsse zugelassen werden, ohne
daß der elektronische Umschalter beschädigt wird.
-
Bei einer bistabilen Kippstufe der eingangs genannten Art ist zur
Lösung der vorgenannten Aufgabe vorgesehen, daß der Umschalter zwei Transistorstufen
mit komplementären Transistoren aufweist und daß eine Umsteuerschaltung an den Eingang
der dem Eingangskreis der Transistoren der Schalterzweige zugeordneten Schutzschaltung
angeschaltet ist.
-
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der F i g. 1 und 2.
-
Bei der Schaltungsanordnung nach F i g. 1 wird der Umschalter
aus zwei in Reihe geschalteten komplementären Transistoren Ti und T2 gebildet, wobei
in der jeweiligen Emitterleitung ein Widerstand Ri bzw. R, eingeschaltet ist. Diese
beiden Transistoren bilden einen positiven und negativen Zweig eines Schalters der
bistabilen Kippstufe. Der Schalter arbeitet wechselseitig auf eine gemeinsame Last,
welche durch einen Widerstand RL gebildet wird. Diese Belastung ist an die direkt
verbundenen Kollektoren der Transistoren T, und T2 angeschaltet Die Kollektor-Emitter-Strecken
der Transistoren Ti und T2 erhalten über dem Widerstand RL ihre Spannung von nicht
dargestellten Gleichspannungsquellen, welche zwischen Klemmen 15 und
17 bzw. 16 und 17 über Dioden D, bzw. D2 angeschaltet
sind. Die Dioden Di und D 2 schützen die Transistoren T, bzw. T2 vor falscher
Polung der Spannung.
-
Die Basisvorspannungen für die Transistoren T, und T, werden über
einen Spannungsteiler R.." RV R5
zugeführt.
-
Gemäß einer besonderen Ausführungsforin der Erfindung kann in den
genannten Spannungsteiler noch ein Kaltleiter RI< eingeschaltet sein, dessen
Wirkungsweise weiter unten noch näher beschrieben wird.
-
Dem Eingangskreis der Transistoren Ti und T2 des Schalters ist eine
Schutzschaltung zugeschaltet, deren wesentliche Elemente aus Transistoren Ts und
T4 bestehen. Die Basen dieser Transistoren liegen über Spannungsteiler R., Ri. bzw.
R., R,1 an den Ausgangskreisen der Schaltertransistoren Ti und T2, wobei
von den festen Abgriffen dieser Spannungsteiler ein Widerstand R 6 bzw. R
7 auf die Basen der Transistoren T, und T4 führt.
-
Für die insoweit beschriebene Schaltung ist nun eine Umsteuerschaltung
vorgesehen, welche z. B. aus optoelektronischen Koppelelementen K, und K2 besteht.
Diese optoelektronischen Koppel#elemente bestehen in an sich bekannter Weise aus
der Kombination einerLumineszenzdiode undeinerPhotodiode.
-
Ein zwischen Klemmen 11 und 14 liegender Spannungsteiler R
12> R133 R,4 sorgt für die richtige Arbeitsspannung der Photodioden der Koppelelemente.
Den Eingang der Koppelelemente bilden Klemmen 1
und 2, während ihre Ausgänge
an Klemmen 12 und 13 mit den Basen der Transistoren T.
-
" und T4 der Schutzschaltung verbunden sind.
-
Die Wirkungsweise dieser Schaltungsanordnung ergibt sich aus dem Diagramm
nach F i g. 2, welches den Kennlinienverlauf der beiden überlastungsgeschützten
Schalterzweige in Form des funktionalen
Zusammenhangs zwischen Kollektorstrom
IC und Kollektorspannung UC angibt. Die mit dem Index 1
versehenen Größen
sollen dabei zum Transistor Ti und die mit dem Index 2 versehenen Größen zum Transistor
T2 gehören.
-
Im Diagramm sind zunächst einmal Hyperbeln maximal zulässiger Verlustleistungen
21 und 22 eingezeichnet. Die stark ausgezogenen Kurven 23 und 24 geben den
Kennlinienverlauf der Schalterzweige T", T2, T, und T4 nach F i
g. 1 wieder. Weiterhin sind in das Diagramni Arbeitsgeraden 25 und
26
eingetragen, welche durch den Belastungswiderstand RL gegeben sind.
-
Die dargestellten Verläufe der Kennlinien 23 und 24 sind lediglich
als Beispiel zu betrachten, d. h., sie können durch entsprechende Einstellung
der Vorspannung im Bereich unterhalb der Hyperbeln 21 und 22 verschoben werden.
-
Auf Grund dieser Kennlinien ergeben sich für die Schaltung nach F
i g. 1 zwei stabile Arbeitspunkte, die durch Schnittpunkte 27 und
28 der Kennlinien 23 und 24 mit den Arbeitsgeraden 25 und
26 gegeben sind. Wird also beispielsweise der Transistor T, über die Ansteuerschaltung
durchgeschaltet, so ergibt sich als Arbeitspunkt der Punkt 27. Wird entsprechend
der Transistor T2 durchgesteuert, so springt die Schaltung in den stabilen Arbeitspunkt
28. Im Fall eines Kurzschlusses (welcher symbolisch durch einen dem Lastwiderstand
RL parallelliegenden Kontakt K dargestellt sein möge) fließt nun der zur
je-
weiligen Kollektorspannung gehörende Kollektorstrom, der auf Grund der
vorgesehenen Schutzschaltung die Hyperbeln maximal zulässiger Verlustleistung 21
und 22 nicht übersteigen kann. Da nämlich der jeweilige Transistor der Schutzschaltung
T, bzw. T4 durch die an den Kollektoren der Transistoren Ti bzw. T2 liegenden
Spannung aufgesteuert wird, erhält der Schaltertransistor durch Nebenschluß an seiner
Basis ein entsprechend geringes Signal, wodurch seine überlastung unterbunden wird.
-
Wird durch eine entsprechend gepolte Ansteuerung an den Klemmen
1 und 2 eines der Koppelelemente K, oder K2 den zugehörigen Transistoren
4
oder T4 ein Basisstrom aufgeprägt, so nimmt der angesteuerte Schutztransistor
deip zugehörigen Schalttransistor T:, oder T2 die Ansteuerung, so daß sich auf Grund
des Kennlinienverfahrens nach F i g. 2 der jeweils entgegengesetzte Arbeitspunkt
28 bzw. 27
einstellt.
-
Schließlich sei noch erwähnt, daß der vorgenannte Kaltleiter RK bei
höheren Umgebungstemperaturen und damit kleineren zugelassenen Verlustleistungen
die Ansteuerung der Schaltertransistoren T, und T, ebenfalls reduziert.