DE1562251B2 - Transistorschaltung - Google Patents

Description

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rung leitendes Medium thermisch durch einen elek- Wendung des Heizwiderstandes ist bei geschickter

irisch steuerbaren, eine Temperaturänderungseinrich- Dimensionierung der ganzen Schaltungsanordnung

tung darstellenden Heizwiderstand gesteuert ist, wird normalerweise unbedenklich, wenn auch die Be-

diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ihre Realisie- triebstemperatur eines Transistors bekanntlich nicht

rung mit wenigstens einem einen Kunststoffblock mit 5 zu hoch sein darf.

Metallkappe darstellenden Bauelement gelöst, in dem Wenn eine Schaltungsanordnung mit zwei Tran-

der den elektrischen Schaltzustand der Schaltung be- sistoren aufgebaut werden soll, die wechselweise

stimmende Transistor und die Temperaturänderungs- einen bestimmten Schaltzustand einnehmen soll, wie

einrichtung eingebettet sind, und bei dem der Kunst- das beispielsweise bei Multivibratoren der Fall ist,

stoffblock das verbindende Medium und der Tran- io kommt es in der Regel bei Verwendung der erfin-

sistor zugleich das thermisch steuerbare Element ist. dungsgemäßen Bauelemente weniger auf den Tempe-

Durch die deutsche Auslegeschrift 1156111 ist raturunterschied des einen oder des anderen Tran-

bereits ein Transistorverstärker mit zwei zu einer sistors gegenüber seiner Umgebung an, sondern auf

Baueinheit konstruktiv zusammengefaßten Stufen be- die Differenz in der Betriebstemperatur der beiden

kannt, die galvanisch in der Weise miteinander ge- 15 Transistoren.

koppelt sind, daß eine Zunahme des statischen Aus- Die erfindungsgemäße Anordnung kann in einer

gangsstromes der ersten Stufe eine Verminderung des Vielzahl von Schaltungsanordnungen, insbesondere

statischen Ausgangsstromes der zweiten Stufe zur der Regel- und Steuertechnik, angewandt werden.

Folge hat. Zur thermischen Stabilisierung sind hier- So kann beispielsweise ein monostabiler Multivibrator

bei die einzelnen Stufen über wärmeleitende Brücken 20 zur Erzeugung von Impulsen großer Dauer aus einer

thermisch gekoppelt, wodurch eine Überlastung und erfindungsgemäßen Anordnung und einem zweiten

unzulässige Erwärmung vermieden wird. Transistor aufgebaut werden; zweckmäßigerweise

Zwar werden bei dieser bekannten Schaltung die wird dabei die Temperaturänderungseinrichtung der Eigenschaften der Transistoren im Sinne einer Steue- erfindungsgemäßen Anordnung als Kollektorwiderrung beeinflußt, doch unterscheidet sie sich vom Er- 25 stand des zweiten Transistors geschaltet,
findungsgegenstand wesentlich in mehrfacher Hin- Ein solcher monostabiler Multivibrator mit einer sieht. Weder enthält die Schaltung eine einen Zwei- erfindungsgemäßen Anordnung mit einem Heizwiderpol darstellende Temperaturänderungseinrichtung, stand kann als Multivibrator zur Erzeugung von noch sind die wärmeleitenden Brücken aus Kunst- langperiodischen Schwingungen ausgebaut werden, stoff und für eine Wärmeübertragung mit großer Zeit- 30 wenn der zweite Transistor ebenfalls Bestandteil Verzögerung ausgelegt. Im Gegensatz zum .Erfin- einer erfindungsgemäßen Anordnung mit einem Heizdungsgegenstand kommt es hier vielmehr auf eine widerstand als Kollektorwiderstand des ersten Tranmöglichst schnelle Wärmeleitung an. sistors geschaltet ist.

Durch die deutsche Auslegeschrift 1038 954 ist Ein spezielles Problem gerade auch der Regel-und

weiterhin eine Schaltungsanordnung zur Temperatur- 35 Steuertechnik ist die Verstärkung von Gleichströmen,

und/oder Strahlungsanzeige beschrieben, die aus Schon die schwachen Temperaturabhängigkeiten der

einem Transistoroszillator besteht, dessen Amplitude in Röhrenverstärkern verwendeten Bauelemente füh-

von der Temperatur des Transistors unmittelbar ab- ren über längere Betriebsdauer zu Wanderungen in

hängt, die wiederum durch die Umgebungstempe- der Null-Lage der Ausgangsspannung, der sogenann-

ratur bedingt ist. Dieser Oszillator enthält keine Tem- 40 ten »Drift«. Bei Transistorverstärkern treten solche

peraturänderungseinrichtung und kein wärmeleitendes Drifterscheinungen natürlich in wesentlich erhöhtem

Medium, so daß auch keine verzögerte Temperatur- Maße auf, so daß es bisher noch nicht möglich war,

Übertragung von dieser zu einem Transistor im Sinne einen über nennenswerte Zeitspannen konstanten

der Erfindung innerhalb eines Bauelements statt- Gleichstromverstärker mit Transistoren aufzubauen,

findet. 45 Eine gewisse Herabsetzung der Temperaturabhängig-

Auch die durch die deutsche Auslegeschrift keit brachte zwar die Verwendung eines Differenz-

1096 419 bekannte Transistorkippschaltung mit Verstärkers aus zwei Transistoren als Eingangsstufe

einem Widerstand, der durch atmosphärische Größen — oder auch als weitere Stufe —, eine Konstanz über

in seinem Widerstandswert verändert ist und ohne längere Betriebszeiten konnte aber auch damit nicht

Zeitverzögerung jeweils einen der beiden stabilen 5° erreicht werden. Ein praktisch driftfreier Verstärker

Zustände der Kippschaltung erzwingt, bietet keine dieser Art kann aus Transistoren aufgebaut werden,

unmittelbare Vergleichsmöglichkeit mit der vorlie- wenn die beiden Transistoren der Eingangsstufe Be-

genden Erfindung. Diese Kippschaltung enthält näm- standteile einer erfindungsgemäßen Anordnung sind

lieh keine elektrisch steuerbare Temperaturände- und die Temperaturänderungseinrichtungen durch

rungseinrichtung, deren Wärme über einen Kunst- 55 einen getrennten Verstärker, der zu Zeiten, in denen

stoffblock auf den Transistor einwirkt. der Ausgang der Schaltungsanordnung gleich Null

Aus der deutschen Patentschrift 873 717 ist sein muß, in Betrieb gesetzt wird, dann mit Strom

schließlich noch eine Schaltungsanordnung zur ver- auf einem bestimmten Wege versorgt werden, wenn

zögerten Auslösung eines Schaltvorganges unter Ver- und solange der Ausgang eine Spannung mit einem

Wendung eines Relais und eines Heißleiters bekannt. 60 bestimmten Vorzeichen führt.

Diese Schaltung enthält weder einen Transistor noch Eine Pegelregelung nur während gewisser Zeiten

eine elektrisch steuerbare Temperaturänderungsein- durchzuführen, ist an sich bekannt. So ist in der

richtung, noch ein Wärme mit großer Zeitverzöge- deutschen Patentschrift 1 015 858 ein Nachrichten-

rung leitendes Medium, die zu einem Bauelement zu- übertragungssystem mit Kompander beschrieben, des-

sammengefaßt sind, und berührt somit die Erfindung 65 sen Expander durch einen Pilotton gesteuert wird,

nicht. der in den Modulationspausen für die Pegelregelung

Die Temperaturänderungseinrichtung kann im ein- verwendet wird,

f achsten Fall ein ohmscher Widerstand sein. Die Ver- Wenn der vorstehend beschriebene Verstärker im-

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mer nur kurzzeitig betrieben wird, so daß eine even- Transistor 7 sind so in die Bohrung 2 bzw. die Austuell auftretende Drift klein bleibt und in kurzen sparung 4 eingepaßt, daß sie sich selbst halten.
Zeitabständen nachgeregelt werden kann, arbeitet ein Fließt bei einer solchen Anordnung ein Strom solcher Operationsverstärker einwandfrei. Werden durch den Widerstand 6, so erwärmt sich dieser und die Betriebszeiten jedoch größer, wie es beispiels- 5 teilt seine Erwärmung über den Kunststoffblock 1 weise bei Verwendung solcher Verstärker als Be- dem Transistor 7 mit. Auf diesen wirkt die Erwärstandteile einer Integrierschaltung möglich ist, so mung wie ein elektrisches Signal an der Basis im wird in weiterer Ausbildung der Erfindung empfoh- Sinne einer Erhöhung des Kollektorstroms,
len, in die bzw. jede Differenzverstärkerstufe aus In F i g. 3 ist eine Verzögerungsschaltung mit einer zwei Transistoren einen bezüglich des Arbeitspunktes io Anordnung nach F i g. 1 und 2 dargestellt. Ein Transtabilisierend wirkenden Mitkopplungszweig dadurch sistor 3 Π ist in üblicher Weise mit einem Kollekeinzubauen, daß die Basis und der Emitter des einen torwiderstand 3R 2 und einem Emitterwiderstand Transistors durch einen Widerstand miteinander ver- 3R3 zwischen Betriebsspannung UB und OVoIt gebunden sind; die Ausgangsspannung ist dann vom schaltet. Die Basis des Transistors 3 Π muß in nicht Kollektor des anderen, mitkopplungsfreien Transi- 15 näher dargestellter Weise auf einen bestimmten Arstors abzunehmen, dessen Kollektorstrom dadurch beitspunkt vorgespannt werden, beispielsweise durch stabilisiert wird. Anschluß an einen Abgriff eines zwischen UB und

Wie erwähnt, kann ein Operationsverstärker auch 0 Volt liegenden Spannungsteilers. Die Basis kann

als Bestandteil einer Integrierschaltung arbeiten, in aber auch als Eingang für Steuersignale verwendet

diesem Falle ist ein vor seinen Eingang geschalteter 20 werden, die den Ausgang 3 A unverzögert beeinfius-

Widerstand durch einen Integrierkondensator mit sen sollen.

dem Ausgang verbunden. Parallel zu dem Integrier- Im Bereich des Transistors 3 Tl ist ein Heizwiderkondensator liegt dann aber der Verstärkereingangs- stand 3Rl angeordnet, zweckmäßigerweise gemäß widerstand, durch den ein Fehlerstrom fließt. Da- F i g. 1 und 2 mit diesem gemeinsam in einen Kunstdurch wird die das Integrierergebnis darstellende 25 stoffblock eingebettet, wie durch den beide Symbole Ausgangsspannung des Verstärkers um einen be- umschließenden Kreis angedeutet. Ein Anschluß des stimmten Betrag vermindert. Die Verminderung der Widerstandes 3 R1 liegt an 0 Volt, der andere dient Ausgangsspannung kann dadurch beseitigt werden, als Eingang für ein elektrisches Signal, auf Grund daß der parallel zum Integrierkondensator liegende dessen nach einer bestimmten Zeit am Ausgang 3 A Widerstand des Verstärkereingangs unendlich groß 30 ein Signal auftreten soll.

gemacht wird, indem beispielsweise der als Eingangs- Eine Verbesserung der einfachen Verzögerungsstufe eingesetzte Differenzverstärker derart abgeän- schaltung nach Fig. 3 ist in Fig. 4 dargestellt. Diese dert wird, daß ein anderer Eingang des Verstärkers, besteht aus einer Anordnung mit einem Transistor der gegenphasig zu dem mit dem Widerstand verbun- 4Γ1 und einem Heizwiderstand 4Rl und einem denen liegt, mit dem Abgriff eines Spannungsteilers 35 weiteren Transistor 4 Γ 2, der mit dem Transistor verbunden ist, der zwischen dem mit dem Ausgang 4Tl nach Art Art eines Differenzverstärkers zusamdes Verstärkers verbundenen Anschluß des Konden- mengeschaltet ist. Die Emitter beider Transistoren sators und 0 Volt liegt. liegen über einem gemeinsamen Emitterwiderstand

Die Erfindung soll an Hand der Zeichnung noch 4i?3 an OVoIt und über getrennte Kollektorwidernäher erläutert werden. Es zeigt 40 stände 4 R 2 und 4i?4 an der Betriebsspannung UB.

Fig. 1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Die Basis des Transistors4Γ2 ist über einen Span-Anordnung, nungsteiler4R5 und 4R6 auf festes Potential ge-

Fig. 2 eine Ansicht der Anordnung nach Fig. 1 legt. Die Schaltung der Basis des Transistors 4Π ist

von unten, wie in F i g. 3 offengelassen, sie kann ebenfalls auf

F i g. 3 eine mit einer erfindungsgemäßen Anord- 45 festem Potential liegen, kann aber auch als Eingang

nung aufgebaute Verzögerungsschaltung, für Steuersignale oder zur Einstellung eines Schwell-

F i g. 4 eine verbesserte Ausführung der Schaltung wertes verwendet werden,

nach Fig. 3, Der Heizwiderstand 4Rl ist wie im Fall der

F i g. 5 eine mit zwei erfindungsgemäßen Anord- F i g. 3 mit einem Anschluß an 0 Volt angeschlossen,

nungen aufgebaute Multvibratorschaltung, 50 der andere Anschluß dient als Eingang für das

F i g. 6 eine verbesserte Ausführungsform der MuI- Steuersignal,

tivibratorschaltung nach F i g. 5, Die betriebsmäßige Verbesserung der Schaltungs-

F i g. 7 eine Abwandlung der Multivibratorschal- anordnung nach F i g. 4 gegenüber der nach F i g. 3

tung nach F i g. 5 zur Bildung einer monostabilen liegt darin, daß die verbesserte Anordnung wegen der

Multivibratorschaltung, 55 starken Gegenkopplung über den gemeinsamen

F i g. 8 eine Operationsverstärkerschaltung, Emitterwiderstand unabhängiger ist von Schwankun-

F i g. 9 eine mit einer Schaltungsanordnung nach gen in der Umgebungstemperatur. Durch geeignete

F i g. 8 aufgebaute Integrierschaltuag. Bemessung der Bauelemente der Schaltungsanord-

Eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen nung nach F i g. 4 läßt sich auch erreichen, daß sich

Anordnung ist in Fig. 1 und 2 dargestellt. Sie be- 60 die Spannung am Ausgang4A annähernd sprunghaft

steht aus einem Kunststoffblock 1 mit einer Längs- ändert.

bohrung 2 und einem in diese mündenden, parallel F i g. 5 zeigt die Schaltung eines Multivibrators,

zu ihr laufenden Schlitz 3 sowie einer Aussparung 4, Dieser besteht aus zwei Transistoren 5Π und 5T2

einer metallischen Kappe5, einem ohmschen Wider- mit jeweils zugehörigen Heizwiderständen5Rl und

stand 6, der in der Bohrung 2 liegt, und einem Tran- 65 5i?2, die, wie durch die Schaltsymbole umschlies-

sistor 7, der in der Aussparung 4 angeordnet ist. Die sende Kreise angedeutet, gemäß F i g. 1 in einem ge-

Stromzuleitungen für den Widerstand 6 ragen aus meinsamen Kunststoffblock eingebettet sind. Der im

dem Schlitz 3 heraus; der Widerstände und der Bereich des Transistors 5 Tl angeordnete Widerstand

SRI ist als Kollektorwiderstand des anderen Transistors 5 T 2 geschaltet, umgekehrt ist der im Bereich des zweiten Transistors 5Γ2 angeordnete Heizwiderstand 5 R 2 als Kollektorwiderstand des ersten Transistors 5 Tl geschaltet.

Wenn in einem bestimmten Schaltzustand des Multivibrators der Transistor STl leitet, ist der Transistor 5 T 2 annähernd gesperrt, weil über den Koppelwiderstand 5R3 vom Kollektor des Transistors 5 Tl Sperrspannung an die Basis des Transistors 5T2 gegeben wird. Gleichzeitig fließt der Kollektorstrom des Transistors 5 Tl durch den Heizwiderstand 5 R 2 im Bereich des zweiten Transistors ST2 und erwärmt diesen, bis die Erwärmung des Transistors 5 Γ 2 ausreicht, den Einfluß der sperrenden Basisspannung zu überwinden und den Transistor 5 Γ 2 leitend zu machen. In dem Moment wird über den Koppelwiderstand 5 R 4 Sperrspannung an die Basis des Transistors 5 Π gegeben, so daß dieser annähernd sperrt. Damit hört im wesentlichen Stromfluß durch den Widerstand 5 R 2 und damit eine Erwärmung des Transistors 5 Γ 2 auf, dafür beginnt der Stromfluß durch den Widerstand5Rl und damit eine Erwärmung des Transistors 5 Tl. Die mit Bezug auf den Transistor 5 T 2 beschriebenen Vorgänge wiederholen sich jetzt, während sich der Transistor 5 T2 wieder abkühlt.

Die Dauer der so gesteuerten Schwingungen richtet sich nach der Wärmekapazität der beiden Anordnungen aus dem Transistor 5Tl und dem Widerstand SRI bzw. dem Transistor 5T2 und dem Widerstand 5R2 und der Wärmeableitung der beiden Anordnungen an die Umgebung. Nach einem anfänglichen Warmlaufen der Schaltung tritt ein Zustand ein, in dem beide Transistoren im Mittel eine bestimmte Temperatur einnehmen, die über der Umgebungstemperatur liegt, beispielsweise 10° über der Chassistemperatur. Selbstverständlich pendeln die Betriebstemperaturen beider Transistoren in dem beschriebenen Rhythmus um diese mittlere Temperatur.

Eine Weiterentwicklung der Schaltung nach Fig. 5 ist in Fig. 6 dargestellt. Dieser Multivibrator kann als normaler Multivibrator aus zwei Transistoren 6Tl und 6Γ2 angesprochen werden, bei dem die sonst üblichen i?C-Glieder durch zwei erfindungsgemäße Anordnungen aus einem Transistor 6T3 bzw. 6T4^!und je einem Widerstand 6Rl bzw. 6R2 ersetzt, sind.

Die Heizwiderstände 6R1 und 6R2 sind jeweils als Kollektorwiderstand der MultivibratortransistorenöTl bzw. 6T2 geschaltet, werden also je nach Schaltzustand des Multivibrators abwechselnd aufgeheizt. Die Steuerung des Multivibrators erfolgt durch die Kollektorspannung der Transistoren 6 T 3 bzw. 6.T4 über Koppelwiderstände 6R3 bzw. 6R4 in Verbindung mit den Multivibrator-Koppelwiderständen6Ä5 bzw. 6R 6.

Der Transistor 6Tl leitet, wenn der Transistor 6T4 mehr Strom zieht als Transistor 6 T3, so daß die Basis des Transistors 6T2 über 6R4 und 6RS mit Sperrspannung beaufschlagt wird. Der Kollektorstrom des Transistors 6Tl fließt durch den Heizwiderstand 62? 1 für de. η Transistor 6 T 3, so daß dieser allmählich erwärmt wird; gleichzeitig kann sich der Transistor 6 Γ 4, der in der vorhergehenden Schaltphase erwärmt war, abkühlen. Nach einer durch die Wärmeleitfähigkeit, Wärmekapazität, die Heizleistung und Wärmeableitung der ganzen Anordnung gut reproduzierbar festgelegten Zeit ist der Transistor 6T3 weit genug erwärmt, um über den Widerstand 6R3 Sperrspannung an die Basis des Transistors 6Tl zu geben, während etwa gleichzeitig der Transistor 6T4 so weit abgekühlt ist, daß praktisch keine Sperrspannung mehr an der Basis des Transistors 6T2 steht. Der Multivibrator kippt dann in bekannter Weise in den anderen Schaltzustand, in dem der Transistor 6T2 leitet und der Transistor 6Tl gesperrt ist. An den Transistoren 6 T2 und 6T4 spielen sich dann die gleichen Vorgänge ab wie eben in Verbindung mit den Transistoren 6Tl und 6Γ3 beschrieben und umgekehrt, bis die Schaltung wieder in den zuerst beschriebenen Zustand zurückkehrt.

Durch Vereinfachung der Schaltung nach Fig. 5 kann auch ein monostabiler Multivibrator aufgebaut werden, wie in Fig. 7 dargestellt. Ein solcher besteht aus einer erfindungsgemäßen Anordnung mit einem Transistor 8Tl und einem Heizwiderstand 8Rl und einem zweiten Transistor 8 T 2, als dessen Kollektorwiderstand der Heizwiderstand8Rl geschaltet ist. Im Normalbetrieb leitet der Transistor 8Tl. Kommt ein Sperrimpuls an die Basis des Transistors 8Tl, so sperrt dieser und macht Transistor 8 T 2 über den Koppelwiderstand 8 R 2 leitend. Über Koppelwiderstand 8R 3 wird dann Transistor 8Tl gesperrt, so daß dauernd Kollektorstrom durch den Heizwiderstand 8Ä1 fließt. Transistor 8Tl wird dadurch erwärmt, bis die Erwärmung ausreicht, die Sperrspannung an der Basis zu kompensieren, so daß Transistor 8 Tl wieder leitend wird und über Koppelwiderstand 8 T 2 Sperrspannung an die Basis von Transistor 8 T 2 gibt. Transistor 8 T 2 wird dann wieder gesperrt und Transistor 8Tl leitet, so daß der ursprüngliche Schaltzustand wieder hergestellt ist. Die zwischen dem Leitendwerden des Transistors 8T2 und dem Zurückkippen der Schaltung in den ursprünglichen Zustand verstrichene Zeit hängt wieder von der Heizleistung am Widerstand8Rl, dem Wärmeübergangswiderstand zwischen dem. Heizwiderstand 8.Rl und dem Transistor 8Tl, der Wärmekapazität der Anordnung und der vorgesehenen Kühlung ab.

Der Vollständigkeit halber soll darauf hingewiesen werden, daß auch die Schaltung nach Fig. 6 als monostabiler Multivibrator arbeiten kann; es muß dann ein Heizwiderstand 6i?l oder 6i?2 durch einen einfachen Kollektorwiderstand 6Rl' bzw. 6R2' ersetzt werden, wie in unterbrochenen Linien angedeutet, so daß dieser Schaltzustand stabil wird.

In Fig. 8 ist ein Gleichstromverstärker, ein sogenannter Operationsverstärker, aus drei Differenzverstärkerstufen mit je zwei Transistoren 9Tl und 9T2, 9T3 und 9T4 bzw. 9T5 und 9T6 und einem als Emitterfolger geschalteten Ausgangstransistor 9T7 dargestellt, Temperaturänderungen wirken auf beide Transistoren eines Differenzverstärkers im wesentlichen gleichmäßig, so daß sich die Temperatureinflüsse am Ausgang im wesentlichen aufheben. Die verbleibenden temperaturbedingten Schwankungen der Transistorarbeitspunkte eines Differenzverstärkers werden hauptsächlich von der durch Gegenkopplung am gemeinsamen Emitterwiderstand stark verminderten Temperaturbahängigkeit der beiden Transistoren, ferner durch geringe Temperaturunterschiede und Exemplarstreuungen dieser Transistoren verursacht. Wegen der großen Verstärkung eines Operationsverstärkers bewirken selbst kleinste. Arbeitspunktschwan-

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kungen in der Eingangsstufe große Änderungen der Ausgangsspannung. Beim Bau hochwertiger Operationsverstärker muß deshalb die verbleibende Drift durch Einsatz weiterer Stabilisierungsmaßnahmen noch stark reduziert werden.

Ein Operationsverstärker in repetierenden Analogie-Rechenanlagen ist nur während der kurzzeitigen periodischen Rechenvorgänge im Betrieb. In den Pausen wird der Verstärkereingang auf 0 Volt gelegt. Bei driftfreier Verstärkung muß sich dann die Ausgangsspannung ebenfalls auf OVoIt einstellen. In diesen Rechenpausen ist es also möglich, durch Überprüfung der Ausgangsspannung festzustellen, ob ein Wandern des Arbeitspunktes (Drift) eingetreten ist. An den Ausgang Ί A ist deshalb ein weiterer Differenzverstärker aus zwei Transistoren 9Γ8 und9T9 angeschlossen, und am Kollektor der beiden Transistoren dieses Verstärkers ist jeweils ein Heizwiderstand angeschlossen, der im Bereich der Transistoren 9Tl und 9 T2 am Eingang des Operationsverstärkers angeordnet ist.

Während der Rechenzeiten des Operationsverstärkers ist der Schalter9Sl in der dargestellten Stellung, so daß an der Basis beider Transistoren 9 Γ 8 und 9Γ9 des Nachgleich-Differenzverstärkers OVoIt liegen. Durch beide Widerstände9Rl und 9R2 darf dann kein Strom fließen, wie ohne weiteres verständlich ist. In den Rechenpausen wird der Schalter 951 umgelegt, so daß am Eingang des Operationsverstärkers mit Sicherheit 0 Volt liegen und die Basis des Transistors 9 T 9 über den Widerstand 9 R 3 auf Potential des Ausgangs 7 A gebracht werden kann. Unterscheidet sich dieses von 0 Volt, so nimmt je nach Polarität der Spannungsabweichung am Ausgang 7A der Kollektorstrom eines Transistors und dadurch der Spannungsabfall am zugehörigen Kollektorwiderstand des Nachstimm-Differenzverstärkers zu. Sobald der Spannungsabfall an einem Kollektorwiderstand die Sperrspannung der an die Heizwiderstände 9Rl bzw. 9Rl angeschlossenen Zenerdioden 9Zl bzw. 9Zl übersteigt, fließt durch den zugehörigen Heizwiderstand 9Rl bzw. 9Rl Strom. Durch geeignete Dimensionierung kann erreicht werden, daß erst dann ein Stromfluß durch die Widerstände 9.Rl bzw. 9Rl und damit eine Erwärmung des zugehörigen Transistors erfolgt, wenn die auf den Verstärkereingang bezogene Drift einen bestimmten Betrag überschreitet, beispielsweise größer wird als 1 Mikrovolt. Durch eine solche »Totstrecke« kann mit Sicherheit vermieden werden, daß ein Überregeln einer Abweichung eintritt. Die Gefahr einer Überregelung ist aber auch deshalb bereits gering, weil die Heizleistung, mit der je nach Vorzeichen der Drift einer der Transistoren 9Tl bzw. 9Tl erwärmt wird, vom Quadrat der Abweichung der Ausgangsspannung an 7A abhängt, so daß der angestrebte Nullpunkt mit sehr flacher Kurve angesteuert wird. Wegen der großen Zeitkonstanten der Anordnung bleibt dieser in den Rechenpausen vollzogene Nullpunktabgleich während der Rechenoperation relativ lang erhalten. Die zum Verstärkerabgleich notwendige Temperaturänderung eines der Transistoren 9Γ1 bzw. 9Γ2 ist in der Größenordnung von 0,1° C.

Wenn die Rechenzeiten eines Operationsverstärkers gemäß Fig. 8 so groß werden, daß während dieser Rechenzeiten trotz Nachstimmung Drifterscheinungen merkbar werden, so ist es zweckmäßig, eine zusätzliche Temperaturstabilisierung der Kollektorausgangsspannung der einzelnen Differenzverstärkerstufen vorzusehen. Dies wird z. B. im ersten Differenzverstärker durch den Widerstand 9 R 7 erreicht, der zwischen Emitter und Basis des Transistors 9 Tl liegt. Durch den Widerstand 9 R 7 wird die temperaturabhängige Kollektorstromänderung des Transistors 9 Γ 2 durch Mitkopplung vergrößert, wodurch der Kollektorstrom des Transistors 9 Tl durch Gegenkopplung über den gemeinsamen Emitterwiderstand 9R4 stabilisiert wird. In gleicherweise wird die Kollektorspannung des Transistors 9 Γ 3 bzw. 9T5 durch die Mitkopplungswiderstände9J?8 bzw. 9R9 stabilisiert, die zwischen Basis und Emitter der Transistoren 9T 4 bzw. 9T6 liegen. Wenn die Auskopplung am Transistor 9 Tl erfolgt, dann muß selbstverständlich statt des Widerstandes 9 R 7 (9 R 8 bzw. 9 2? 9) ein entsprechender Widerstand zwischen Emitter und Basis des Transistors 9 Π (9 T 3 bzw. 9T5) liegen.

Die zweckmäßigste Größe der Widerstände 92? 7, 9 2? 8 und 92? 9, bei der man für die Kollektorströme der Transistoren9Γ1, 9Γ3 und 9TS die beste Stabilität erreicht, läßt sich mathematisch ableiten; für die erste Differenzverstärkerstufe ergibt sich bei üblicher Dimensionierung 92? 2 «2 β 2 ■ 92? 4, worin β 2 die Stromverstärkung des Transistors 9 Tl ist. Die Berechnung von 9R 8 und 92? 9 ist entsprechend.

In Fig. 9 ist eine Integrierschaltung mit einem Operationsverstärker nach Fig. 8 dargestellt. Die Integrierschaltung besteht aus dem eigentlichen Operationsverstärker 10 Vl, einem Stabilisierungsverstärker 10 V1, der in Fig. 8 als Differenzverstärker mit den beiden Transistoren 9 T8 und 9T9 dargestellt ist, sowie einem Integrierkreis aus einem Kondensator 10 C und einem damit in Reihe schaltbaren Widerstand 102? 1. Der Widerstand 102? 1 ist gleichzeitig der Basiswiderstand für den Eingangstransistor des Verstärkers 10 Vl, also der Basiswiderstand des Transistors 9711 in Fig. 8. Die dargestellten Schalter dienen zum Einschalten des Integrators zum gewünschten Zeitpunkt, wei bei Integrierschaltungen bekannt; im Betrieb nehmen sie die dargestellte Stellung ein. Im Betrieb liegt der Eingangswiderstand des Verstärkers 10 Fl, also des Transistors 9Tl, dem Kondensator 10 C parallel, so daß Integrierfehler entstehen.

Um diese zu beseitigen, ist an dem an den Ausgang des Operationsverstärkers 10 Vl angeschlossenen Anschluß des Kondensators 10 C ein Spannungsteiler aus zwei Widerständen 10 2? 2 und 10 2? 3 angeschlossen, an dessen Abgriff der Basiswiderstand des Transistors (z.B. 9T2) der Eingangsschaltung des Verstärkers 10 Vl angeschlossen ist, der normalerweise auf festem Potential liegt. Der Widerstand ist in Fig. 8 mit 9R10 bezeichnet und ist deshalb in Fig. 9 ebenfalls so identifiziert worden. Dieser Spannungsteiler 10 2? 2 bis 10 2? 3 bewirkt eine Mitkopplung auf den zweiten Zweig des Verstärkers 10 Vl, durch die der Eingangswiderstand im ersten Zweig, d. h. der Eingangswiderstand des ganzen Verstärkers, unendlich wird, so daß der Integrierfehler beseitigt wird. Wesentlich ist, daß die Mitkopplung auf einen anderen und gegenphasig liegenden Zweig des Verstärkers wirkt als die Gegenkopplung über den Integrierkondensator und daß sie mit der Gegenkopplung über den Integrierkondensator gemeinsam ein- und ausgeschaltet wird.

In Rechenpausen wird der Verstärker 10 Vl, wie

in Verbindung mit Fig. 8 beschrieben, durch den Verstärker 10 V 2 bei eventuellen Drifterscheinungen wieder auf seinen Arbeitspunkt geregelt.

Durch die Erfindung ist also eine Anordnung verfügbar gemacht worden, durch die sich je nach Leistung der Wärmequelle und der Wärmekapazität und dem Wärmewiderstand der ganzen Anordnung lineare oder quadratische Verzögerungen bis zu mehreren Minuten zwischen dem Auftreten eines Signals und der Herstellung eines hierdurch hervorzurufen-

den Schaltzustandes einer Schaltungsanordnung bewirken lassen. Gewünschtenfalls kann zusätzlich die Totzeit ebenfalls mehrere Minuten betragen. Ferner sind verschiedene Anwendungen einer solchen Anordnung gezeigt worden, die ihre Verwendung nicht nur zur Verzögerung, sondern auch bei langsam und behutsam vorzunehmenden Regelaufgaben veranschaulichen, die bisher wegen Mangel an Elementen mit genügend großen Zeitkonstanten nicht gelöst werden konnten.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1 2 bunden ist, der zwischen dem mit dem Ausgang des Differenzverstärkers verbundenen Anschluß Patentansprüche: des Integrierkondensators und einem Bezugspotential 0 Volt liegt. 5

1. Schaltungsanordnung mit wenigstens einem
Transistor, dessen elektrischer Schaltzustand

durch wenigstens ein Element einstellbar ist, das

über ein Wärme mit großer Zeitverzögerung leitendes Medium thermisch durch einen elektrisch io
steuerbaren, eine Temperaturänderungseinrichtung darstellenden Heizwiderstand gesteuert ist, Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung gekennzeichnet durch ihre Realisierung mit wenigstens einem Transistor, dessen elektrischer mit wenigtens einem einen Kunststoffblock mit Schaltzustand durch wenigstens ein Element einstell-Metallkappe darstellenden Bauelement, in dem 15 bar ist, das über ein Wärme mit großer Zeitverzögeder den elektrischen Schaltzustand der Schaltung rung leitendes Medium thermisch durch einen elekbestimmende Transistor und die Temperatur- irisch steuerbaren, eine Temperaturänderungseinrichänderungseinrichtung eingebettet sind, und daß tung darstellenden Heizwiderstand gesteuert ist.
hierbei der Kunststoffblock das verbindende Me- In der Steuer- und Regeltechnik werden oft große dium und der Transistor zugleich das thermisch 20 Verzögerungszeiten zwischen dem Auftreten eines steuerbare Element ist. Impulses und der Herstellung eines bestimmten

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, ge- Schaltzustandes der Steuerung oder des Regelkreises kennzeichnet durch ihre Ausbildung als mono- benötigt. Normalerweise werden Verzögerungen stabile Kippstufe, derart, daß ein zweiter Tran- durch Einschalten eines ÄC-Gliedes in dem Stromsistor vorgesehen ist und daß die Temperatur- 25 pfad hervorgerufen. Die maximale Größe der so zu änderungseinrichtung als Kollektorwiderstand des erzielenden Verzögerungszeiten hängt von der Kapazweiten Transistors geschaltet ist. zität der zu verwendenden Kondensatoren und dem

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, ge- Widerstandswert der zu verwendenden Widerstände kennzeichnet durch ihre Ausbildung als bistabile ab.

Kippstufe, derart, daß ein erster Transistor mit 30 Bei Schaltungen mit Elektonenröhren ist die Größe

einer ersten Temperaturänderungseinrichtung der verwendbaren Widerstände praktisch nur durch

und ein zweiter Transistor mit einer zweiten Tem- die unvermeidbaren Ableitwiderstände der Schal-

peraturänderungseinrichtung vorgesehen sind tung, insbesondere auch der verwendeten Konden-

und daß die erste Temperaturänderungseinrich- satoren begrenzt. Es lassen sich also verhältnismäßig

tung als Kollektorwiderstand des zweiten Tran- 35 hohe Werte verwenden. Bei ähnlichen Schaltungen

sistors und die zweite Temperaturänderungsein- mit Transistoren ist das aber nicht der Fall, weil

richtung als Kollektorwiderstand des ersten Tran- Transistorschaltungen vergleichsweise niederohmig

sistors geschaltet ist. aufgebaut werden müssen. Gerade bei Transistor-

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, ge- schaltungen lassen sich deshalb unter Anwendung kennzeichnet durch ihre Ausbildung als Eingangs- 40 üblicher Technik keine großen Verzögerungszeiten stufe eines Differenzverstärkers, derart, daß zwei verwirklichen.

Transistoren und zwei Temperaturänderungsein- In der deutschen Patentschrift 961 912 ist eine richtungen vorgesehen sind und daß die Tempe- Transistorschaltung beschrieben, die große Verzögeraturänderungseinrichtungen durch einen ge- rungszeiten ermöglicht. Als wesentliche Elemente trennten Verstärker, der zu Zeiten, in dem der 45 enthält diese Schaltung einen Spitzentransistor und Ausgang der Schaltungsanordnung gleich Null einen fremdgeheizten Heiß- oder Kaltleiter, der den sein muß, in Betrieb gesetzt wird, dann mit Strom Basis- oder Emitterwiderstand des Spitzentransistors auf einem bestimmten Wege versorgt werden, bildet. Da Spitzentransistoren einen Kennlinienwenn und solange der Ausgang eine Spannung bereich negativen Widerstandes aufweisen, kann die mit einem bestimmten Vorzeichen führt. 5° Schaltung in Abhängigkeit von der Größe des Heiß-

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 zur oder Kaltleiterwiderstandes einen von zwei stabilen Verstärkung von Gleichströmen mit wenigstens Arbeitspunkten einnehmen. Die Schaltung stellt also einem aus zwei Transistoren bestehenden Diffe- eine Kippschaltung dar. Die Funktion, die der temrenzverstärker, dadurch gekennzeichnet, daß die peraturgesteuerte Heiß- oder Kaltleiter hier ausübt, Basis und der Emitter des einen Transistors 55 ist an diese Schaltung gebunden; z.B. läßt sich eine durch einen Widerstand miteinander verbunden gleichartige Kippschaltung bereits dann nicht mehr sind, während die Ausgangsspannung am Kollek- realisieren, wenn der Spitzentransistor durch einen tor des anderen Transistors abgenommen wird. Flächentransistor ersetzt wird.

6. Schaltungsanordnung mit einem Differenz- Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe beverstärker nach Anspruch 4 oder 5 und einem vor 60 steht darin, für eine derartige Schaltung eine weitere dessen einen Eingang geschalteten Widerstand, Lösung anzugeben, die sich durch eine besonders bei der dieser Eingang über einen Integrierkon- einfache Konfiguration sowohl in schaltungstechdensator mit dem Ausgang des Differenzverstär- nischer als auch in konstruktiver Hinsicht auszeichkers verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß net.

zur Integration eines Eingangssignals ein anderer 65 Ausgehend von einer Schaltungsanordnung mit Eingang des Differenzverstärkers, der gegen- wenigstens einem Transistor, dessen elektrischer phasig zu dem mit dem Widerstand verbundenen Schaltzustand durch wenigstens ein Element einstellliegt, mit dem Abgriff eines Spannungsteilers ver- bar ist, das über ein Wärme mit großer Zeitverzöge-