DE2013828C

DE2013828C - Elektronische Sicherung für mehrstufige Verstärkerschaltungen

Info

Publication number: DE2013828C
Application number: DE19702013828
Authority: DE
Inventors: Johann 7101 Kirchhausen; Pieper Frank 7103 Schwaigern Mattfeld
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Filing date: 1970-03-23
Publication date: 1973-08-09

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Sicherung für mehrstufige Verstärkerschaltungen als Schutz gegen einen zu hohen Laststrom, wobei zum Abschalten der einen Schwellwert übersteigende Kollektor- bzw. Emitterstrom der Endstufe herangezogen wird.

Da der Innenwiderstand beispielsweise von Niederfrequenz-Endstufen aus dynamischen Gründen sehr gering sein soll, kann der entnommene Laststrom bei zu kleinen Lastwiderständen unzulässig hohe Werte annehmen. Bei einem Transistorverstärker entspricht dieser Lasistrom dem Kollektor- bzw. dem Emitterstrom des Endstufentransistors. Der Strom durch diesen Transistor darf jedoch den vom Hersteller vorgeschriebenen Grenzwert nicht überschreiten.

Um die Zerstörung des Endstufentransistors durch zu hohe Lastströme zu vermeiden, wurde bereits die Verwendung von Feinsicherungen vorgeschlagen.

Der so erreichte Schutz ist jedoch unvollkommen, da die Abschaitzeit der Feinsicherungen im allgemeinen zu groß ist.

Eine andere bekannte elektronische Sicherung mißt den Kollektorstrom in der Endstufe und schaltet beim Überschreiten eines bestimmten Grenzwertes eine Vorstufe stromlos. Bei diesem Verfahren ist die Endstufe nach dem Entfernen des Kurzschlusses bzw. der Überlastungsursache wieder betriebsbereit.

ίο Eine andere bekannte Schutzschaltung begrenzt den Kollektorstrom auf einen maximal zulässigen Grenzwert. Diese Funktionsweise hat jedoch den Nachteil, daß an den Endstufentransistoren eine hohe Verlustleistung auftritt.

Ferner ist ein Überlastungsschutz bekannt, mit dessen Hilfe bei Erreichen einer bestimmten Verlustleistung in einer Schaltungsstufe diese mittels Übertragern abgeschaltet wird Fine solche Schaltung ist aufwendig, da sowohl die Spannung als auch der

»o Strom durch die zu schützende Stufe gemessen und miteinander in Verbindung gebracht werden muß.

Außerdem ist diese Schaltung nicht intejmerbar, da Übertrager verwendet werden müssen.

Bei einer anderen bekannten Schaltung, bei der

»5 eine Abschalteinheit mit nur einem stabilen Zustand Verwendung findet, ist sowohl ein Kollektor- als auch ein fcmitterwiderstand vorgesehen. Dies führt zu erheblichen Gleichspannungsverlusten am Kollektorwiderstand, so daß nur noch ein Teil der Versorgungsgkichspannung zur Aussteuerung durch das Wechselstromsignal zur Verfügung steht. Außerdem wird bei dieser bekannten Schaltung die Schutzschaltung über eine Zenerdiode angesteuert, zu deren Durchsteuerung mindestens die Schwellspannung der

Zenerdiode erreicht werden muß. Da nur eine astabile Abschaltstufe verwendet wird, wird bei der zu schützenden Schaltung die Verstärkerstufe möglicherweise ständig ein- und ausgeschaltet. Hierdurch besteht die Gefahr, daß weitere Bestandteile dei Schaltung bis zu deren vollkommenen Unbrauchbarkeit zerstört werden.

. Bei einer anderen Schaltung ist es bekannt, eine Verstärkerstufe durch Messung der Sperrschichttemperatur zu schützen. Bei dieser Methode kann je-

doch nicht die Gefahr beseitigt werden, daß der Transistor möglicherweise durch eine Stromspitze, bei der eine thermische Überlastung der Transistoren auf Grund der geringen Zeitdauer der Spitze nicht erreicht wird, zerstört wird.

Ls sind ferner elektronische Sicherungen für Netzgeräte bekannt. Die bistabile Schaltung steuert dabei über Zenerdioden Transistoren, die als veränderbare Widerstände wirken. Es handelt sich bei diesen Schaltungen jedoch nicht um die Steuerung der Ver-Stärkung an den Stufen einer Verstärkerschaltung.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine elektronische Sicherung anzugeben, die sich besonders für die Integrierung in einem Halbleiterkörper eignet. Außerdem soll die Ver-

stärkerschallung beim Auftreten eines Kurzschlusses abgeschaltet bleiben und nur durch Ab- und Wiedereinschalten der Betriebsspannung nach der Beseitigung der Überlastursache wieder eingeschaltet werden können.

Bei einer elektronischen Sicherung der eingangs beschriebenen Art wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß eine Schalteinheit α mit zwei stabilen Schaltzuständen beim Überschreiten eines Schwellstromes

umgeschaltet wird, daß diese S;halteinheit über eine Diode D₃ mit der Steuerelektrode einer vorangehenden Verstärkerstufe verbunden ist, und daß diese Diode D₃ beim Umschalten der Schalteinheit α vom sperrenden in den leitenden Zustand umgeschaltet und die Steuergleichspannung der vorangehenden Sufe dadurch derart verändert wird, daß die Verstärkung der Verstärkerstufe Null wird.

Bei der erfindungsgemäßen elektronischen Sicherung wird vorzugsweise die Gleichspannung an der Steuerelektrode einer Verstärkerstufe mehr oder weniger stark durch die in Flußrichtung beanspruchte Diode kurzgeschlossen.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen elektronischen Sicherung ist vorgesehen, daß eine dem Emitter- bzw. Kollektorstrom der Endstufe entsprechende, an einem Emitter- bzw. Kollektorwiderstand abfallende Spannung über eine Verstärkereinheit b auf die Schalteinheit α mit zwei stabilen Schaltzuständen gegeben wird.

Die erfindungsgemaße elektronische Sicherung hat den Vorteil, daß die Verstärkerschaltung schnell und sicher abgeschaltet wird, wenn der Kollektorstrom oder der Emitterstrom einen unzulässig hohen Wert überschreitet.

Die erfindungsgemäße Schaltung soll im weiteren an Hand der Figur noch näher erläutert werden.

Die in der Figur dargestellte Schaltung besieht aus drei Teilen; der mehrstufigen Verstärkerschaltung <·, dem Schwellwertverstärker b, der der Abschalteinheit vorgeschaltet ist, und der bistabilen Schalteinheit a. Die Verstärkerschaltung c besteht in der dargesf;)lten Ausführungsform in bekannter Weise aus den Transistoren T_x bis T₈ mit den zugehörigen Widerständen 19, 20, 21, 22, 23, 24, 13 und der für die Temperaturstabilisierung notwendigen Diodenanordnung P₁. In die Emitterleitung des Endstufentransistors T₈ ist der Emitterwiderstand 13 geschaltet, an dem eine dem Emitterstrom entsprechende Spannung abfällt. Der Lastwiderstand R₁ ist der KuI-lektor-Emitterstrecke des Endsiufentransistors 7"„ par-

die

Einstellung J

Diode D₂ fscha.tet
Widerstände 14, 15
tnsch dimensioniert
Transistor J₁₁ gesperrt

des

zu

» st zur ^ _eine

Kippstufe gehörigen tF ^ _mme_

y _NormalzUstand der

Transistor T₁., leitend der Iran ^ ^

ist Die beiden ^τ™*?™?£^™^\*. Zwischen einen gemeinsamen^™"™^ _{und die} Eingangs- » den Kollektor ^d«JE^rSJe >d« versÄrke« c 1st elektrode einer Veßterkejtutea ^ ^^

eine Diode D so .^«n J« ' _{t ist sie} bebetneb der Verstärkers, h* W^f _{dem Verstär}.

einflußt somit ^be\"°^™"°_der angeschlossenen ker die Eingangsgleichspannung cter g

Verstärkerstufe nicht beispielsweise mit

Die Anode der υ ίου _Differenzstufe zugehörigen der Basiselektrode des de ^¹™™* _iselekf_rode *_de„ Transistors Γ W ode m _s _r _{y) _ver.

ao der Treiberstuft zugenongwi

buuden werden. Ausgangswiderstandes

Bc. einem ^Κυ™^^·_η^_Γυπε des Ausgangsoder bei einer starken Ver ring«.^g _Aus ^B _steue.

Widerstandes stejgt^ ^^"^„,,n _in der End^₅ rung des yersurhcr* . Betrieb mit dem zustufe starker ar^ ah,be, d _Spannungs. assigen Lastwideretana. Jυ \ ^.^ halbwellen am Widers and J _ver_ nachgeschalteten Verstarkers u en , ,0 ^

stärkt und erreichen ™ ^^e™^_{e umzuscha},_tCn. ausreich1 um de ts abik K PP ^^ _djc

Da jetzt der ^«[f™¹^™ _auf Massepotential Kathode der D.ode g| ^nezu _der ^H _Steuer-

ge legt, wodurch die Gtejhspan. ™ | _{fc o(Jer}

elektrode eine Transistors der _hlossen

der! re.bemufe meh r ?J.rj«n.ger 8 _jm

«rd J« Ό^ode D w.d som ^ ^ ^^ ^

ⁿ'^ir^^laBbere'^C _r ⁿ _an^,or wird durch die Überbrückung ge^^J^^mit eSr leitenden Diode der ^{Ba 15}"^Ε^ ^SJk wird Null. Damit wird ^^! und der Kollektor-

30

₄„

strom Da

D,f Γηΐ Emitterwiderstand 13 abfallende Spannung wird mit Hilfe eines zweistufigen Schwellwertverstärken b verstärkt. Dieser Signalverstarker besteht in der dargestellten Ausführungsform aus den in Emitterschaltung betriebenen Transistoren T₉ und T₁₀ und den zugehörigen Kollektor.iderständen 25 ^

^UnD?ei_gent,iche elektronische Sicherung besteht aus ₅₀ geschaltet wi,J einer bistabilen Kippstufe, die wiederum aus zwei ^^^ T d T febaut ist Zw.schen den

dem

Der Verstärker ^Lnwc Zustand de, ^J J _{b d}^_r verstärker auch nach

der Überlastursache abgeschaltet. der UD _w._{gder bet}^_ebsbercU

wird oa _d überlast-

ϊ aus- und wieder ein-

Transistoren T

ppfe, die _n und T₁₂ aufgebaut ist. Zw.schen den

T_x, leitend und der transistor

nig.

Τ^ gesperrt ist. ein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektronische Sicherung für mehrstufige Verstärkerschaltungen als Schutz gegen einen zu hohen Laststrom, wobei zum Abschalten der einen Schwellwert übersteigende Kollektor- bzw. Emitterstrom der Endstufe herangezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schalteinheit (a) mit zwei stabilen Schaltzuständen beim Überschreiten eines Schwellstroms umgeschaltet wird, daß diese Schalteinheit über eine Diode (Dg) mit der Steuerelektrode einer vorangehenden Verstärkerstufe verbunden ist, und daß diese Diode (D₃) beim Umschalten der Schalteinheit (a) vom sperrenden in den leitenden Zustam! umgeschaltet und die Steuergleichspannung der vorangehenden Stufe dadurch dciail verändert wird, daß die Verstärkung der Verstärkerstufe Null wird.

2. Elektronische Sicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkerschaltung (c) nach dem Beseitigen der Überlastungsursache durch Aus- und Wiedereinschalten der Betriebsspannung wieder in Betrieb gesetzt wird.

3. Elektronische Sicherung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine dem Emitter- bzw. Kollektorstrom der Endstufe entsprechende, an einem Emitter- bzw. Kollektorwiderstand abfallende Spannung über eine Schwellwertverstärkereinheit (b) auf die Schalteinheit (α) mit zwei stabilen Schaltzuständen gegeben wird.

4. Elektronische Sicherung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinheit (α) aus einer Kippstufe mit zwei Transistoren (7"_n, T₁₂) besteht, daß die der Kippstufe zugehörigen Widerstände (14, 15, 16 und 17) so unsymmetrisch dimensioniert sind, daß im Normalzustand der eine Transistor (T₁₁) gesperrt und der andere Transistor (T₁₂) leitend ist. und daß die Basiselektrode des einen Transistors (T₁₁) mit der Ausgangselektrode des Schwellwertverstärkers (6) verbunden ist.