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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Schutz
von Transistoren gegen überlastung, deren Arbeitspunkt durch gesonderte, jeweils
über ein Vergleichsspannungsglied gesteuerte stabilisierte positive und negative
Vorspannungsquellen eingestellt ist, mit einem als Schaltelement wirkenden Transistor.
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Fällt bei einer derart aufgebauten Transistorschaltung, wie sie beispielsweise
bei Kippschaltungen mit pnp-Transistoren üblich ist, beispielsweise am Basisspannungsteiler
die positive Vorspannung ab oder infolge eines Kurzschlusses ganz aus, so steigt
die negative Vorspannung an der Basis des Transistors und damit auch dessen Kollektorstrom
an. Es kann auf diese Weise die zulässige Verlustleistung des Transistors überschritten
werden und so der Transistor überlastet oder sogar zerstört werden.
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Man hat daher bereits schon versucht, bei einer derartigen Schaltung
mit einem pnp-Transistor über eine Relaisanordnung beim Absinken oder Ausfall der
positiven Vorspannung auch die negative Vorspannung abzuschalten. Diese bekannten
Schaltungen unter Verwendung von Relais sind jedoch relativ träge und entsprechen
auch nicht den in modernen elektronischen Schaltungen angestrebten Forderungen nach
möglichst vollständiger elektronischer Lösung aller Funktionen.
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Es sind an sich schon einfache überstrom-Sicherungsschaltungen für
beliebige Verbraucher bekannt, bei denen in Reihe mit dem Verbraucher ein Schutztransistor
geschaltet ist, der wie ein mechanischer Relaisschalter geöffnet wird, wenn der
Strom in Verbrauchern einen vorbestimmten Maximalwert überschreitet. Würde man dieses
bekannte Schutzprinzip auf eine Transistorschaltung der eingangs erwähnten Art übertragen,
so müßte der als Schalter wirkende Schutztransistor in die Leitung zwischen dem
zu schützenden Transistor und das eine Netzgerät gelegt und in Abhängigkeit von
der Spannung des zweiten Netzgerätes gesteuert werden. Hierdurch würde aber ein
unnötiger Spannungsabfall am Schutztransistor auftreten, der bei stabilisierten
Spannungsquellen von erheblichem Nachteil sein kann, denn die am Verbraucher anliegende
Spannung würde ja um diesen Spannungsabfall jeweils niedriger sein. -Ein solcher
in Reihe zum Verbraucher liegender Schutztransistor müßte außerdem den gesamten
Strom des Verbrauchers aufnehmen, der beispielsweise bei mehreren parallelgeschalteten
Transistoren ebenfalls relativ hohe Werte annehmen kann. Das eine Netzgerät müßte
auch durch zusätzliche Schaltungsmaßnahmen so dimensioniert werden, daß beim Öffnen
des in Reihe liegenden Überstromschutztransistors die dann an diesem Netzgerät auftretende
Leerlaufspannung nicht unzulässig hohe Werte annimmt.
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Um diese Nachteile zu vermeiden, wird erfindungsgemäß ausgehend von
einer Schaltungsanordnung der eingangs erwähnten Art vorgeschlagen, daß die Basis
des Schutztransistors über Vorwiderstände an den negativen bzw. positiven Pol der
Vorspannungsquellen und die Kollektor-Emitter-Strecke parallel zum Vergleichsspannungsglied
der negativen oder positiven Vorspannungsquelle geschaltet ist, derart, daß beim
Leitendwerden des Schutztransistors infolge eines Absinkens oder Ausfalls der positiven
oder negativen Vorspannung das Vergleichsspannungsglied der negativen oder positiven
Vorspannungsquelle überbrückt und damit die entsprechende Vorspannung auf einen
vernachlässigbaren Restspannungswert verringert wird.
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Eine erfindungsgemäße Schutzschaltung vermeidet die obenerwähnten
Nachteile und gewährleistet mit einem sehr einfachen und billigen Aufbau unter Vermeidung
teurer Leistungstransistoren die elektronische und damit praktisch trägheitslose
sichere Abschaltung der nach Abfall der einen Vorspannung jeweils noch verbleibenden
anderen Vorspannung.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand einer schematischen Zeichnung
an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
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Bei der in der Figur gezeigten erfindungsgemäßen Schutzschaltung sind
zwei stabilisierte Netzgeräte vorgesehen, deren Stabilisierungsteile 1 und 2 schematisch
angedeutet sind. Jedes Stabilisierungsteil besitzt in an sich bekannter Weise ein
Vergleichsspannungsglied 3 bzw. 4, beispielsweise in Form einer oder
mehrerer Zenerdioden. Die Spannung an diesen Vergleichsspannungsgliedern bestimmt
die an den Ausgängen 5 und 6 der Netzteile 1 und 2 jeweils abgegebenen negativen
bzw. positiven Ausgangsspannung - U und -I- U. Mit Hilfe dieser stabilisierten negativen
und positiven Vorspannungen - U und -f- U wird der Arbeitspunkt eines nachgeschalteten
pnp-Transistors T über einen Basisspannungsteiler mit den Widerständen R1 und R2
in bekannter Weise eingestellt.
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Bei derartigen Transistorschaltungen hat sich nun herausgestellt,
daß beispielsweise beim Absinken der positiven Vorspannung -I- U am Transistor T
eine Arbeitspunktverschiebung auftritt, die ein Ansteigen des Kollektorstromes im
Arbeitswiderstand R3 zur Folge hat. Dieses Ansteigen des Kollektorstromes kann im
ungünstigsten Fall beim Überschreiten der maximal zulässigen Verlustleistung des
Transistors T zu dessen Zerstörung führen. Diese Gefahr besteht vor allem dann,
wenn in der Zuleitung für die positive Vorspannung ein Kurzschluß auftritt und auf
diese Weise beispielsweise die Sicherung Sie des Netzteils 2 ausgelöst
wird und damit die positive Vorspannung -I- U vollständig abgeschaltet wird.
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Um dies zu verhindern, ist erfindungsgemäß ein Schutztransistor TS,
in dem gezeigten Ausführungsbeispiel ein pnp-Transistor, vorgesehen. Die Kollektor-Emitter-Strecke
dieses Schutztransistors TS liegt parallel zu dem Vergleichsspannungsglied 3 der
Vorspannungsquelle 1. Der Arbeitspunkt des Transistors Ts wird über einen Spannungsteiler
mit den Widerständen R4 und R, eingestellt. Der Widerstand R4 ist dabei an die negative
Vorspannung der Vorspannungsquelle 1 angeschaltet, in dem gezeigten Ausführungsbeispiel
an den Eingang 7 des Stabilisierungsteils dieser negativen Vorspannungsquelle 1.
Der Widerstand R5 ist mit dem Ausgang 6 der positiven Vorspannungsquelle 2 verbunden.
Für den Grenzfall des völligen Zusammenbrechens der positiven Vorspannung -f- U
erhält die Basis des Schutztransistors TS über den Widerstand R4 eine stark negative
Vorspannung. Der Schutztransistor Ts wird leitend und überbrückt mit seiner Kollektor-Emitter-Strecke
das Vergleichsspannungsglied 3 der negativen Vorspannungsquelle 1. Die Vergleichsspannung
an dem Vergleichsspannungsglied 3 wird daher gleich dem Erdpotential zuzüglich Kollektor-Emitter-Restspannung
von TS, und die Ausgangsspannung - U wird auf einen dieser verbleibenden Vergleichsspannung
entsprechenden Wert reduziert. Praktisch wird
der Arbeitspunkt des
Transistors TS über die Widerstände R4 und R5 so eingestellt, daß das Vergleichsspannungsglied
3 überbrückt wird bevor der Transistor T seine maximal zulässige Verlustleistung
erreicht. Bei durchgesteuertem Transistor TS beträgt der über die Widerstände R6
und R7 des Stabilisierungsteils der negativen Vorspannungsquelle 1 und die Kollektor-Emitter-Strecke
des Transistors TS fließende Querstrom Jo
wobei U1 die am Eingang 7 anliegende Eingangsspannung, RD der Durchlaßwiderstand
der Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors TS ist und die beiden Widerstände
RB und R7 etwa 200 52 betragen, d. h. RD gegenüber R6 -f- R7 vernachlässigbar klein
ist. J, muß demnach kleiner oder darf höchstens gleich dem maximalen Grenzwert des
zulässigen Kollektorstromes des Transistors TS sein.
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Bei der erfindungsgemäßen Schutzschaltung tritt beim Leitendwerden
des Schutztransistors praktisch ein Abschalten der entsprechenden Vorspannung ein,
da die verbleibende Restspannung einen praktisch vernachlässigbaren Wert in der
Größenordnung von Millivolt annimmt, der bestimmt wird durch die Art des verwendeten
Transistors.
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In ähnlicher Weise kann mit einer derartigen erfindungsgemäßen Transistorschutzschaltung
auch ein npn-Transistor geschützt werden. Es muß dann lediglich die Schaltung so
getroffen sein, daß beim Ausfall der negativen Vorspannung die positive Vorspannung
abgeschaltet wird. Für den Schutztransistor TS ist in diesem Fall dann ebenfalls
ein npn-Transistor erforderlich, dessen Basis im Fall eines Absinkens der negativen
Vorspannung unter einen definierten Grenzwert mit Hilfe einer positiven Vorspannung
angesteuert wird.