DE1297663B - Transistorschalter mit zwei komplementaeren Transistoren - Google Patents

Transistorschalter mit zwei komplementaeren Transistoren

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DE1297663B
DE1297663B DE1967L0056934 DEL0056934A DE1297663B DE 1297663 B DE1297663 B DE 1297663B DE 1967L0056934 DE1967L0056934 DE 1967L0056934 DE L0056934 A DEL0056934 A DE L0056934A DE 1297663 B DE1297663 B DE 1297663B
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Germany
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transistor
transistors
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emitter
collector
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DE1967L0056934
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English (en)
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Langweg
Junius Oswin
Dipl-Ing Ulrich
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Original Assignee
Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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    • H03K17/62Switching arrangements with several input- output-terminals, e.g. multiplexers, distributors
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Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Im folgenden wird die Funktionsweise des Transistorschalters erläutert, der zwischen den Klemmen 5a, 6 und 7a, 8 liegt.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (3)

  1. Patentansprüche: 1. 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, d a d u r c h g e -kennzeichnet, daß die Emitter-Kollektor-Strecke des ersten Transistors (1 a) über einen Kollektorwiderstand (3 a) parallel zu der Spannungsquelle(U) angeordnet ist, daß der zweite komplementäre Transistor(2a) mit seiner Basis über einen Basiswiderstand (4 a) mit dem Emitter des ersten Transistors (1 a) verbunden ist und daß die Ansteuerung des Transistorschalters über die Basis des ersten Transistors (la) erfolgt.
  2. 2. Transistorschalter, gekennzeichnet durch die Verwendung von zwei Transistorschaltern nach Anspruch 1, deren erste und zweite Transistoren (1 a, 2 a; 1 b, 2 b) zueinander komplementär sind und wobei die Emitter der ersten Transistoren (1 a, 1 b) sowie die Kollektoren der zweiten Transistoren (2 a, 2 b) miteinander verbunden sind.
  3. 3. Transistorschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an die Kollektoren der zweiten Transistoren (2 a, 2 b) jeweils eine in Flußrichtung gepolte Diode (12 a, 12 b) angeschlossen ist.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2822880A1 (de) * 1977-05-31 1978-12-14 Western Electric Co Bipolare transistor-schalteranordnung

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1036315B (de) * 1956-06-07 1958-08-14 Siemens Ag Fuer Schaltzwecke zu verwendender Verbundtransistor
DE1158562B (de) * 1962-05-22 1963-12-05 Bbc Brown Boveri & Cie Transistorschalter

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