DE1762461A1 - Elektronischer Schalter - Google Patents

Description

OR.-INS. DIPL -. -.. ..-.-r. .... ^r.. OIPU-ΡΗΥβ.

HÖGER - STELLRECHT - GRiESSBACH - HAECKER

PATENTANWÄLTE IN STUTTGART

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Texas Instruments Inc. Da]3as, Texas U.S.A.

Elektronischer Schalter

Die Erfindung betrifft einen elektronischen Schalter mit einem im Schalterbetrieb arbeitenden Transistor, mit dem eine Schaltvorrichtung gekoppelt ist, an die eine Spannungsquelle zum Einschalten des Transistors angeschlossen werden kann.

Obwohl Transistoren in elektronischen Schaltungen weit verbreitet sind, eignen sie sich nicht als schnellschaltende Schalter. Bekannte Schalttransistoren haben Abschaltzeiten von über 100 Mikrosec.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Schaltzeiten eines unter Verwendung eines Transistors hergestellten elektronischen Schalters zu

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verkürzen, und diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch eine lichtempfindliche Halbleitervorrichtung, die mit der Basis des Transistors verbunden ist zur Erzeugung eines eine Sperrung des Transistors bewirkenden Elektronenstroms in der Basis dieses Transistors, durch ein photonenabgebendes Bauteil, das der Halbleitervorrichtung derart benachbart angeordnet ist, daß die emit-

^ tierten Photonen die Halbleitervorrichtung einschalten, sowie durch eine an das photonenabgebende Bauteil anschließbare zv/eite Spannungsquelle j so daß der Transistor beim Abschalten der ersten Spannungsquelle von der Schaltvorrichtung und dem Anschließen der zweiten Spannungsquelle an das photonenabgebende Bauteil und damit dem Einschalten der Halbleitervorrichtung rasch abschaltbar ist. Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird zweckmäßigerweise die Basis des Transistors über eine lichtempfindliche Halbleiteranordnung an einen Schaltkreis angeschlossen, um in dieser Basis einen die Sperrung des Transistors bewirkenden Elektronenstrom bei Erregung

™ der Halbleiteranordnung hervorzurufen; ferner wird ein photonenabgebendes Bauteil mit der Halbleiteranordnung optisch gekoppelt, und dieses Bauteil wird erregt, so daß die Halbleiteranordnung leitend wird; dadurch erzeugt man einen umgekehrten Elektronen- strom in der Basis des Transistors, so daß sich die Basiskapazität entlädt und der Transistor rasch abgeschaltet wird.

Im wesentlichen umfaßt also die Erfindungsgemäße Lehre folgende Merkmale: einem photonenabgebenden Bauteil wird intermittierend

Energie zugeführt und auf diese Weise eine Halbleiteranordnung ein-

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geschaltet, die einen den Transistor abschaltenden Elektronenstrom in dessen Basis hervorruft. Dabei kann der Transistor in ganz beliebiger Weise eingeschaltet werden. So kann beispielsweise ein zweites photonenemittierendes Bauteil zum Einschalten des Transistors Verwendung finden, welches dieses Einschalten entweder direkt oder über die Erregung einer zweiten Halbleiteranordnung bewirkt, weichletztere einen ein Öffnen des Transistors bewirkenden Elektronenstrom in dessen Basis hervorrufen kann.

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Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnung erläutert, und der nachfolgenden Beschreibung sowie der Zeichnung können weitere" Merkmale und Einzelheiten der Erfindung entnommen werden. Es zeigen:

Pig. I einen bekannten optoelektronischen Schalter;

Fig. 2 die Ausgangsspannung des in Fig. 2 gezeigten Schalters;

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei Fig. 4 die zugehörige Ausgangsspannung zeigt.

Fig. 5 ein anderes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltung mit einem Duoemitter-Transistor;

Fig. 6 eine einstufige erfindungsgemäße Schaltung mit Halbleiterbauelementen sowohl zum Ein- als auch zum Ausschalten des Transistors;

Fig. 7 mehrere Stufen eines Analogwandlers;

Fig. 8 einen an eine Wechselstromquelle angeschlossenen Schalter, und

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Pig. 9 einen beim Erfindungsgegenstand vorzugsweise verwendeten Duoemitter-Transistor.

Zuerst wird eine bekannte Schaltung beschrieben, anhand derer die Vorteile des Erfindungsgegenstandes später verdeutlicht werden können.

In Fig. 1 ist eine typische Schaltung gezeigt, bei welcher ein als Schalter betriebener Transistor in Serie mit einer last liegt. Die Last R ist mit dem Transistor T zwischen einem Anschluß 10 und der Masse in Serie geschaltet. Zwischen den Anschlüssen 10 und 12 liegt die Spannung V^ . Ehe der Transistor T einschaltet, liegt an einem Anschluß 13 eine Spannung V + gemäß Punkt 14 der Spannungskurve nach Fig. 2. Zur Erregung des Transistors, d.h. um ihn durch optische Verfahren leitend zu machen, wird eine Lumineszenzdiode (photon emitter) P optisch mit dem Transistor T gekoppelt und an die Diode P eine Spannung Vp angelegt.

Unter dem Ausdruck "optisch mit dem Transistor T gekoppelt" ist zu verstehen, daß die räumliche Lage derart ist, daß die von. der Lumineezenzdiode ausgehenden Photonen auf den Tran-.eistor T treffen und ihn leitend machen. Gewöhnlich ist die Diode P dem Transistor T benachbart oder so nahe bei ihm angeordnet, daß nur ein Luftspalt die beiden trennt. Die Diode

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kann auch vom Transistor durch ein photonendurchlässiges Material, wie beispielsweise eine Glaslinse oder -röhre, getrennt sein.

Wenn der Transistor einschaltet, steigt die Spannung V_Qut rasch auf ihren konstanten Maximalwert entsprechend Punkt 15 in Pig. 2.

Um den Transistor T auszuschalten, wird die Diode D durch Abschalten der Spannung Vp außer Betrieb gesetzt. Zum An- und Abschalten der Spannung werden geeignete Schaltmittel, wie beispielsweise Multivibratorη oder eine Wechselspannung, wie sie nachfolgend erwähnt ist, verwendet. Werden diese Schaltmittel jedoch in einer Schaltung allein verwendet, so hab-n sie nicht die elektrische Isolierung zur Folge, die - wie später noch deutlich werden wird - ein Vorteil des Erfindungsgegen? * Stands ist. Das Abschalten der Spannung und damit die Entaktivierung der Diode P ist in Pig. 2 mit der Linie "Aus" bezeichnet. Obwohl der Transistor T nicht mehr von Photonen erregt wird und scheinbar die Ausschaltbedingung vorliegt, dauert es längere Zeit, bis er tatsächlich schließt, wie dies durch die abnehmende Ausgangsspannung V₀₁₁-J. (Punkt 16 in Fig. 2) verdeutlicht ist.

Ein Ausführungebeispiel des Erfindungsgegenstandes, bei welchem

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der Transistor T bedeutend schneller abgeschaltet wird, d.h. bei dem die Ausgangsspannung V^ beträchtlich schneller auf Null abnimmt, wird anhand der Fig. 3 und 4 erläutert. Fig. 3 zeigt schematisch eine Schaltung, bei welcher der Kollektor-Basis-Übergang des Transistors T umgekehrt vorgespannt wird, um den Transistor rasch abzuschalten. Der Transistor T ist mit der Last R zwischen dem Anschluß 10 und der Masse in Serie geschaltet. Wie in Verbindung mit der Fig. 1 beschrieben, liegt zwischen den Anschlüssen 10 und 12 eine Eingangsspannung ^Vin" ^{Elle der Transis}'^{tor T} leitend wird, besteht am Punkt 13 eine Ausgangsspannung V^, entsprechend Punkt 18 in Fig. 2. Die Lumineszenzdiode P₁ ist optisch mit dem Transistor T gekoppelt. TJm den Transistor einzuschalten, wird die Spannung Vp ₁ an die Lumineszenzdiode P.. angelegt, wodurch sie Photonen erzeugt, welche den Transistor T leitend machen. Zu diesem Zeitpunkt steigt die Spannung V .. rasch auf den konstanten Wert entsprechend Punkt 20 in Fig. 4 an.

Um ein schnelles Abschalten des Transistors T zu erreichen, ist eine Halbleitervorrichtung S an die Basis des Transistors angeschlossen, um einen Elektronenstrom durch die Basis des Transistors zu erzeugen, der der normalen Stromrichtung bei geöffnetem Transietor entgegengesetzt ist. Handelt es sich um einen NPN-Transistor, verbindet eine Leitung 22 den Kollektor des Transistors mit der Anode der Halbleitervorrichtung S, während die Basis mit deren Kathode verbunden ist. Bei Verwen-

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dung eines PNP-Transistors sind die Anschlüsse umgekehrt.

Die verwendete Halbleitervorrichtung ist licht-empfindlich, weshalb sie bei Auftreffen von Photonen erregt und leitend wird und einen Elektronenstrom von ihrer Kathode zur Anode in einem vorhandenen Stromkreis bewirkt. Die Belichtung und die dadurch bewirkte Leitfähigkeit wird im folgenden kurz als optisches Einschalten bezeichnet werden.

Um die Halbleitervorrichtung S optisch einschalten zu können, ist eine zweite Lumineszenzdiode (photon emitter) P₂ vorgesehen, die optisch mit der Vorrichtung S gekoppelt ist und durch Anlegen einer geeigneten Spannung Vp ₂ erregt wird.

Wenn der Transistor T abgeschaltet werden soll, wird die Spannung Vp ₁ von der Diode P₁ abgeschaltet und gleichzeitig die Spannung Vp ₂ &n die Diode P₂ angelegt. Die Diode P₂ macht auf optischem Weg die Halbleitervorrichtung S leitend. Diese bewirkt ihrerseits eine den Transistor sperrende Vorspannung am Kollektor-Basis-Ubergang und eine Entladung der Kapazität über diesen Übergang. Hierdurch wird der Tranaistor T plötzlich abgeschaltet, wie diea durch den steilen Abfall der Span nung V_Qut auf Null durch die Linie 23 in Pig. 4 gezeigt let. ■Die Diode Pp wird dann abgeschaltet und ein Zyklus ist damit

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"durchlaufen.

Gewöhnlich werden mit der gezeigten oder den nachfolgend beschriebenen Schaltungen mehrere Zyklen durchlaufen.

Wie anhand der Fig. 3 beschrieben wurde, wird das plötzliche Abschalten des Transistors T durch eine Sperrvorspannung am Kollektor-Basis-Übergang bewirkt. In ähnlicher Weise kann ein schnelleres Abschalten des Transistors auch durch eine Sperrvorspannung am Emitter-Basis-Übergang bewirkt warden. Eine solche Sperr-Vorspannung am Emitter-Basis-Übergang wird durch Verbinden der Basis mit dem Emitter über eine Halbleitervorrichtung S erreicht. Der diese Halbleitervorrichtung S aufweisende Kreis bewirkt wieder einen Elektronenfluß in der Basis des Transistors, der demjenigen Elektronenstrom in der Basis entgegengesetzt ist, der bei leitendem Transistor fließt. Im speziellen Pail eines NPN-Transistors ist die Kathode der Halbleiteranordnung S mit der Basis und deren Anode mit dem Emitter verbunden.

Mit einem Doppelemitter-Transistor läßt sich ein besonders zufriedenstellender erfindungsgemäßer Schalter aufbauen. Fig. ?eigt schematisch eine Schaltung mit einem Doppelemitter-Tran- eietor als optoelektronischem Schalter. Hierbei ist der Traneietor T über die Emitter E₁ und Eg mit der Last R zwischen dem

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Anschluß 10 und der Masse in Serie geschaltet. Zwischen den Anschlüssen 10 und 12 liegt eine Spannung V. . Die Lumineszenzdiode P. ist wieder optisch mit dem Transistor gekoppelt. Um den Transistor T einzuschalten, wird an die Diode P. eine Spannung V^ ₁ angelegt, wodurch über die Erregung der Diode P- der Transistor optisch eingeschaltet wird.

Die Basis B des Transistors T ist über einen Kreis 28, der eine Halbleitervorrichtung S aufweist, mit dem Kollektor C verbunden. Mit der Halbleitervorrichtung S ist eine Lumineszenzdiode Pg optisch gekoppelt. Soll der Transistor abgeschaltet werden, wird die Diode P- von der Spannung Vp + abgeschaltet und die Lumineszenzdiode P« durch Anlegen der Spannung Vp „ erregt. Der Transistor T ist nicht mehr optisch eingeschaltet, während die Halbleitervorrichtung S leitend ist. Am Kollektor-Basis-Übergang liegt also eine Sperrvorspannung, so daß der Tranaistor T schnell schließt. Die Diode Pp kann sodann durch Trennen von der Spannung Vp „ abgeschaltet werden, womit ein Zyklus beendet ist.

Eines der Hauptanwendungsgebiete von optoelektronischen Schaltern sind Analogwandler (analog commutator array). Durch die Verwendung optoelektronischer Schalter wird eine weitgehende elektrische Isolierung der ^chalterelemente infolge der

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optischen Kopplung erreicht.

In der Praxis hat es sich als vorteilhaft erwiesen, in Wandleranordnungen zusätzlich Halbleiterbauelemente zu verwenden, die auf optische Weise leitend gemacht werden können, und hierdurch einen Transistor einschalten. Die zusätzlichen Halbleiterbauelemente sind so angekoppelt, daß sie, wenn sie optisch erregt und leitend werden, einen Elektronenfluß an der Basis des Transistors bewirken, der dem Pluß bei geöffnetem Transistor gleichgerichtet ist. Diese zusätzlichen Halbleitervorrichtungen können, wie anhand der Pig. 3 beschrieben wurde, bei Beachtung der richtigen Polarität in den Kollektor-Basiskreis geschaltet werden und bewirken eine den Kollektor-Basis-Übergang des Transistors Öffnende Vorspannung. Ferner können diese zusätzlichen Halbleitervorrichtungen bei Beachtung der richtigen Polarität in den Emitter-Basiskreis eingesetzt werden, um eine den Transistor öffnende Vorspannung am Emitter-Basis-Übergang hervorzurufen.Bei jeder dieser Möglichkeiten bewirkt die zusätzliche Halbleitervorrichtung ein schnelles Öffnen des Transistors.

Eine derartige in der Praxis bewährte Schaltung ist in Fig.6 gezeigt. Die schematisch gezeigte Schaltung wurde in vorteilhafter Weise als Stufe einer Wandleranordnung verwendet. Der

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Kreis, in welchem ein schnell schaltender Transistor vorteilhaft verwendet wird, ist an Anschlüsse 30 und 32 angeschlossen, die ihrerseits mit den Emittern E. und Eg des Transistors T verbunden sind. Die Basis B des Transistors T ist durch die Leitung 33 über zwei Halbleiterbauelemente S₁, die in Serie geschaltet sind, mit dem Kollektor C verbunden. Die Polarität der Halbleiterbauelemente S₁ ist derart, daß bei optisch bewirkter Leitfähigkeit die Basis durch die Kollektor-Basisstrecke so vorgespannt wird, daß der Transistor T leitend wird und einschaltet.

Um die Halbleiterbauelemente S₁ optisch einschalten zu können, sind zwei Lumineszenzdioden (photon emitters) P₁ optisch mit ihnen gekoppelt. Wie die Pig. 6 zeigt, sind die Dioden P₁ parallel geschaltet, so daß beim Anlegen einer Spannung Vp zwischen die Anschlüsse 34 und 36 die Dioden P₁ erregt werden und die Halbleiterbauelemente S₁ leitfähig machen.

Weiterhin ist die Basis B mittels einer Leitung 37 und über ein Halbleiterbauelement Sp mit dem Kollektor C verbunden. Die Polarität von S« ist umgekehrt zu derjenigen von S , so daß bei der optisch bewirkten Leitfähigkeit von Sg der Kollektor-Basis-Übergang in einer den Transistor sperrenden Weise vorgespannt wird. Um Sg optisch einschalten zu können, ist

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eine Lumineszenzdiode Pp (photon emitter) optisch mit S₂ gekoppelt und an die Anschlüsse 38 und 40 angeschlossen. Bei Anlegen einer Spannung Vp ρ an diese Anschlüsse wird die Diode Pp erregt und das Halbleiterbauelement Sp dadurch leitend.

Durch Anlegen der Spannung Vp ₁ an die Anschlüsse 34 und werden also beide Dioden P₁ erregt, wodurch auf fotoelektri-Bchem Weg beide Halbleiterbauelemente S₁ leitend werden und den Transistor T einschalten. Hierdurch wird der nicht gezeigte, an die Anschlüsse 30 und 32 angeschlossene Stromkreis eingeschaltet. Durch die Verwendung von zwei Halbleiterbauelementen S₁ wird ein kräftiger Strom erzeugt, der ein rasches und sicheres Einschalten des Transistors T bewirkt.

Um den Transistor T auszuschalten, wird die Spannung Vp ₁ von den Anschlüssen 34 und 36 abgeschaltet, wodurch die Photonenstrahlung auf die Halbleiterbauelemente S.. beendet wird. Gleichzeitig wird die Spannung Vp ρ an die Kontakte 38 und angelegt, wodurch die Dioden Pp Photonen erzeugen, die das Halbleiterbauelement Sp leitend machen. Hierdurch wird der Basie-Kollektor-Übergang in Sperrichtung vorgespannt und ein rasches Abschalten des Transistors bewirkt. Sodann kann die Spannung Vp « abgeschaltet werden, womit ein Zyklus durch-

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laufen ist.

Die in Fig. 6 gezeigte einzelne Stufe kann in einer Schaltungsanordnung verwendet werden. Eine solche Anordung, welche vier Wandlerschalter (commutating switches) umfaßt, ist schematisch in Pig. 7 gezeigt. Transistoren 43, 44, 45 und 46 wirken als Schalter in den zugeordneten Kanälen P, G, H und J. Die Bauteile sind ähnlich wie in Fig. 6 geschaltet. Bei Anlegen einer Spannung an Kontakte 48 und 50 werden Lumineszenzdioden P₁, die parallel geschaltet sind, aktiviert. Diese machen Halbleiterbauelemente S₁ auf fotoelektrischem Wege leitend, was eine ein Einschalten des Transistors 43 bewirkende Vorspannung der Basis durch den Kollektor-Basis-Übergang bewirkt· Das Einschalten des Transistors bewirkt ein Einschalten des Kanals F zwischen den Anschlüssen 52 und 54.

Wenn die Spannung von den Anschlüssen 48 und 50 abgenommen und an Anschlüsse 56 und 58 angelegt wird, werden die Lumineszenzdioden P₁ im Kanal F abgeschaltet und gleichzeitig eine Lumineszenzdiode Pp im Kanal F und eine Lumineszenzdiode P im Kanal G zur Lichtabgabe angeregt. Die Halbleiterbauelemente S₁ im Kanal F sperren dadurch, während die Diode Po im Kanal F optisch das Halbleiterbauelement S₂ im Kanal F einschaltet, d.h. leitend macht; dadurch wird der Kollektor-Basis-Ubergang in Sperriohtung vorgespannt, was ein Abschalten des Translators 43 bewirkt. Durch die Photonenemission einer Lumineszenzdiode P,

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werden die Halbleiterbauelemente S, im Kanal G leitend, wodurch die Basis des Transistors 44 in Durchlassrichtung vorgespannt wird, so daß dieser Transistor öffnet. Hierdurch wird der Kanal G zwischen den Anschlüssen 54 und 60 eingeschaltet. Wird die Spannung von den Anschlüssen 56 und 58 genommen und an die Anschlüsse 62 und 64 angelegt, hört P, auf zu leuchten, während gleichzeitig die Diode P, anfängt, Photonen abzustrahlen, was das Halbleiterbauelement S. im Kanal G leitend macht und eine Basisvorspannung in Sperrichtung zum raschen Abschalten des Transistors 44 ergibt. Die Anschlüsse 62 und 64 können mit den Anschlüssen 48 und 50 verbunden sein. In diesem FaIl wird der Kanal F wieder eingeschaltet. Die Kanäle P und G können wechselweise auf den Anschluß 54 geschaltet werden, während die Kanäle H und J wechselweise auf den Anschluß 68 geschaltet werden können.

Falls erwünscht, können die Anschlüsse 62 und 64 mit den Anschlüssen 66 und 67 verbunden sein, was in derselben Weise ein schrittweises Schalten des Kanals H nach dem Kanal G ergibt, welcher nach dem Kanal P schaltete. In ähnlicher Weise kann ein Schalten des Kanals J nach dem Kanal H erreicht werden. Es kann eine beliebige Anzahl von Kanälen vorgesehen werden. Üblicherweise werden aus zwei Kanälen bestehende Einhieten hergestellt Und verwendet. Jedenfalls sollten bei einer Serienachaltung die letzten "beiden Anschlüsse mit den ersten beiden Anschlüssen

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Anschlüsse 48 und 50) verbunden werden, damit sich der Schaltzyklus wiederholen kann. Die beiden ersten Anschlüsse und diejenigen, die ein Einschalten des Transistors bewirken, können als Einschaltanschlüsse bezeichnet werden. Entsprechend werden die beiden letzten Anschlüsse und diejenigen, die ein Abschalten des Transistors bewirken, als Abschaltanschlüsse bezeichnet. Die Anschlüsse 54 und 68 werden als Hauptanschlüsse bezeichnet, da sie als Strompfad dienen, durch welchen die entsprechenden Kanäle an einen nicht gezeigten Hauptstromkreis angeschlossen werden, welcher von den Signalen der entsprechenden Kanäle beaufschlagt wird. Die Anschlüsse 54 und 68 sind einfach miteinander verbunden, falls ein schrittweises Schalten der Kanäle gewünscht wird.

Die Anpassungsfähigkeit einer solchen Anordnung ist offensichtlich.

Eine Ausführungsform der Erfindung ist ideal zum Steuern eines Traneietorschalters mit einem einzelnen Signal, wle< beispielsweise einer Sinuswelle oder einem Rechteckimpuls. Eine solche Ausführungsform ist in Fig. 8 gezeigt. Die Anschlüsse und die Arbeitswelsen der Bauteile sind im wesentlichen die gleichen wie bei Pig. 5. In der Schaltung ist eine Last R in

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Serie mit einem Transistor im Schalterbetrieb zwischen dem Anschluß 10 und Masse geschaltet. Zwischen den Anschlüssen 10 und 12 liegt eine Spannung V^ . Die Last R wird infolge eines Stromflusses durch die Emitter E. und Ep bei geöffnetem Transistor T beaufschlagt. Der Kollektor C des Transistors T ist mittels eines Stromkreises 72 über ein Halbleiterbauelement S mit der Basis B des Transistors T verbunden. Dieser wird fotoelektrisch mittels einer Lumineszenzdiode P₁ eingeschaltet. In ähnlicher Weise wird das Halbleiterbauelement S fotoelektrisch mittels einer Lumineszenzdiode Pp leitend gemacht. Um ein wechselweises Arbeiten der Dioden P. und P„ zu erreichen, wird eine sinusförmige Spannung V zwischen Anschlüsse 74 und angelegt. Während der einen Halbwelle der Sinusspannung V wird die Diode P₁ erregt, welche fotoelektrisch den Transistor T einschaltet. Bei der anderen Halbwelle der Spannung V endet die Lumineszenz der Diode P₁,und die Diode P^ wird erregt, welche fotoelektrisch die Leitfähigkeit des Halbleiterbauelements S bewirkt, wodurch die Basis des Transistors T durch die Kollektor-Basisstrecke in Sperrichtung vorgespannt wird und den Transistor T sperrt, also abschaltet. In gleicher Weise wird bei der nächsten Halbwelle der Wechselspannung V die Diode Pp abgeschaltet und die Diode P₁ erregt, wodurch eine neue Schaltperiode eingeleitet wird.

Zur Vereinfachung wurde bei den vorausgehenden Beispielen eine Arbeitsweiee beschrieben, bei der beim Abschalten der Diode P₁

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gleichzeitig die Diode Pp eingeschaltet wurde. Falls die Schaltungen mit geringeren Geschwindigkeiten der Schaltfunktionen ausgeführt werden sollen, kann die Diode P₂ eine bestimmte, telerierbare Zeitspanne nach Abschalten der Diode P. eingeschaltet werden. Bei extrem hohen Schaltgeschwindigkeiten kann die Diode P« schon unmittelbar kurz vor Abschalten der Diode P₁ eingeschaltet werden.

Der Transistor T kann einer der handelüblichen Silizium- oder Germaniumtransistoren sein, wobei gefunden wurde, daß Siliziumtransistoren zufriedenstellend arbeiten. Um ein rasches Einschalten bei schwacher Bestrahlung durch die Lumineszenzdiode P₁ zu erreichen, ist der Aufbau des Transistors so beschaffen, daß das ganze einfallende Licht ausgenutzt wird. Beispielsweise ist die Basis so groß ausgeführt wie der Lichtfleck des einfallenden Lichtes.Somit ist der Transistor wirkungsmäßig ein Fotodetektor. Wie erwähnt wurde, kann ein Duoemitter-Transistor verwendet werden. Ein solcher zufriedenstellend arbeitender Duoemitter-Transistor ist in Fig. 9 gezeigt.

Der Kollektor 78 besitzt einen äußeren Anschluß C und besteht aus monokfcistallinem, η-leitendem Silizium. Auf dem Kollektor 1st ein Basisbereich 80 gebildet, der einen äußeren Anschluß-

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stift'aufweist. Auf diesem Basisbereich sind die beiden Emitterbereiche 82 und 84 gebildet, die je einen Anschluß E. bzw. E₂ aufweisen.

Die Verfahren zum Herstellen der Basis- und Emitterbereiche auf

··' -. Kollektor sind bekannt. ™

Die Halbleiterbauelemente, die als Halbleiter S, S₁, S₂, S

und S. verwendet werden, können Silizium-Solarelemente (aktive Bauelemente) oder äquivalente Elemente sein. Gewöhnlich werden Dioden verwendet, jedoch eignen sich auch Transistoren, bei denen die Basis und der Emitter zusammengeschaltet sind und die Anode bilden, während der Kollektor die Kathode bildet. Die niedrige absolute Empfindlichkeit der Silizium-Fotodiode ist bei einer solchen Duodiode infolge des Transistor-Verstärkungseffekts angehoben.

Als Lichtquelle können anstelle der beschriebenen Lumineszenzdioden auch andere photonenabgebende Bauelemente verwendet wer den. Pestkörperanordnungen erleichtern die Miniaturisierung und sind deshalb vorzuziehen. Damit die Verwendung in abwechselnd geschalteten Stromkreisen möglich ist und die photonenerzeugenden Bauelemente P₁ und P« wechselweise erregt werden können, ist die Verwendung von als Dioden wirkenden Pestkörperbauelementen

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(Lumineszenzdioden) vorzuziehen. Bei Beachtung der richtigen Polarität arbeiten sie bei verschiedenen Halbwellen eines Wechselstromsignais.

Bei Anwendung der Erfindung bei einem im Schalterbetrieb betriebenen Transistor lassen aich Einschaltzeiten von ungefähr 1,6 Mikrosekunden und Ausschaltzeiten von etwa 1,3 Mikrosekunden erzielen. Die Erfindung ermöglicht somit schnelle Schaltungen, wobei infolge der Pestkörperbauweise sich eine mechanieche Unempfindlichkeit, Zuverlässigkeit und die Möglichkeit der Miniäturisierung ergibt.

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Patentansprüche

1. Elektronischer Schalter mit einem im Schalterbetrieb arbeitenden Transistor, mit dem eine Schaltvorrichtung gekoppelt ist, an die eine Spannungsquelle zum Einschalten des Transistors anschließbar ist, gekennzeichnet durch eine lichtempfindliche Halbleitervorrichtung (S, Sp) j die mit der Basis des Transistors verbunden (22, 28; 37) ist zur Erzeugung eines eine Sperrung des Transistors bewirkenden Elektronenstroms in der Basis des Transistors, durch ein photonenabgebendes Bauteil (Po)» das der Halbleitervorrichtung derart benachbart angeordnet ist, daß die emittierten Photonen die Halbleitervorrichtung einschalten, sowie durch eine an das photonenabgebende Bauteil anschließbare zweite Spannungsqulle (Vp «)» so daß der Transistor beim Abschalten der ersten Spannungsquelle (Vp A von der Schaltvorrichtung (P₁; P₁, S₁) und dem Anschließen der zweiten Spannungsquelle (Vp g) an das photonenabgebende Bauteil (Pp) und damit dem Einschalten der Halbleitervorrichtung (SjS₂) rasch abschaltbar ist.

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2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleitervorrichtung zwischen Basis und Kollektor des Transistors liegt.

3. Schalter nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die fe Halbleitervorrichtung zwischen Basis und Emitter des Transistors liegt.

4. Schalter nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung ein weiteres photonenabgebendes Bauteil (P₁ in Pig. 3) und daß der Transistor ein lichtempfindlicher Transistor ist.

5. Schalter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-3» dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung eine lichtempfindliche Halbleitervorrichtung (S₁) aufweist, die mit der Basis des Transistors zur Erzeugung eines den Transistor öffnenden Elektronenstromes durch dessen Basis verbunden ist, und daß neben dieser Halbleitervorrichtung ein weiteres photonenabgebendes Bauteil (P₁ in Fig. 6) zum Einschalten dieser Halbleitervorrichtung vorgesehen ist, und daß die an die Schaltvorrichtung anschließbare Spannungsquelle (Vp ^ in Fig. 6) an dieses photonenabgebende Bauteil anschließbar 1st.

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6. Schalter nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Spannungsquellen (Vp ., Vp ₂) aus einer einzigen Wechselspannungsquelle (Vp in Fig. 8) ableitbar sind.

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