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Die Erfindung betrifft einen Transistorschalter mit zwei komplementären
Transistoren in einem Schaltkreis, der eine Spannungsquelle mit einem Verbraucher
verbindet und bei dem der eine Transistor zwischen der Basis und dem Emitter des
zweiten komplementären Transistors angeordnet ist.
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Transistoren werden unter anderem als Ersatz für Relaiskontakte verwendet,
da diese bewegte mechanische Bauelemente darstellen und somit einem Verschleiß unterworfen
sind. Außerdem benötigen Transistoren eine vergleichsweise geringere Steuerleistung
als Relais.
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Schalttransistoren beispielsweise vom Leitfähigkeitstyp pnp leiten
Strom, wenn die Basis gegenüber dem Emitter ein negatives Potential besitzt, und
sie sperren, wenn zwischen Basis und Emitter eine positive Spannung herrscht. Es
hat sich aber gezeigt, daß die Sperrung nicht vollständig ist. Es fließt noch ein
Kollektor-Reststrom.
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Man kann nun den Kollektor-Reststrom möglichst klein halten, wenn
man die Vorspannung der Basis erhöht. Die zusätzliche Vorspannung erfordert jedoch
eine weitere Spannungsquelle, die die Anordnung unnötig verteuert. Man kann auch
im Emitterkreis Dioden einbauen, um im Sperrzustand des Transistors durch den Spannungsabfall
an den Dioden die Vorspannung zu erhöhen. Trotz dieser Maßnahmen fließt aber durch
den Transistor ein temperaturabhängiger und für manche Anwendungsfälle zu großer
Reststrom.
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Es ist auch bereits ein Transistorschalter bekannt, der durch ein
Eingangssignal einer bestimmten Polarität durchlässig und bei einem Eingangssignal
entgegengesetzter Polarität sperrend ist. Zwischen der Basis und dem Emitter dieses
Schalttransistors liegt ein weiterer Transistor entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps,
der im Sperrzustand des Schalttransistors leitet und damit den Kollektor-Reststrom
des Schalttransistors ableitet. Hierbei liegt der Schalttransistor jedoch ständig
über einen Lastwiderstand an der vollen Betriebsspannung. Über den Lastwiderstand
und die Kollektor-Basis-Diode des Schalttransistors fließt daher noch ein Reststrom,
der von der Höhe der Betriebsspannung abhängig ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Transistorschalter
zu schaffen, bei dem der Strompfad, der eine Spannungsquelle mit einem Verbraucher
verbindet, praktisch stromlos gemacht werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Emitter-Kollektor-Strecke
des ersten Transistors über einen Kollektorwiderstand parallel zu der Spannungsquelle
angeordnet ist, daß der zweite komplementäre Transistor mit seiner Basis über einen
Basiswiderstand mit dem Emitter des ersten Transistors verbunden ist und daß die
Ansteuerung des Transistorschalters über die Basis des ersten Transistors erfolgt.
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Die Betriebsspannung für den zweiten komplementären Transistor, der
einen Verbraucher mit einer Spannungsquelle verbindet, wird hierbei über den ersten
Transistor wahlweise an- oder abgeschaltet. Leitet der erste Transistor, dann ist
der zweite Transistor gesperrt. Vorteilhaft dabei ist, daß in diesem Fall die Emitter-Kollektor-Restspannung
des leitenden ersten Transistors die Betriebsspannung für den zweiten gesperrten
Transistor ist. Durch diese sehr niedrige Restspannung (etwa 200 mV) wird der Reststrom
durch den gesperrten zweiten Transistor wesentlich herabgesetzt. In den Verbraucher
fließt daher praktisch kein nennenswerter Strom mehr. -Ein weiterer Vorteil des
erfindungsgemäßen Transistorschalters besteht darin, daß nur Steuerleistung für
den ersten Transistor benötigt wird, während der zweite Transistor von der Spannungsquelle
her über einen Basiswiderstand seine Steuerleistung erhält.
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Bei einer weiteren Ausbildung der Erfindung werden zwei Transistorschalter
derart zusammengeschaltet, daß deren erste und zweite Transistoren zueinander komplementär
sind, wobei die Emitter der ersten Transistoren sowie die Kollektoren der zweiten
Transistoren miteinander verbunden sind. Besonders vorteilhaft bei dem kombinierten
Transistorschalter mit zwei Spannungsquellen mit entgegengesetzter Polarität und
einem gemeinsamen Bezugspotential ist, daß der Verbraucher abwechselnd - durch entsprechende
Ansteuerung der Basen der ersten Transistoren - mit Strömen beider Richtungen beaufschlagt
werden kann. Eine bevorzugte Ausführung dieses kombinierten Transistorschalters
besteht darin, daß in den Kollektorleitungen der zweiten Transistoren jeweils eine
in Flußrichtung gepolte Diode liegt.
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Ein derart kombinierter Transistorschalter kann beispielsweise besonders
vorteilhaft dazu verwendet werden, einen Kondensator (Verbraucher) wechselweise
mit Spannungen entgegengesetzter Polarität zu beaufschlagen. Der Kondensator 11
bildet z. B. zusammen mit dem Kollektorwiderstand ein RC-Glied im Rückführzweig
-eines Verstärkers. Die Ladespannung des Kondensators dient dabei als Regelspannung.
Durch die Dioden wird verhindert, daß sich der Kondensator über die Kollektor-Basis-Diode
desjenigen Längstransistors wieder entlädt, der zuvor die Ladespannung an den Kondensator
geschaltet hat.
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Im folgenden soll die Erfindung an Hand des in der Figur dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert werden, aus dem sich weitere Einzelheiten sowie
auch weitere Vorteile ergeben. Dabei zeigt die Figur einen kombinierten Transistorschalter.
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Der kombinierte Transistorschalter besteht aus zwei Transistorschaltern,
die über Anschlußklemmen 5a, 6 bzw. 5b, 6 an jeweils eine - nicht
näher bezeichnete - Gleichspannungsquelle U bzw. - U
angeschlossen sind. Beide
Spannungsquellen haben einen gemeinsamen Bezugspunkt (Masse), der mit 6 verbunden
ist. In dem gezeichneten Ausführungsbeispiel ist dabei das Potential des Anschlusses
5a positiv (U) und des Anschlusses 5 b negativ (- U) gegenüber
Anschluß 6.
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Jeder Transistorschalter besteht aus einem Quertransistor, dem ersten
Transistor 1 a bzw. 1 g- sowie einem komplementären Längstransistor, dem zweiten
Transistor 2 a bzw. 2 b. Der Quertransistor 1 a bzw. 1 b ist mit seiner Emitter-Kollektor-Strecke
über jeweils einen Kollektorwiderstand 3 a bzw. 3 b parällel zur Spannungsquelle
U bzw. - U angeordnet, wobei die Emitter gemeinsam auf Massepotential6 liegen.
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Der zweite, komplementäre Transistor 2 a bzw. 2 b
liegt
jeweils in einem Längszweig der Schaltkreise 5a, 6, 7 a, 8 bzw. 5 b, 6, 7
b, 8; dabei ist sein Emitter mit dem jeweiligen Verbindungspunkt 9 a, 9 b des Kollektorwiderstands
3 a, 3 b mit dem Kollektor des ersten Transistors la bzw. 1b und seine Basis über
jeweils
einen Basiswiderstand 4a, 4b mit dem Emitter des ersten Transistors 1 a bzw.
1 b verbunden. Ein Verbraucher 11, beispielsweise ein Kondensator, wird über die
in Flußrichtung gepolten Dioden 12a und 12 b an die Kollektoren der zweiten
Transistoren 2 a und 2 b sowie an die Emitter der ersten Transistoren
- Anschlußklemmen 13, 8 - angeschlossen. Der Kondensator 11 kann beispielsweise
zusammen mit dem Kollektorwiderstand 3 a, 3 b ein RC-Glied im Rückführzweig eines
Verstärkers sein, wobei die Ladespannung von 11 dann als Regelspannung dient. Die
Ansteuerung der beiden Transistorschalter erfolgt jeweils über die Basisanschlüsse
10 a, 10 b der ersten Transistoren 1 a,
1 b.
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Der Verbindungspunkt der Dioden 12 a, 12 b ist mit 13 bezeichnet.
Der Verbraucher 11 kann damit über die Klemmen 13 und 8 an beide Transistorschalter
gleichzeitig angeschlossen werden. Dabei dienen die Dioden 12a und 12b zur Entkopplung
der beiden Schaltkreise 5a, 6, 7a, 8 und 5b, 6,
7b, B.
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Im folgenden wird die Funktionsweise des Transistorschalters erläutert,
der zwischen den Klemmen 5a, 6 und 7a, 8 liegt.
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Der Quertransistor 1a vom Leitfähigkeitstyp npn führt Strom, wenn
an seinem Basisanschluß 10a positives Potential gegenüber dem Emitter anliegt. Ist
der Transistor 1 a voll durchgesteuert, dann fällt die gesamte Betriebsspannung
U - bis auf die Kollektor-Emitter-Restspannung - an seinem Kollektorwiderstand 3
a ab. Es fließt ein Strom von Klemme 5 a über Widerstand 3 a sowie Transistor
1 a zum Massepunkt 6. Die Größe des Stromes wird im wesentlichen vom Wert des Kollektorwiderstands
3 a bestimmt. Bei Verwendung von beispielsweise Silizium-Epitaxial-Transistoren
beträgt die Restspannung nur etwa 200 mV. Diese geringe Restspannung von etwa 200
mV liegt über Basiswiderstand 4 a als negatives Potential an der Basis des komplementären
Transistors 2 a - ebenfalls ein Siliziumtransistor in pnp-Technik - an. Diese Restspannung
reicht jedoch nicht aus, den Längstransistor 2a in den leitenden Zustand zu bringen,
da bei Siliziumtransistoren dazu etwa 600 mV Steuerspannung erforderlich sind. Der
Transistor 2 a bleibt gesperrt. In den Verbraucher 11 kann kein Aufladestrom fließen.
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Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, daß bei leitendem
Quertransistor l a die den Reststrom verursachende Betriebsspannung für den Längstransistor
2 a, der über den Verbraucher 11 mit dem Emitter von Transistor l a verbunden ist,
in diesem Falle nur etwa 200 mV beträgt, nämlich gerade die Emitter-Kollektor-Restspannung
von l a. Die Folge davon ist, daß der Reststrom, der auch noch durch den gesperrten
Transistor 2a fließt, beträchtlich reduziert wird.
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Wird der Quertransistor 1 a über seinen Basisanschluß 10a gesperrt,
dann liegt die volle Betriebsspannung U über Widerstand 3 a an seiner Kollektor-Emitter-Strecke
an. Der Längstransistor 2 a erhält über seinen Basiswiderstand 4 a eine so
große Steuer-Spannung, daß er in den leitenden Zustand übergeht. In den Verbraucher
11 fließt jetzt ein Strom über Widerstand 3 a und die Kollektor-Emitter-Strecke
von 2 a.
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Der zweite Transistorschalter zwischen den Klemmen 5 b, 6 und
7 b, 8 unterscheidet sich vom ersten nur dadurch, daß dessen erste und zweite
Transistoren 1 b und 2 b jeweils komplementär zu den Transistoren 1 a und 2 a sind.
Beide Transistorschalter sind sonst völlig symmetrisch aufgebaut; die Funktionsweise
ist daher auch die gleiche.
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Die zusätzlich eingefügten Dioden 12a und 12b
verhindern, daß
über die Klemme 13 vom Verbraucher 11 (Kondensator) her ein Rückstrom (Entladestrom)
über die Kollektor-Basis-Diode der Längstransistoren 2 a bzw. 2 b
fließen kann.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
daß durch Kombination eines Quertransistors mit einem Längstransistor ein Transistorschalter
gebildet wird, mit dem trotz einfacher und sparsamer Aufbauweise ein Verbraucher
von einer Spannungsquelle nahezu stromlos abgeschaltet werden kann.