DE1293847B - Halbleiterschaltkreis mit zwei Transistoren mit entgegengesetzter Polaritaet - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen daß sie manuell als Signalgeber betätigt werden kann.

Halbleiterschalter mit zwei Transistoren mit ent- Die andere Elektrode der Lampe 10 ist mit einem

gegengesetzter Polarität, wobei die Basis jedes Tran- entlang einem Widerstand 14 verstellbaren Kontakt

sistors mit dem Kollektor des anderen Transistors verbunden. Ein Teil dieses Widerstands 14 ist in

verbunden ist und das Eingangsschaltsignal über einen 5 Reihe mit einem weiteren Widerstand 15 und einem

Kondensator an die Basis-Emitterstrecke des ersten zweiten Kondensator 16 über die Lampenelektroden

Transistors gelegt ist. geschaltet.

Es sind bereits derartige Halbleiterschalter für Die Verbindung zwischen dem Kondensator 16 und

Gleichstrombetrieb bekannt, wobei dem ersten Tran- der Lampe 10 ist über einen Widerstand 17 und eine

sistor, d. h. demjenigen Transistor, dem das Eingangs- xo Leitung 18 mit einer Anschlußklemme 20 einer

schaltsignal zugeführt wird, die Vorspannung ent- Wechselstromquelle verbunden. Die andere Elektrode

weder über Spannungsteiler von der Gleichstrom- der Lampe 10 ist über einen Teil des einstellbaren

speisequelle aus oder mittels einer besonderen Span- Widerstands 14 und einem Widerstand 21 mit einer

nungsquelle zugeführt wird. Erdleitung 22 und der zweiten Anschlußklemme 23

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaf- 15 der Wechselstromquelle verbunden. Die Leitung 18 fung eines Halbleiterschalters der eingangs beschrie- ist ferner über einen Widerstand 25 mit dem Kollekbenen Art, der sich für den Betrieb mit Wechsel- tor eines Transistors 24 verbunden. Der Emitter diespannung eignet und keine aufwendigen Mittel er- ses Transistors ist direkt mit der Erdleitung 22 verfordert, um dem ersten Transistor, dem das Eingangs- bunden, und die Basis des Transistors 24 ist mit der signal zugeführt wird, eine Vorspannung zu geben, ao Verbindung zwischen dem Widerstand 15 und dem

Diese Aufgabe wird ausgehend von dem Halb- Kondensator 16 verbunden. Ein hochohmiger Widerleiterschalter der eingangs beschriebenen Art erfin- stand 26 ist zwischen Basis und den Kollektor des dungsgemäß dadurch gelöst, daß parallel zur Basis- Transistors geschaltet, um eine Vorspannung zu er-Emitterstrecke des ersten Transistors ein Kondensa- zeugen. Der Transistor 24 ist ein Verstärker-Schalttor und ein Widerstand in Reihe geschaltet sind, wo- 35 element, das seine Ausgangsenergie über einen Konbei die »Zener«-Durchbruchsspannung der Emitter- densator 27 einem Halbleiterschaltkreis 28 zuführt. Kollektorstrecke des ersten Transistors eine selbst- Der Schaltkreis 28 umfaßt zwei Transistoren 30 tätige Begrenzung der Vorspannung bewirkt und wo- und 31, wobei die Basis jedes Transistors mit dem bei die Emitterelektroden der beiden Transistoren Kollektor des anderen Transistors verbunden ist. Der den Ausgang des Schalters darstellen. 30 Transistor 30 ist ein NPN-Transistor, dessen Emitter

Der erfindungsgemäße Halbleiterschalter bietet den über einen Widerstand 32 mit der Leitung 18 verVorteil, daß sich die Vorspannung am ersten Tran- bunden ist. Der Transistor 31 ist ein PNP-Transistor, sistor selbsttätig einstellt, da die »Zener«-Durch- dessen Emitter mit der Leitung 22 verbunden ist. Die bruchsspannung der Emitter-Kollektor-Strecke des Basis des Transistors 31 ist mit der Eingangsleitung ersten Transistors ein Ansteigen der Spannung an 35 33 des Schaltkreises und dem Kondensator 27 verder Basis dieses Transistors über die Durchbruchs- bunden. Die Leitung 33 ist ferner mit einem Vorspannung hinaus verhindert. Weiter bietet der erfin- spannungs-Schaltkreis verbunden, der einen Widerdungsgemäße Halbleiterschalter den Vorteil beson- stand 34 und einen Kondensator 35 umfaßt, derer Einfachheit. Parallel zu dem Schaltkreis 28 ist ein Relaisschalt-

Vorzugsweise beträgt die sich an der Basis des 40 kreis 36 geschaltet, der eine Diode 37, eine Relais-

ersten Transistors selbsttätig einstellende Vorspan- wicklung 38 und einen Kondensator 40 mit hoher

nung etwa 6 Volt. Kapazität aufweist. Dieser Relaisschaltkreis ist über

Der Eingang des Halbleiterschalters kann einen die beiden Emitterelektroden der Transistoren 30

Kipposzillator umfassen, dessen Ausgangsimpulse und 31 geschaltet. Der Relaisschaltkreis 36 umfaßt

über eine Verstärkerstufe der Basis des vorgespann- 45 ein normalerweise offenes Kontaktpaar 41, das zwi-

ten Transistors zugeführt werden. sehen die Anschlußklemme 23 der Stromquelle und

Der Ausgang des Halbleiterschalters kann über einen Ausgangskontakt 42 geschaltet ist. Der andere

eine Relaiswicklung geschaltet sein, und dieser Wick- Ausgangskontakt 43 ist mit der Anschlußklemme 20

lung zugeordnete Kontakte können mit einem Ver- der Stromquelle verbunden. Eine Signallampe 44

braucherstromkreis verbunden sein. Dabei kann zwi- 50 kann über die Ausgangskontakte 42, 43 geschaltet

sehen die Relaiswicklung und dem Emitter des zwei- sein.

ten Transistors eine Halbleiterdiode geschaltet sein. Ein Merkmal dieser Schaltung ist die automatische

Ferner wird vorzugsweise über die Anschlußkontakte Vorspannung der Basis des Transistors 31 mittels des

der Relaiswicklung ein Kondensator geschaltet. »Zener«-Durchbruchs der Emitter-Kollektor-Verbin-

Im folgenden wird die Erfindung an Hand sehe- 55 dung des Transistors 31. Diese Spannung beträgt

matischer Zeichnungen an einem Ausführungsbei- etwa 6VoIt und stellt einen geeigneten Vorspan-

spiel näher erläutert. Es zeigt nungswert für den Transistor 31 dar. Der Konden-

F i g. 1 ein Schaltbild des Halbleiterschalters und sator 35 lädt sich über den Transistor 30 nur bis zur

F i g. 2 eine Kurvendarstellung, die einige der wäh- Durchbruchsspannung des Transistors 31 auf; ist

rend des Betriebs des Schaltkreises auftretenden 60 diese Spannung erreicht, so werden höhere Spannun-

Wellenf ormen zeigt. gen zur Erde abgeleitet.

Die Schaltung gemäß F i g. 1 weist eine Neon- bzw. Die Schaltung arbeitet folgendermaßen: Wenn über

Glimmlampe 10 auf, deren zwei leitende Elektroden die Leitungen 18 und 22 der Neon- bzw. Glimm-

in einem Kolben angeordnet sind, der mit Gas unter lampe 10 über die Widerstände 17, 14 und 21 Strom

vermindertem Druck gefüllt ist. Eine der Lampen- 65 zugeführt wird, entstehen Schwingungen in der

elektroden ist über einen Kondensator 11 mit einer Glimmlampe infolge der Parallelschaltung der Schalt-

Antenne 12 verbunden, die im vorliegenden Fall als elemente 16,15 und 14. Diese Anordnung stellt einen

Elektrode ausgebildet und so angeordnet sein kann, Kipposzillator dar, und die Werte des Kondensators

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und der Widerstände sind derart bemessen, daß die ten. Wie vorstehend erwähnt, bewirken die positiven Schwingungsfrequenz in einem Bereich von 2000 bis Spannungshalbwellen, daß Strom durch die Transi-4000 Hertz liegt. Wenn sich die Lampe im nichtlei- stören fließt und bauen am Kondensator 35 eine tenden Zustand befindet, lädt sich der Kondensator Spannung bis zu etwa 6 Volt auf, die dem Wert der 16 zunächst bis zur Zündspannung der Lampe auf. 5 Zener-Durchbruchsspannung entspricht.
Währenddessen lädt sich der Kondensator 11 eben- Es wird nun angenommen, daß ein Teil eines falls auf. Daraufhin wird, wenn die Lampe zündet menschlichen Körpers, beispielsweise eine Hand, mit und Strom verbraucht, die Spannung auf die Be- der Antenne 12 in Berührung gebracht wird. Dieser triebsspannung der Lampe reduziert, wobei sich der Vorgang erhöht die Kapazität des Antennensystems Kondensator 16 entlädt. Zu diesem Zeitpunkt ist die io und versetzt den Oszillator in einen solchen Zustand, an der Lampe liegende Spannung nicht groß genug, daß er die Kurvenform seiner Ausgangsspannung derum die Zündung aufrechtzuerhalten, so daß die art ändert, daß die beiden Hälften der Spannungs-Lampe erlischt und der Vorgang von neuem beginnt. welle einander entgegenwirken und im wesentlichen

Es sei darauf hingewiesen, daß diese Art Oszillator keine Spannung von der Verstärkungsstufe 24 zum auf Grund der Tatsache, daß er unabhängig davon, 15 Schaltkreis 28 weitergegeben wird. Unter diesen Beob positive oder negative Spannung an seine An- dingungen werden die Transistoren 30 und 31 nichtschlußkontakte angelegt wird, gleich gut arbeitet, nor- leitend, so daß durch den die Diode 37 und die malerweise während beider Spannungshalbwellen des Relaiswicklung 38 umfassenden Relaisstromkreis Wechselstromes funktionsfähig ist. Im vorliegenden Strom fließt, wodurch die Kontakte 41 geschlossen Fall werden sowohl die während der positiven als 20 werden und an die Ausgangskontakte 42 und 43 auch während der negativen Halbwellen erzeugten Spannung angelegt wird. Wegen der Diode 37 wird Schwingungen der Basis des Transistors 24 zugeführt, das Relais nur von negativen Impulsen betätigt, wobei wobei jedoch die positiven Halbwellen durch die der Kondensator 40 als Speichervorrichtung sowie niedrige Impedanz gegenüber Erde absorbiert wer- als Frequenz-Parallelzweig (Frequenz-Bypaß) dient den. Ein Teil der negativen höherfrequenten 25 und das Relais während der positiven Spannungs-Schwingungen wird über den Kondensator 16 der halbwellen in seinem angezogenen Zustand hält. Die Basiselektrode des Transistorverstärkers 24 züge- Kontakte 41 bleiben nur so lange geschlossen, als geführt. Ein zweiter Teil der höherfrequenten Schwin- die Kapazität der Antenne 12 geändert ist.
gungen wird am Widerstand 15 und einem Teil des Bei vielen Anwendungsfällen, wie beispielsweise Widerstands 14 erzeugt und der Emitter-Basisstrecke 30 einer Aufzugs-Signaleinrichtung, muß der Ausgangsdes Transistors 24 zugeführt. Durch geeignete Dirnen- Stromkreis eingeschaltet bleiben, bis ein vorbestimmsionierung der Schaltelemente kann bewirkt werden, tes Ergebnis erreicht ist. Es wird angenommen, daß daß sich diese beiden Spannungen kompensieren oder der Ausgangsstromkreis (nicht gezeigt) ein Halterelais aber eine der beiden Spannungen größer als die oder eine ähnliche Schaltanordnung umfaßt, so daß andere ist. 35 die Ausgangsspannung so lange eingeschaltet bleibt,

Im vorliegenden Schaltkreis kompensieren sich die bis der Haltestromkreis unterbrochen wird. Derartige

beiden Ausgangsspannungen nicht gegeneinander, Schaltungen sind seit langem bekannt und in Vorver-

und bei Normalbetrieb wird, wenn die Wechselstrom- öffentlichungen beschrieben.

quelle angelegt wird, dem Schaltkreis 28 durch den In F i g. 2 zeigt die oberste Darstellung die Wellen-Verstärker 24 eine Spannung zugeführt, und beide 40 form 50 der an den Anschlußklemmen 20 und 23 Transistoren 30 und 31 werden leitend gemacht, wo- zugeführten Speisespannung. Die zweite Darstellung durch der Eingang zur Relaiswicklung 38 kurzge- zeigt die Wellenform 51, die an der Basis des Transchlossen wird, so daß die Relaiskontakte 41 offen sistors 24 gegenüber der geerdeten Klemme 23 anbleiben und keine Spannung an den Ausgangskon- liegt. Diese Wellenform zeigt, daß unter normalen takten 42, 43 anliegt. Der Schaltkreis 28 einschließ- 45 Bedingungen keine höherfrequenten Schwingungen Hch der Transistoren 30 und 31 ähnelt den Schalt- während der positiven Spannungshalbwelle weitergestromkreisen, die in den dem Erfinder der vor- geben werden und daß der obere Teil der positiven liegenden Erfindung gehörenden USA.-Patenten Halbwelle teilweise abgeschnitten ist. Dies ist der 3 199 033, 3 200 304 und 3 200 305 gezeigt und be- Tatsache zuzuschreiben, daß durch die Kollektorschrieben sind. Wenn der Basis des Transistors 31 50 elektrode ein merklicher Strom fließt, wenn sie gegeneine Spannung zugeführt wird und diese dadurch über der Basis positiv ist, und dieser Stromfluß die leitend wird, fließt Strom vom Emitter zum Kollektor Spannung der positiven Halbwellen der 60-Hertzdes Transistors 31 und dann zur Basis des Transistors Schwingung reduziert. Außerdem sind während der 30, wodurch dieser ebenfalls leitend wird. Durch positiven Halbwellen der 60-Hertz-Schwingungen die diesen Vorgang liegt am Kollektor des Transistors 30 55 Hochfrequenzimpulse negativ gerichtet und werden negative Spannung an, die zur Basis des Transistors durch die niedrige Impedanz gegenüber Erde absor-31 zurückgeleitet wird, wodurch er während der biert. Während der negativen Halbwelle oszilliert der Dauer einer Halbwelle der 60-Hertz-Wechselspan- durch die Glimmlampe fließende Strom und erzeugt nung in leitendem Zustand gehalten wird. Wenn die eine Sägezahnschwingung 52 mit höherer Frequenz, negativen Spannungsimpulse durch die beiden Tran- 6c aber nur die positiv gerichteten Zacken dieser Schwinsistoren fließen, wird das Relais 36 durch die Über- gung liegen an der Basiselektrode des Transistors 24 brückung durch die Transistorkombination in seinem an. Die negativen Teile dieser Schwingungen werden Normalzustand und die Kontakte 41 werden in ihrer über die Emitterelektrode des Transistors 24 zur geöffneten Stellung gehalten. Erde abgeleitet.

Während der positiven Halbwellen der 60-Hertz- 65 Wenn die Antenne 12 von einem leitenden Gegen-

Wechselspannung wird durch die Diode 37 verhin- stand, z. B. einem Finger, berührt und ihre Kapazität

dert, daß Strom zur Relaiswicklung 38 fließt, so daß geändert wird, wird die Größe der Schwingungen 53

die Relaiskontakte ihre geöffnete Stellung beibehal- wegen der geänderten Antennencharakteristik redu-

ziert. Diese Reduzierung, zugeführt der Basis des Transistors 31, sperrt den die Transistoren 30 und 31 umfassenden Schaltkreis 28 und macht diesen nichtleitend. Durch diesen Vorgang wird die Überbrückung des Relaiskreises aufgehoben, das Relais betätigt und die Kontakte 41 geschlossen, wodurch den Ausgangskontakten 42 und 43 Strom zugeführt wird. Die Veränderung der Kapazität verschiebt die Oszillatorschwingungen von positiv gerichteten Impulsen zu negativ gerichteten Impulsen, und diese Impulse besitzen eine reduzierte Amplitude, so daß diese die Vorspannung der Basis des Transistors 31 nicht übersteigen.

Die dritte Kurve 54 zeigt die Spannung zwischen der Kollektorelektrode des Transistors 24 und Erde. Die Sägezahnwelle 55 mit höherer Frequenz ist verstärkt, und die Polarität der Impulse ist umgekehrt. Wenn die Antennenkapazität geändert wird, werden die negativ gerichteten Sägezahnimpulse nahezu ausgeschaltet, während die positiv gerichteten Impulse ao 56 bleiben. Diese Impulse 56 rühren von der am unteren Teil des Widerstands 14 und dem Widerstand 21 anliegenden Spannung her.

Die vierte Kurve 57 stellt die Spannung zwischen dem Emitter des Transistors 30 und Erde dar. Es ist daraus ersichtlich, daß die Schaltkombination 30, 31 während der positiven Spannungshalbwelle der Stromquelle nichtleitend ist. Während der negativen Spannungshalbwelle, wenn keine zusätzliche Kapazität vorhanden ist, machen die höherfrequenten Schwingungen, wie vorstehend erklärt, den Schalter 30, 31 leitend, und die Spannung zwischen dem Emitter des Transistors 30 und Erde wird fast auf Null reduziert. Wenn die Kapazität der Antenne 12 geändert wird und die negativ gerichteten Impulse fortfallen, bleibt die Schalterkombination 30, 31 offen, und die negativen Halbwellen sind den positiven Halbwellen ähnlich.

Die fünfte Kurve 58 zeigt die Spannung zwischen der Basis des Transistors 31 und Erde. Im allgemeinen sind die positiven Halbwellen von t_x bis t_z ähnlich den positiven Halbwellen der Spannungswelle 57. Vom Zeitpunkt t₂ an setzt die negative Spannungshalbwelle ein, und die Vorspannung der Basis des Transistors 31 beginnt infolge des Entladevorgangs des Kondensators 35 langsam abzusinken. Zum Zeitpunkt/₃ beginnt der Oszillator zu schwingen (s. Kurve 54), und die Spannung der Basis sinkt auf einen negativen Wert ab, wie der Kurventeil 60 zeigt. Wenn die Kapazität der Antenne 12 geändert und die Schaltkombination 30, 31 geöffnet ist, tritt keine Veränderung während der positiven Spannungshalbwellen ein, aber während der negativen Halbwellen ist der Transistor 31 gesperrt und die Spannung der Basis des Transistors 31 (und des Kollektors des Transistors 30) auf einen positiven Wert angehoben, und die höherfrequenten Impulse 61 erscheinen in der Schwingungskurve, da sie nicht zur Erde abgeleitet werden.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Diode 37 erforderlich ist, um die Ladung des Kondensators 40 aufrechtzuerhalten, wenn die Schalttransistoren 30, 31 vorübergehend flüchtigen Stromstößen ausgesetzt sind, die möglicherweise bewirken, daß die Schaltkombination 30, 31 zu einem Zeitpunkt, in dem die Antennkapazität nicht geändert ist, kurzzeitig leitend wird. Ferner sei darauf hingewiesen, daß die Schalttransistoren 30, 31 vertauscht werden können, wenn gleichzeitig die Richtung der Diode 37 geändert wird. Aus vorstehender Beschreibung ist ersichtlich, daß die Erfindung Schaltmittel vorsieht, um ein Relais durch Berühren eines Leiters zu betätigen. Die Erfindung kann als Signalgeber zum Rufen von Aufzügen oder ähnlichen Einrichtungen verwendet werden.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Halbleiterschalter mit zwei Transistoren mit entgegengesetzter Polarität, wobei die Basis jedes Transistors mit dem Kollektor des anderen Transistors verbunden ist und das Eingangsschaltsignal über einen Kondensator an die Basis-Emitterstrecke des ersten Transistors gelegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß, um bei Betrieb mit Wechselspannung eine im wesentlichen konstante Vorspannung an der Basis des ersten Transistors (31), dem das Eingangsschaltsignal zugeführt wird, zu erzeugen, parallel zur Basis-Emitterstrecke dieses ersten Transistors (31) ein Kondensator (35) und ein Widerstand (34) in Reihe geschaltet sind, wobei die »Zener«-Durchbruchspannung der Emitter-Kollektorstrecke des ersten Transistors (31) eine selbsttätige Begrenzung der Vorspannung bewirkt und wobei die Emitterelektroden der beiden Transistoren (30, 31) den Ausgang des Schalters darstellen.

2. Halbleiterschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sich an der Basis des ersten Transistors selbsttätig einstellende Vorspannung etwa 6 Volt beträgt.

3. Halbleiterschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang einen Kipposzillator (10 bis 16) umfaßt, dessen Ausgangsimpulse über eine Verstärkerstufe (24) der Basis des vorgespannten Transistors (31) zugeführt werden.

4. Halbleiterschalter nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß über den Ausgang eine Relaiswicklung (38) geschaltet ist und dieser Wicklung (38) zugeordnete Kontakte (41) mit einem Verbraucherstromkreis (42, 43) verbunden sind.

5. Halbleiterschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Halbleiterdiode (37) zwischen die Relaiswicklung (38) und den Emitter des zweiten Transistors (30) geschaltet ist.

6. Halbleiterschalter nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß über die Anschlußkontakte der Relaiswicklung (38) ein Kondensator (40) geschaltet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen