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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung
des zweiten Durchbruchs von Transistoren bei angelegter Sperrspannung.
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Betreibt man einen Transistor mit einer stark induktiven Last, so
tritt beim Sperren des Transistors eine Induktionsspannung auf, die entweder unmittelbar
oder mittelbar über von ihr angeregte Schwingungen eine Beschädigung oder Zerstörung
des Transistors hervorrufen können. Um Transistoren hiervor zu bewahren, ist für
die Auslegung der Schaltung die Kenntnis der durch die Induktivität und den abzuschaltenden
Strom bestimmten maximalen Energie erforderlich. Da sich jedoch die einzelnen Transistoren
innerhalb des gleichen Typs unterscheiden können, empfiehlt es sich, diesen Energiebetrag
für jeden Transistor individuell zu bestimmen.
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Ein Verfahren zur Bestimmung, wann der zweite Durchbruch auftritt,
besteht darin, daß man zwischen Basis und Emitter des Transistors eine Sperrspannung
anlegt und die Kollektorspannung allmählich steigert, bis auf einem Oszillographen
das Eintreten des zweitene Durchbruchs sichtbar wird, worauf man die Kollektorspannung
abschaltet. Bei diesem Verfahren ist jedoch im allgemeinen der Transistor meist
schon zerstört, da eine solche nach einer Beobachtung durchgeführte Abschaltung
nicht schnell genug erfolgt und der Transistor innerhalb weniger Mikrosekunden nach
dem Zusammenbruch seiner Kollektorspannung bereits unbrauchbar wird. Ein weiterer
Nachteil dieses Verfahren besteht darin, daß man aus einer solchen Messung keine
unmittelbaren Angaben für die in einer induktiven Schaltung zulässigen Parameter
erhält.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens,
welches eine zerstörungsfreie Prüfung der Transistoren ermöglicht und gleichzeitig
unmittelbar auf die Anwendung von Transistoren in induktiven Schaltungen bezogene
Werte liefert.
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Außerdem soll die Bestimmung dieser Werte nicht eine besonders hohe
Aufmerksamkeit des Prüfenden zur Voraussetzung haben, sondern nach einem anfänglichen
Einschalten selbsttätig ablaufen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Prüfspannung
über eine Induktivität an die im Lastkreis des Transistors liegenden Elektroden
und eine Sperrspannung an seine im Steuerkreis liegenden Elektroden gelegt wird,
daß dieser Sperrspannung Impulse periodisch überlagert werden, welche ihr entgegengesetzt
sind und den Transistor leitend machen, daß die Prüfspannung allmählich erhöht wird
und daß Störschwingungen, welche im Steuerkreis auftreten, wenn der zweite Durchbruch
eintritt, zur Abschaltung der Prüfspannung vom Transistor ausgenutzt werden. Das
automatische Abschalten der Prüfspannung läßt sich in einer Meßanordnung unter Zuhilfenahme
der Störschwingungen als Anzeichen für den zweiten Durchbruch so schnell durchführen,
daß noch keine Beschädigung des Transistors eintritt. Das Ansteigen der Prüfspannung
läßt sich beispielsweise durch eine einfache Veränderung der Induktivität erreichen.
Hierbei kann man unmittelbar den Induktivitätswert ablesen, der für den praktischen
Anwendungsfall von größerer Bedeutung als der Wert der Spannung ist, bei welcher
der zweite Durchbruch auftritt.
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Um bei der Prüfung den Transistor möglichst wenig zu belasten, wählt
man zweckmäßigerweise das Tastverhältnis (Impulsdauer zu Impulspause) der Im-
pulse
mit 5 5e/o. Ferner sollen die Impulse eine kurze Abfallzeit haben, damit die Höhe
der induzierten Spannung nicht durch die Impulsflanke, sondern möglichts ausschließlich
durch die Schaltungsparameter bestimmt wird.
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Um zu verhindern, daß zufällig (beispielsweise während der Anstiegs-
und Abfallflanken der Sättigungsimpulse) auftretende Störschwingungen eine Auslösung
der Prüfeinrichtung zur Folge haben, kann der auf die beim zweiten Durchbruch im
Steuerkreis des Transistors auftretenden Schwingungen ansprechende Schwingungsdetektor
nur dann eingeschaltet werden, wenn die Prüfspannung einen vorbestimmten Wert erreicht
hat.
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Ferner ist es günstiger, die Prüfspannung beim Auftreten des zweiten
Durchbruchs dadurch vom Transistor abzuschalten, daß man seine im Lastkreis liegenden
Elektroden kurzschließt, als wenn man die Spannungszuführung unterbrechen würde,
da ein Kurzschluß schneller wirksam wird, so daß die Wahrscheinlichkeit einer Zerstörung
des Transistors noch niedriger wird.
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Eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete
Vorrichtung kann zweckmäßigerweise so aufgebaut sein, daß im Lastkreis des Transistors
eine Induktivität und eine Stromquelle liegen, von denen mindestens eine regelbar
ist, daß im Steuerkreis eine Sperrspannungsquelle und ein Impulsgenerator angeordnet
sind, daß mit dem Steuerkreis ferner ein Schwingungsdetektor verbunden ist, dessen
Ausgangssignal eine die im Lastkreis liegenden Elektroden des Transistors kurzschließende
Oberbrückungsschaltung auslöst und den Impulsgenerator und die Stromquelle abschaltet.
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Bei einer solchen Vorrichtung können die Skalen für die Einstellung
der Induktivität und des Stromes bereits so kalibriert sein, daß sich an ihnen unmittelbar
die Energie, bei welcher der zweite Durchbruch auftritt, ablesen läßt. Die Anordnung
kann ferner so getroffen sein, daß beim Auftreten des zweiten Durchbruchs eine Signallampe
aufleuchtet, welche den Durchbruch anzeigt.
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Man kann dafür sorgen, daß die Stromquelle nur während des Sättigungszustandes
des zu prüfenden Transistors eingeschaltet ist.
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Die Erfindung ist im folgenden an Hand der Darstellungen eines Ausführungsbeispiels
näher beschrieben. Es zeigt F i g. 1 den zeitlichen Verlauf der Kollektor-Emitter-Spannung
beim zweiten Durchbruch, Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer
zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Schaltung und Fig.
3 eine genauere Darstellung der Schaltung nach Fig. 2.
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Wenn einem in Sperrichtung vorgespannten Transistor ein Gleichstrom
aufgedrückt wird, wächst die an ihm liegende Spannung mehr oder weniger linear mit
der Zeit, wie der Abschnitt der Kurve nach F i g. 1 es darstellt, bis am Punkt b
die am Transistor entstehende Spannung nicht mehr anwächst oder sogar abfallen kann,
auch wenn der Strom noch erhöht wird. Der Punkt b wird als erster Durchbruchspunkt
des Transistors bezeichnet. Wenn man den Strom weiterhin aufrechterhält oder noch
vergrößert, gelangt man zu einem Punkt c, bei dem die Spannung am Transistor praktisch
auf Null zusammenbricht, wie durch den Punkt d angezeigt ist. Der Punkt c ist
der
sogenannte zweite Durchbruchspunkt. Danach steigt die Spannung am Transistor, und
es treten einige Perioden einer Hochfrequenzschwingung zwischen Basis und Emitter
des Transistors auf, was durch den mit e bezeichneten Teil der Kurve angedeutet
ist. Danach verläuft die Spannung am Transistor konstant (Kurvenabschnitt f). Im
Bruchteil einer Mikrosekunde nach Auftreten der Schwingungen bei e wird ein Punkt
h erreicht, bei dem viele Transistoren durch die örtlich stark konzentrierten, durch
sie hindurchfließenden Ströme zerstört werden, wie durch die gestrichelte Linie
angezeigt ist. Bei anderen Transistoren, die noch nicht zerstört sind, aber beeinträchtigt
sein können, bleibt die Spannung auf dem Niveau, bis sie abgeschaltet wird oder
der Transistor schließlich zerstört wird.
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Die hochfrequente Störschwingung tritt zwischen Basis und Emitter
des in Sperrichtung vorgespannten Transistors bei der Auslösung des zweiten Durchbruchs
auf, und zwar einen Bruchteil von einer Mikrosekunde vor der Zerstörung des Transistors.
In den F i g. 2 und 3 ist eine Schaltung gezeigt, welche die hochfrequenten Störschwingungen
beim zweiten Durchbruch erfaßt und in Abhängigkeit von ihr innerhalb so kurzer Zeit
abschaltet, daß eine Beschädigung des Transistors vermieden wird.
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In Fig. 2 ist eine einstellbare Stromquelle 10 an den Kollektor eines
zu überprüfenden Transistors 12 über eine einstellbare Induktivität 14 und eine
hiermit in Reihe liegende Zenerdiode 16 angeschlossen, während der Emitter des Transistors
12 an Erde liegt.
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An die Basis des Transistors 12 wird von einer Spannungsquelle mit
der Spannung E-, die ebenfalls veränderbar sein kann, über einen einstellbaren Widerstand
18 eine Sperrspannung geliefert. Ein Impulsgenerator20 ist über einen Regelwiderstand
22 an die Basis des Transistors 12 angeschlossen und liefert mit einem Tastverhältnis
von etwa 5 °/o Impulse in Durchlaßrichtung an die Basis des Transistors 12.
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Die Amplitude dieser Impulse kann durch Verstellen des Widerstandes22
eingestellt werden und reicht aus, um die Sperrspannung zu überwinden und den Transistor
12 in die Sättigung zu bringen. Die Impulse besitzen steile Rückflanken, damit der
Transistor 12 plötzlich gesperrt wird und seine Kollektorspannung wegen der Induktionsspannung
plötzlich ansteigt.
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Der Ausgang einer ersten Klemmschaltung 26, die einen bistabilen
Multivibrator enthalten kann, ist mit dem Impulsgenerator 20 und mit einer Anzeigevorrichtung
28 für den zweiten Durchbruch verbunden.
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Die Klemmschaltung 26 schaltet den Impulsgenerator 20 dann ein, wenn
sie sich in ihrem Rückstell-Zustand befindet. Im Einstell-Zustand liefert sie eine
Spannung an den Impulsgenerator 20, die dessen Schwingung sperrt, und eine Spannung
an die Anzeigevorrichtung 28, die etwa eine Lichtquelle sein kann und dann anzeigt,
daß die Skalen der Stromquelle 10 und der Induktivität 14 abzulesen sind. Ein Prüf-
und Rückstellschalter 24 bewirkt in seiner Prüfstellung eine Rückstellung der ersten
Klemmschaltung 26.
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Die an der Basis des zu überprüfenden Transistors 12 beim zweiten
Durchbruch auftretenden Störschwingungen gelangen über eine Leitung 30 an einen
Schwingungsdetektor 32. Da eine Störung an der Basis des Transistors 12 auch auftreten
kann, wenn der Transistor durch den Impulsgenerator 20 ein- und
ausgeschaltet wird,
ist der Schwingungsdetektor 32 normalerweise abgeschaltet, so daß er nicht eher
auf eine über die Leitung 30 kommende hochfrequente Störschwingung anspricht, bis
beim Prüfvorgang die Kollektor-Emitter-Spannung des Transistors 12 ansteigt. Dadurch
wird eine Fehlanzeige eines zweiten Durchbruchs vermieden. Der Schwingungsdetektor
32 wird erst durch eine hohe Kollektorspannung eingeschaltet.
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Wenn der Transistor 12 beim Prüfvorgang durch die Impulse des Prüfgenerators
20 gesättigt ist, ist seine Impedanz niedrig, so daß auch die Spannung am Punkt
36, der die Verbindungsstelle der Zenerdiode 16 und der Induktivität 14 darstellt,
niedrig ist.
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Die Spannung am Punkt 36 steigt aber durch die in der Induktivität
14 induzierte Spannung an, wenn der Transistor 12 gesperrt wird. Diese Spannung
gelangt über einen Strombegrenzungswiderstand 34 an den Schwingungsdetektor 32 und
schaltet ihn zu einem Zeitpunkt ein, z. B. zur Zeit T, nach Fig. 1, der kurz nach
dem Sperren des Transistors liegt. Durch eine eingebaute Verzögerung bleibt der
Schwingungsdetektor 32 bis nach erfolgtem zweitem Durchbruch eingeschaltet, etwa
bis zur Zeit T2 nach F i g. 1, wenn auch die Spannung am Punkt 36 inzwischen auf
Null fällt. Wenn an der Basis des Transistors 12, während die Spannung an der Verbindungsstelle
36 hoch ist, eine Störung auftritt, dann liefert der Schwingungsdetektor 32 einen
Impuls an den monostabilen Multivibrator 38, der seinerseits einen Impuls an eine
zweite Klemmschaltung 40 abgibt. Die zweite Klemmschaltung 40 liegt zwischen dem
Punkt 36 und Erde.
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Ferner liegt eine Diode 42 in Sperrichtung über einen Widerstand 44
zwischen dem Punkt 36 und der Spannungsquelle E+ und verbindet den Punkt 36 mit
der zweiten Klemmschaltung 40. Sie entkoppelt die Induktivität 14 von Kapazitäten
der zweiten Klemmschaltung 40, welche sonst mit der Induktivität 14 einen Resonanzkreis
bilden könnten. Die in der Induktivität 14 gespeicherte und beim Sperren des Transistors
am Punkt 36 erscheinende Energie wird vollständig zum Transistor 12 geführt.
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Die zweite Klemmschaltung 40 kann ein Kurzschlußelement besitzen,
welches den Kollektor und Emitter des Transistors 12 überbrückt, nachdem der zweite
Durchbruch erfolgt ist, bevor der Transistor 12 zerstört oder beschädigt ist. Da
jedoch die zweite Klemmschaltung 40 im Kurzschlußfall und die Diode 42, wenn sie
leitet, auch noch einen gewissen Widerstand besitzen, ist die Zenerdiode 16 vorgesehen,
die diese Spannungsabfälle aufnimmt.
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Wenn die zweite Klemmschaltung 40 leitend ist, gelangt über eine
Leitung 46 ein Impuls an die erste Klemmschaltung26 und bringt sie in den Einstellzustand.
Dabei liefert sie ein Signal an die Anzeigevorrichtung 28 und an den Impulsgenerator
20, der daraufhin keine Impulse mehr an die Basis des Transistors 12 abgibt. Gleichzeitig
wird über eine Leitung 48 eine Spannung an die StromquellelO geliefert, welche dann
abgeschaltet wird.
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Für die Prüfung stellt man den Schalter 24 in die Prüfstellung, so
daß die erste Klemmschaltung 26 rückgestellt wird. Der Schalter wird bis zur Beendigung
des Prüfvorganges in dieser Stellung belassen.
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Unterdessen wird von Hand der Strom der Stromquelle 10 und/oder die
Induktivität 14 vergrößert, bis die Anzeigevorrichtung anspricht. Nun wird der Schalter
24 wieder freigegeben, und man kann die
Skalen der StromquellelO
und der Induktivitätl4 abgelesen.
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Die Ablesung läßt diejenige Energie erkennen, bei der der zweite
Durchbruch auftritt. Die Skalen können in Ruhe abgelesen werden, da ihre Anzeigen
unverändert bleiben, bis sie auf einen Mindestwert für die nächste Prüfung zurückgestellt
werden. Der Transistor wird durch den Kurzschluß seiner im Lastkreis liegenden Elektroden
vor einer Beschädigung bewahrt. Da der Schwingungsdetektor 32 nur dann, wenn eine
Sperrspannung am Transistor 12 anliegt, eingeschaltet ist, sind Fehlanzeigen durch
Störungen im Basis-Emitter-Kreis vermieden, die bei Anliegen einer Durchl aß spannung
am Transistor auftreten können. Ferner ist dafür gesorgt, daß nach erfolgtem zweitem
Durchbruch der Impulsgenerator 20 keine Impulse an den Transistor 12 liefert und
daß die variable Stromquelle 10 abgeschaltet ist, so daß keine weiteren Prüfspannungen
mehr an den Transistor 12 gelangen.
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Um hohe Gleichstromverluste entweder beim Prüfgerät oder beim zu
überprüfenden Transistor zu vermeiden, falls ein schadhafter oder kurzgeschlossener
Transistor 12 als Prüfling vorliegt, wird die Stromquelle 10 nur dann eingeschaltet,
wenn der Transistor 12 sich im Sättigungszustand befindet. Dies wird dadurch erreicht,
daß jedesmal dann, wenn am zu überprüfenden Transistor 12 eine Durchlaßvorspannung
anliegt, vom Impulsgenerator 20 über die Leitung 48 ein Einschaltsignal an die Stromquelle
10 geliefert wird. Da das Tastverhältnis beim Impulsgenerator 20 nur 5 O/o beträgt,
ist die Erwärmung auch dann gering, wenn ein Transistor mit einem Kurzschluß geprüft
wird.
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Ein genaueres Schaltbild des Prüfgerätes ist als Ausführungsbeispiel
in F i g. 3 gezeigt.
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Die Stromquelle 10 enthält einen Transistor Q 19, dessen Kollektor
mit der SpannungsquelleE+ und dessen Emitter über einen Widerstand 50 mit einer
Klemme 89 der Induktivitätl4 verbunden ist. Bei allen Transistoren handelt es sich,
sofern nicht andere Angaben gemacht werden, um NPN-Transistoren.
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Ein weiterer Widerstand 52 kann durch einen Schalter 54 parallel zum
Widerstand 50 geschaltet werden.
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Die Basis des Transistors Q 19 ist über einen Kondensator56, einen
parallel hierzu liegenden Widerstand 58 und ferner über die Reihenschaltung aus
einem Widerstand 60, einer Diode 62 und einem weiteren Widerstand 64, die parallel
zum Widerstand 58 und zum Kondensator 56 liegt, an dieSpannungsquelleE+ angeschlossen.
Die Basis des Transistors Q19 ist ebenfalls über einen Widerstand 66 an den Kollektor
eines Transistors Q 20 angeschlossen, dessen Emitter mit Erde verbunden ist. Die
Basis des Transistors Q 20 ist über einen Widerstand 68 mit Erde über einen Widerstand
70 und eine Zenerdiode 72 an die Klemme 89 der Induktivität 14 angeschlossen. Eine
zweite Zenerdiode 74 liegt parallel zur Reihenschaltung aus der Zenerdiode 72 und
den Widerständen 68 und 70. Der Kollektor eines weiteren Transistors Q 18 ist über
den Widerstand 58 an die Spannungsquelle E+ angeschlossen. Die Basis des Transistors
Q 18 ist über einen Widerstand 76 mit dem Emitter des Transistors Q 19 verbunden,
und der Emitter des Transistors Q 18 ist über einen Widerstand 78 an die Klemme
89 der Induktivität 14 angeschlossen. Der Kollektor eines weiteren Transistors Q
17 ist unmittelbar an die Spannungsquelle E+ angeschlossen, und der Emitter
des Transistors
Q17 ist über den Widerstand 78 mit der Klemme 89 der Induktivität 14 verbunden.
Ein Widerstand 80 und ein Potentiometer 82 liegen in Reihe zwischen der Spannungsquelle
E+ und der Klemme 89 der Induktivität 14, wobei eine Zenerdiode 84 parallel zum
Potentiometer 82 geschaltet ist.
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Die Basis des Transistors Q 17 ist mit dem Schleifer des Potentiometers
82 verbunden. Der Emitter eines Transistors Q 16 ist geerdet, und sein Kollektor
ist über den Widerstand 64 mit der SpannungsquelleE+ und über eine Diode 86 mit
der Klemme 89 der Induktivität 14 verbunden. Die Basis des Transitors Q 16 liegt
über einen Widerstand 88 an der Spannungsquelle E+ und ist ferner durch eine Leitung
48 mit dem Impulsgenerator 20 verbunden.
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Die Stromquelle 10 hält den zur Induktivität 14 fließenden Strom
konstant, sein Wert wird durch die Stellung des Schleiferarmes am Potentiometer
82 bestimmt. Der Spannungsabfall am Potentiometer 82 wird durch die Zenerdiode 84
konstant gehalten. Der durch den Transistor Q 17 fließende Strom wird durch die
an seine Basis angelegte, vom Potentiometer 82 abgegriffene Spannung bestimmt. Wenn
der Schalter 54 offen ist, fließt der Strom über die Kollektor-Emitter-Strecke des
Transistors Q 19 und den in Reihe hiermit liegenden Widerstand 50 in die Induktivität
14. Der dabei am Widerstand 50 entstehende Spannungsabfall liegt zwischen Basis
und Emitter des Transistors Q 18. Wenn der Spannungsabfall am Widerstand 50 größer
als der am Widerstand 78 ist, wird der Transistor Q 18 leitend und steuert den Transistor
Q 19 zu, so daß der Strom durch die Induktivität 14 begrenzt wird. Wenn der Spannungsabfall
am Widerstand 50 geringer als der am Widerstand 78 ist, wird die Leitfähigkeit des
Transistors Q 18 verringert und die Leitfähigkeit des Transistors Q 19 erhöht, so
daß der zur Induktivität 14 fließende Strom vergrößert wird. Somit bestimmt die
Schleiferstellung am Potentiometer 82 den Strom in der Induktivität 14. Durch Schließen
des Schalters 54 wird der Widerstand 52 parallel zum Widerstand 50 geschaltet, und
der Strom in derInduktivitätl4 wird bei den verschiedenen Einstellungen des Schleifers
am Potentiometers 82 mit einem Faktor multipliziert, der von der Größe der Widerstände
50 und 52 abhängt.
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Der Transistor Q 20 und die mit seiner Basis verbundenen Elemente
68, 70 und 72 verhindern, daß die Spannung an der Klemme 89 zu hoch wird. Wenn sie
einen bestimmten Maximalwert (z. B. 20 Volt) erreicht, ist der Transistor Q 20 gesättigt
und liefert eine Sperrspannung an die Basis des Transistors Q 19 über den Trennwiderstand
66, so daß der Strom durch den Transistor Q19 unterbrochen und somit die Spannung
am Punkt 89 verringert wird. Die Zenerdiode 74 begrenzt jegliche Abklingspannungen
am Punkt 89, die durch die Spule 14 hergerufen werden können und größer als das
gewünschte Maximum sind. Die Elemente 68, 70 und 72 arbeiten langsamer, um die Zenerdiode
74 gegenüber Strömen längerer Dauer zu schützen, die am Punkt 89 auftreten können.
Ähnliches gilt für den Transistor Q 16. Nachdem an seiner Basis eine positive Spannung
vom Impulsgenerator 20 über die Leitung 48 angelegt ist, arbeitet der Transistor
Q 16 als ein Kurzschluß und erdet die Basis des Transistors Q19 über die in Reihe
geschalteten Elemente 60 und 62. Dadurch wird der Transistor Q 19 gesperrt, und
die Induktivität 14 erhält keinen Strom mehr.
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Der Schwingungsdetektor 32 enthält zwei Transistoren Q 15 und Q 14,
wobei der Emitter des Transistors Q 15 mit dem Kollektor des Transistors Q 14, der
Kollektor des Transistors Q 15 mit einer positiven Sammelleitung 90 und der Emitter
des Transistors Q 14 über die Parallelschaltung aus einem Widerstand 92 und einem
Kondensator 94 mit Erde verbunden ist. Ein Filterkondensator 96 kann zwischen die
Leitung 90 und Erde geschaltet sein. Die Basis des Transistors Q 15 ist über einen
Widerstand 98 mit Erde über die Reihenschaltung aus der Zenerdiode 100, der Diode
102 und dem Widerstand 34 mit dem Verbindungspunkt 36 verbunden. Die Basis des Transistors
Q 14 ist über eine Spule 106 an den Verbindungspunkt von zwei Widerständen 108 und
110 angeschlossen, welche in Reihe zwischen der Leitung 90 und Erde liegen. Die
Basis des Transistors Q14 ist ferner über einen Kondensator 112 und die Leitung
30 um die Basis des zu überprüfenden Transistors 12 angeschlossen. Ein Kondensatorll4
liegt zwischen dem Emitter des Transistors Q14 und der Verbindungsstelle der Widerstände
108 und 110.
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Über den Strombegrenzungswiderstand 34, die Diode 102 und die Zenerdiode
100 wird an die Basis des Transistors Q 15 ein Strom geeigneter Polarität und Größe
geliefert, der ihn dann in den leitenden Zustand bringt, wenn die Spannung am Punkt
36, während die induzierte Spannung am Kollektor des Transistors 12 liegt, auf einen
vorbestimmten Wert ansteigt, z. B. auf den der Zeit T1 in Fig. 1 entsprechenden
Wert. Durch die Zeitkonstante des Widerstandes 98 und die Eigenkapazität des Transistors
Q 15 wird der Transistor Q 15 noch für eine Zeitspanne leitend gehalten, nachdem
die Spannung am Transistor 12 auf den tiefen Spannungswert d (F i g. 1) nach dem
zweiten Durchbruch c gefallen ist, wodurch der Schwingungsdetektor 32 lange genug
eingeschaltet bleibt, um die Spannung vom Transistor 12 abzuschalten. Diese Zeitspanne
kann sich von der Zeit T1 bis zur Zeit T2 nach F i g. 1 erstrekken. Folglich wird
der Transistor Q15 nur dann leitend, wenn eine hohe Spannung am Kollektor des Transistors
12 erscheint, und der Schwingungsdetektor 32 wird nur dann eingeschaltet, wenn eine
Prüfspannung am Transistor 12 liegt. Eine zu anderen Zeiten an der Basis des Transistors
12 auftretende Störung kann nicht den Schwingungsdetektor 32 zu einer Fehlanzeige
auslösen.
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Wenn Störungsschwingungen, die eine Dauer von etwa 1/io Mikrosekunde
besitzen, an der Basis des Transistors 12 erscheinen, gelangt die Wechselstromkomponente
der Störung über die Leitung 30 und den Kondensator 112 an die Basis des Transistors
Q 14.
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Wenn der Transistor Q 15 im leitenden Zustand ist, erscheinen die
positiven Halbschwingungen der Störung in verstärkter Form am Emitter des Transistors
Q 14. Die Spannung am Emitter des Transistors Q 14 wird durch den Kondensator 94
gefiltert und an die Basis des Transistors Q 14 über den Kondensator 114 und die
Spule 106 zurückgeführt. Alle weiteren Störschwingungen werden der bereits am Widerstand
92 bestehenden Spannung hinzuaddiert. Wenn am Widerstand 92 eine Spannung erscheint,
wird vom Emitter des Transistors Q 14 ein Impuls an den monostabilen Multivibrator
38 über eine Diode 116 geliefert, der bewirkt, daß der monostabile Multivibrator
38 eine weitere Integration der zugeführten Störschwingungen ausführt. Die Diode
116 verhindert, daß der Multi-
vibrator 38 während der Störschwingungen in seinen
stabilen Zustand zurückkehrt.
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Der monostabile Multivibrator 38 enthält zwei Transistoren Q 13 und
Q 12, von denen im stabilen Zustand der Transistor Q 12 nichtleitend und der Transistor
Q 13 leitend ist. Durch einen an die Basis des Transistors Q 12 gelieferten positiven
Impuls wird dieser leitend. Die Haltezeit hängt von der Größe des mit dem Kollektor
des Transistors Q 13 verbundenen Kondensators 118 ab. Eine zwischen Basis und Kollektor
des Transistors Q 13 geschaltete Diode 120 verhindert, daß der Transistor Q 13 in
seinen Sättigungszustand geht, wodurch der Multivibrator 38 rascher auf einen vom
Schwingungsdetektor 32 zugeführten Störungsimpuls ansprechen kann.
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Vom Kollektor des Transistors Q 12 des monostabilen Multivibrators
38 wird ein Impuls an die zweite Klemmschaltung 40 geliefert, welche über die Diode
42 einen Kurzschluß zwischen dem Punkt 36 und Erde herstellt. Ein Transistor Q 11,
der einen Teil der zweiten Klemmschaltung 40 bildet, ist als Verstärker und Phasenumkehrstufe
für den vom Multivibrator 38 gelieferten Impuls geschaltet. Ein Transistor Q 10,
welcher das Ausgangssignal des Transistors Q11 erhält, arbeitet als Stromverstärker
für den vom Transistor Q 11 gelieferten Impuls. Der Kollektor eines Transistors
Q 8 ist über einen einpoligen Umschalter 122 und über die Diode 42 mit dem Punkt
36 verbunden. Der Emitter des Transistors Q8 ist an Erde angeschlossen, und seine
Basis ist über einen zweiten einpoligen Umschalterl24, der mit dem Schalter 122
gekuppelt ist, an den Emitter des Transistors Q 10 angeschlossen. Wenn also vom
monostabilen Multivibrator 38 ein Impuls an die zweite Klemmschaltung 40 geliefert
wird und die gekuppelten Schalter 122 und 124 sich in der in F i g. 3 gezeigten
Stellung befinden, wird der Transistor Q 8 gesättigt und auf volle Leitfähigkeit
gebracht, um einen Kurzschluß zwischen dem Punkt 36 und der Erde herzustellen, so
daß die hohe Prüfspannung vom Transistor 12 abgeleitet wird. Da die an den Transistor
12 angelegte Spannung schneller durch einen Kurzschluß als durch eine Unterbrechung
des Prüfstromkreises abgeschaltet werden kann, wird der Transistor 12 nicht beschädigt.
Eine zwischen Kollektor und Emitter des Transistors 12 geschaltete Zenerdiode 121
schützt den Transistor Q 8 gegen größere Spannungen als die eigene Durchbruchspannung,
falls solche Spannungen am zu prüfenden Transistor 12 auftreten.
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Wenn es sich beim Transistor 12 um einen speziellen Hochspannungstransistor
handelt, kann sich am Punkt 36 eine höhere Spannung aufbauen als die Durchbruchsspannung
des Kurzschlußtransistors Q 8.
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Aus diesem Grunde ist ein gesteuerter Hochspannungs-Siliziumgleichrichter
Q 7 zum Kurzschließen eines solchen Hochspannungstransistors 12 vorgesehen. Die
Kathode des Gleichrichters Q7 ist mit der Erde, die Anode über den Schalter 122
(in dessen anderer Schaltstellung) und über die in Reihe liegende Diode 42 mit dem
Punkt 36 und die Steuerelektrode über einen Differenzierkreis 126 und über den Schalter
124 (in dessen anderer Schaltstellung) an den Emitter des Transistors Q10 angeschlossen.
Wenn sich also die Schalter 122 und 124 in ihren anderen Schaltstellungen befinden,
ist der Gleichrichter Q 7 leitend und bildet den Kurzschluß für einen Hochspannungs-Transistor
12. Wenn auch der Gleichrich-909 583/48
ter Q 7 eine längere Zeit
als der Transistor Q 8 benötigt, um nach Anlegen einer Spannung an seine Steuerelektrode
leitend zu werden, so werden zu überprüfende Hochspannungs-Transistoren 12 andererseits
nicht so schnell nach dem zweiten Durchbruch zerstört wie Niederspannungs-Transistoren,
so daß auch sie schnell genug abgeschaltet werden, ehe eine Beschädigung eintritt.
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Der gesteuerte Siliziumgleichrichter Q 7 bleibt so lange leitend,
bis die Spannung zwischen seiner Anode und Kathode entfernt wird. Um sicherzustellen,
daß er rechtzeitig für den nächsten Prüfvorgang in den Sperrzustand gebracht wird,
ist ein Relais 128 vorgesehen, dessen Kontakte parallel zur Anode und Kathode des
Gleichrichters Q 7 liegen und dessen Erregerspule zwischen der Sammelleitung 90
und dem Kollektor des Transistors Q 9 liegt. Wegen der langsamen Arbeitsweise und
der langsamen Freigabe des Relais 128 wird der Gleichrichter Q 7 durch den Transistor
Q10 in Leitzustand gebracht und während einer Zeitspanne leitend gehalten, die zum
Schutz des zu überprüfenden Transistors 12 ausreicht; er kann trotzdem zur Vorbereitung
des nächsten Prüfvorganges in Sperrzustand gebracht werden, indem das Relais 128
geschlossen wird und somit seine Anode und Kathode nach dem zweiten Durchbruch des
zu prüfenden Transistors 12 kurzgeschlossen werden.
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Die erste Klemmschaltung 26 kann ein üblicher bistabiler Multivibrator
sein und ist deshalb nur als Block dargestellt. Sie liefert im Einstell-Zustand
ein positives Potential und in ihrem Rückstellzustand ein negatives Potential. Wenn
am Kollektor des Transistors Q11 der zweiten Klemmschaltung 40 ein Impuls erscheint,
wird dieser über die Leitung 46 zu dem Einstelleingang des bistabilen Multivibrators
geliefert, damit dieser eine positive Spannung an die Basis des Transistors Q 1
liefert. Der Transistor Q1 wird leitend, und der zwischen den Kollektor des Transistors
Q 1 und die Sammelleitung 90 geschaltete, beispielsweise als Lampe ausgebildete
Anzeiger 28 zeigt an, daß der zu prüfende Transistor 12 kurzgeschlossen und der
Prüfvorgang beendet ist und daß die Skala am Potentiometer 82 der einstellbaren
Stromquelle 10 oder die Skala an der Induktivität 14 oder beide Skalen abgelesen
werden müssen. Gewünschtenfalls kann die Lampe 28 diese Skalen beleuchten. Die an
der Basis des Transistors Q 1 auftretende Spannung wird über die Leitung 129 an
den Impulsgenerator 20 geliefert. Wenn diese Spannung hoch oder positiv ist, kann
der Impulsgenerator 20 keine Impulse an die Basis des Transistors 12 liefern.
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Zur Vorbereitung des Prüfgerätes nach F i g. 3 für einen Prüfvorgang
wird der Prüfschalter 24 aus seiner gezeigten Stellung nach links geschaltet, um
den Rückstelleingang des bistabilen Multivibrators der ersten Klemmschaltung mit
der Erde zu verbinden.
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Hierdurch liefert der bistabile Multivibrator eine niedrige oder negative
Spannung an die Basis des Transistors Q 1, wodurch dieser gesperrt und die Lampe
28 abgeschaltet wird. Diese niedrige Spannung wird ferner an den Impulsgenerator
20 geliefert, damit dieser Impulse von einem astabilen Multivibrator an die Basis
des Transistors 12 gelangen läßt.
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Der Impulsgenerator 20 enthält einen üblichen astabilen Multivibrator
130, der vorzugsweise etwa zehn Impulse je Sekunde mit einem Tastverhältnis
von etwa
5 O/o erzeugt. Wenn sich der Prüfschalter 24 in der in F i g. 3 gezeigten Stellung
befindet, wenn also ein Element des astabilen Multivibrators 130 mit der Erde verbunden
ist, kann der astabile Multivibrator 130 nicht schwingen. Wenn der Schalter 24 nach
links geschaltet ist, kann er dagegen frei schwingen.
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Das Ausgangssignal des astabilen Multivibrators 130 wird auf die Basis
eines Transistors Q4 geführt. Der Transistor Q 4 und ein Transistor Q5 sind als
Schmitt-Trigger geschaltet und liefern einen steilen Impuls an einen PNP-Transistor
Q 6, um diesen plötzlich zu sperren. Infolge des Tastverhältnisses des instabilen
Multivibratorsl30 ist der Transistor Q 5 während 95 0/o der Prüfzeit gesperrt. Der
Transistor Q 6 wird normalerweise durch die über eine Zenerdiode 132 an seinen Emitter
gelieferte Sperrspannung in nichtleitendem Zustand gehalten, aber er wird leitend,
wenn der Transistor Q 5 leitend ist. Bei leitendem Transistor Q 6 fließt der Strom
von der positiven Sammelleitung 90 über die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors
Q 6 und über den Widerstand 22 zur Basis des Transistors 12, wobei die Sperrspannung
überwunden wird, die von der Spannungsquelle E- an die Basis des zu prüfenden Transistors
12 geliefert wird, so daß der Transistor 12 nunmehr gesättigt wird. Das bedeutet,
daß die Transistoren Q 5, Q 6 und 12 alle gleichzeitig leitend oder nichtleitend
sind. Der Transistor 12 wird durch die von der Spannungsquelle E- an seine Basis
gelieferte Spannung plötzlich gesperrt, wenn der Transistor Q 6 in Sperrzustand
gebracht wird, so daß eine hohe Prüfspannung in der Spule 14 induziert wird, die
dann zwischen Kollektor und Emitter des Transistors 12 erscheint.
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Immer wenn sich die erste Klemmschaltung 26 in ihrem Einstellzustand
befindet, wird eine positive Spannung über die Leitung 129 zur Basis eines Transistors
Q3 geliefert, der einen Teil des Impulsgenerators 20 bildet, wobei der Transistor
Q 3 leitend wird. Der Emitter des Transistors Q3 ist mit Erde und der Kollektor
mit dem Kollektor des Transistors Q 4 verbunden, wodurch er, wenn er leitet, die
zwischen Kollektor und Emitter des Transistors Q 4 liegende Spannung kurzschließt,
so daß der Transistor Q 4 nicht auf die ihm zugeführten Impulse ansprechen kann.
Wenn sich also die erste Klemmschaltung 26 in ihrem Einstellzustand befindet, schwingt
der astabile Multivibrator 130, wenn sich der Prüf-und Rückstellschalter 24 in seiner
Prüfstellung befindet; der die Transistoren Q 4 und Q 5 enthaltende Schmitt-Trigger
ist jedoch abgeschaltet, die Transistoren Q 5 und Q 6 sind im Sperrzustand, und
der Transistor 12 ist im nichtleitenden Zustand.
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Der Kollektor des Transistors Q 3 ist ebenfalls mit der Basis eines
Transistors Q 2 über eine Diode und einem hiermit in Reihe geschalteten Widerstand
verbunden, während der Emitter des Transistors Q 2 mit der Erde und der Kollektor
von Q2 über die Leitung 48 mit der Basis des Transistors Q 16 und über den Belastungswiderstand
88 mit der Spannungsquelle Et verbunden ist. Wenn daher der Transistor Q3 in den
leitenden Zustand gebracht wird, wird der Transistor Q2 nichtleitend und der Transistor
Q 16 gesättigt, welcher zwischen der Basis des Transistors Q19 und Erde über den
Widerstand 60, die Diode 62 und die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors Q
16 einen Kurzschluß herstellt, wodurch die Stromquelle 10 abgeschaltet und der Strom
durch die
Induktivität 14 und damit zum Transistor t2 gesperrt ist.
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Die Wirkungsweise der Schaltungen nach den F i g. 2 und 3 ist gleich.
Im folgenden wird diese jedoch ausführlicher an Hand F i g. 3 beschrieben.
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Zur Prüfung eines Transistors 12 auf den zweiten Durchbruch wird
seiner Basis die Sperrspannung von der Spannungsquelle E - über den Widerstand 18
zugeführt. Danach wird der Prüfschalter 24 von seiner rechten, in Fig. 3 gezeigten
Stellung in die linke Stellung gebracht, wobei gleichzeitig die erste Klemm--schaltung
26 rückgestellt wird, d. h., diese liefert eine negative Vorspannung an den Transistor
Q 1, so daß die Anzeigevorrichtung 28 abgeschaltet ist, und die erste Klemmschaltung
26 liefert eine negative Vorspannung an den Transistor Q 3 und sperrt ihn damit.
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Die Umschaltung des Schalters 24 nach links entfernt ebenfalls ein
Abschaltpotential vom astabilen Multivibrator 130, wodurch kurze positive Impulse
mit steil abfallenden Rückflanken über die Transistoren Q4, Q5 und Q6 an die Basis
des Transistors 12 gelangen. Wenn der Transistor 12 leitet und die Stromquelle 10
durch den Impulsgenerator 20 eingeschaltet ist, bildet sich im Transistor allmählich
ein Strom bis zu einer Grenze aus, die durch die Einstellung des Potentiometers
82 und des Schalters 54 bestimmt ist.
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Da der vom Impulsgenerator 20 an die Basis des Transistors 12 gelieferte
Sättigungsimpuls steil abfällt, wird der Transistor 12 schnell durch die Spannungsquelle
E- gesperrt.
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Da der Transistor 12 jetzt hochohmig wird und der Strom in der Induktivität
nicht sofort abnehmen kann, steigt die Kollektorspannung des Transistors 12 rasch
an. Die Induktivität 14 sucht einen konstanten Strom aufrechtzuerhalten, der während
einer Zeitspanne abklingt, die von der in ihr gespeicherten Energie und der Durchbruchsspannung
des Transistors 12 abhängt. Der Wert dieser Energie ist bekannt, falls der Strom
und die Induktivität bekannt sind. Wenn die an den Transistor 12 gelieferte Spannung
nicht ausreicht, um den zweiten Durchbruch hervorzurufen, dann verläuft die Spannung
am Transistor 12 von Null aufwärts längs der Kurve nach F i g. 1, verschwindet aber,
bevor sie den Punkt c erreicht. Die an den Transistor 12 gelieferte Energie kann
durch Einstellen des Schleifers am Potentiometer 82 oder durch Vergrößern der Induktivität
14 oder durch beide Maßnahmen vergrößert werden, bis der zweite Durchbruch erfolgt.
Der Schwingungsdetektor 32 wird durch die am Punkt 36 auftretende Induktionsspannung
eingeschaltet, nachdem diese anzusteigen begonnen hat, also etwa zur Zeit T1 nach
Fig. 1.
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Der Schalter 24 wird in seiner linken Stellung gehalten, und die
Spannung am Transistor 12 steigt an, bis eine hochfrequente Störschwingung an der
Basis des Transistors 12 erscheint, die einen erfolgten zweiten Durchbruch anzeigt.
Die hochfrequente Störschwingung wird über die Leitung 30 zum Schwingungsdetektor
32 geführt, und daraufhin bewirkt der Transistor Q 8 einen Kurzschluß über dem Transistor
12. Gleichzeitig wird über die Leitung 46 eine Spannung geliefert, die die erste
Klemmschaltung 26 einstellt, so daß diese eine positive Spannung an die Basis des
Transistors Q 1 liefert, der die Anzeigevorrichtung 28 einschaltet, so daß die Stellung
des Schleifers am Potentiometer 82 und die Skala an der Induktivität 14 abgelesen
werden können. Am Tran-
sistor Q 3 erscheint eine positive Spannung, die verhindert,
daß weitere positive Impulse an die Basis des Transistors 12 gelangen, und der Transistor
Q 19 wird gesperrt, damit kein weiterer Strom zum Transistor 12 fließen kann; damit
ist der Transistor 12 gegen Anlegen einer weiteren hohen Prüfspannung geschützt.
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Durch Schließen des Schalters 54 können höhere Prüfströme und damit
höhere Prüfenergien an den zu überprüfenden Transistor 12 geliefert werden. Wenn
die Durchbruchsspannung des Transistors 12 größer als die des Transistors Q 8 ist,
kann durch Umschalten der gekuppelten Schalter 122 und 124 der gesteuerte Siliziumgleichrichter
Q 7 als Kurzschlußelement an die Stelle des Transistors Q 8 treten. Die Diode 134
ist zwischen den Punkt 36 und Erde geschaltet, um eine negativ gerichtete Spannung
kurzzuschließen, die an den Transistor 12 infolge möglicher Abkling- oder Resonanzschwingungen
der Induktivität 14 gelangen könnte.
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Vorstehend wurde nur die übliche Emittergrundschaltung eines zu prüfenden
Transistors beschrieben.
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Da jedoch die hochfrequente Störschwingung an der Steuerelektrode
beim zweiten Durchbruch bei jeder Schaltung des zu überprüfenden Transistors auftritt,
kann die beschriebene Prüfvorrichtung auch für andere Schaltungsarten verwendet
werden. Durch Umkehr der verwendeten Transistortypen und durch Umkehr der Polaritäten
der verschiedenen Spannungsquellen lassen sich negative Prüfspannungen an einen
zu prüfenden PNP-Transistor 12 statt an den gezeigten NPN-Transistor legen.