DE2058753C3 - Bistabile, die Stromrichtung in einem Verbraucher umschaltende Kippschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine bistabile Kippschaltung zum Umkehren der Stromrichtung in einem Verbraucher.

Bistabile Kippschaltungen für den genannten Zweck sind an sich in zwei grundsätzlichen Ausführungen bekannt. In den Ausführungen mit Transistoren liegt die Last zwischen den Kollektoren von zwei in verschiedenen Schaltstrecken liegenden Transistoren mit dem in vielen Fällen störenden Nachteil, daß je nach dem Schallzustand der Kippschaltung das eine oder das andere Ende der Last an Masse liegt. Dieser Nachteil besteht nicht bei Kippschaltungen mit Thyristoren in den Schaltstrecken, jedoch können bei diesen unter ungünstigen Betriebsbedingungen, vor allem beim Anlegen der Speisespannung beide Schaltstrecken leitend werden, so daß durch Kurzschluß die Anordnung zerstört werden kann, wenn nicht Schutzwiderstände mit dem Nachteil eines erhöhten Widerstandes der Schaltstrecken vorgesehen sind.

Es bestand daher die Aufgabe, eine bistabile Kippschaltung anzugeben, die die genannten Nachteile nicht hat
Die erfindungsgemäße bistabile, die Stromrichtung in einem Verbraucher umschaltende Kippschaltung mit zwei Schaltstrecken, in der jeder Schaltstrecke ein Steuereingang zugeordnet ist, in der die zwei Schaltstrecken in Reihe an einer Speisespannungsquelle liegen und die Last einerseits am Verbindungspunkt zwischen

ίο den Schaltstrecken und andererseits an einem Abgriff mittleren Potentials der Speisespannungsquelle liegt, ist dadurch gekennzeichnet, daß jede Schaltstrecke besteht aus zwei zueinander komplementären Transistoren, daß der Emitter eines ersten Transistors jeder Schaltstrecke verbunden ist mit einem der zwei Pole der Speisespannungsquelle, daß die Emitter der zweiten Transistoren der Schaltstrecken untereinander verbunden sind und den Verbindungspunkt der zwei Schaltstrecken Widen, daß die Basis des ersten Transistors jeder Schaltstrecke verbunden ist mit dem Kollektor des zweiten Transistors derselben Schaltstrecke, daß der Kollektor des ersten Transistors jeder Schaltstrecke verbunden ist mit der Basis des zweiten Transistors der jeweils anderen Schaltstrecke, und daß die Basen der zweiten Transistoren der Schaltstrecken untereinander über einen Widerstand verbunden sind.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Stromlaufplanes näher erläutert Die Figur zeigt die erste Schaltstrecke mit den Transistoren 751 und 7s 2, die zweite Schaltstrecke mit den Transistoren 7s I' und Ts2', den Widerstand Al zwischen den Basen der zweiten Transistoren Ts 2 und TsT der zwei Schaltstrecken, zwei in Reihe geschaltete Speisespannungsquellen U1 und U2 mit einem Abgriff B und die Last L zwischen dem Verbindungspunkt A der zwei 'Schaltstrecken und dem Abgriff B. Die Emitter der Transistoren Ts 1 und TsI' sind jeweils mit einem der Pole der Speisespannungsquelle UX und U2 und die Emitter der Transistoren Ts2 und TsX untereinander und mit dem Punkt A verbunden. Ferner sind verbunden die Basis des ersten Transistors Ts 1 bzw. TsV jeder Schaltstrecke mit dem Kollektor des zweiten Transistors Ts 2 bzw. TsT derselben Schaltstrecke und der Kollektor des ersten Transistors Ts 1 bzw. TsV jeder Schaltstrecke mit der Basis des zweiten Transistors Ts T bzw. Ts 2 der jeweils anderen Schaltstrecke. Ober den Eingang E \ kann die erste Schaltstrecke und über den Eingang £2 die zweite Schaltstrecke leitend gesteuert werden. Im dargestellten Beispiel steuert ein gegenüber dem positiven Potential am Emitter des Transistors Ts\ negatives Potential am Eingang Ei über die Basis des Transistors Ts I diesen leitend, so daß positives Potential über die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors Ti 1 und den Widerstand R i an die Basis des Transistors Ts 2 gelangt, der nun seinerseits leitend gesteuert wird und negatives Potential an die Basis des Transistors Ts 1 liefert Damit bleiben die Transistoren Ts 1 und 7s 2 der ersten Schaltstrecke leitend, auch nach dem Ende des Eingangssignals Ei, d.h., die Schaltstrecke ist in sich bistabil. Die Grundschaltung einer solchen Sehaltstreeke, ohne den Widerstand R 1, ist an sich bekannt durch die DE-PS 9 19 125. Sie dient vielfach auch zur Erläuterung der Wirkungsweise eines Thyristors, wie z. B. in dem von

hi der Siemens AG herausgegebenen Buch: Schaltungen mit Halbleiterbauelementen, Bd. 3, Berlin, München 1967, S. 16, Bild 1.4. Dagegen kann die erfindungsgemäße Schaltung nicht mit Thyristoren verwirklicht werden,

i' weil diesen für die Schaltung wesentliche Anschlösse ^f J fehlen. Bei leitender erster Schaltstrecke gelangt über ^% die Emitter-Kollektor-Strecke des ersten Transistors

Ts 1 ein positives, sperrendes Potential an die Basis des

zweiten Transistors Ts 2' der zweiten Schaltstrecke. Die

Größe dieses Sperrpotentials ist im wesentlichen

bestimmt durch den Wert des Widerstandes R1 zwischen den Basen der Transistoren Ts 2 und Ts 2'.

Damit sind auch die zwei Schaltstrecken untereinander

bistabil.

' Die Vorgänge beim Ansteuern der zweiten Schaltstrecke irit den Transistoren TsV und Ts2' über den ¹ Eingang E2 durch ein gegenüber dem negativen

Potential am Emitter des Transistors TsV positives Potential verlaufen sinngemäß ebenso wie für die erste Schaltstrecke beschrieben.

Um sicherzustellen, daß auch bei hochohmiger Last

über die kitend gesteuerte Schaltstrecke ein den

•s leitenden Zustand dieser Schaltstrecke aufrechterhal-

I tender Strom fließt, kann parallel zu jeder Schaltstrecke

U zwischen einem Pol der Speisespannungsquelle und

I dem Verbsndungspunkt A der Schaltstrecken ein I Widerstand R2 bzw. R2' vorgesehen werden, wobei I dann in jedem Schaltzustand der gesamten Schaftung

7 der parallel zur jeweils gesperrten Schaltstrecke

JJ liegende Widerstand Strom führt.

ι Ferner können in bekannter Weise parallel zu den

<ς Schaltstrecken Dioden vorgesehen sein, die beim

', Umschalten der Stromrichtung in einer stark induktiven

Last die Schaltstrecken vor Oberspannungen schützen.

Der bekannte Vorteil der sehr kleinen Steuerleistung ¹ für die als Schaltstrecken verwendeten bistabilen

l Schaltungen besteht selbstverständlich auch für die

I Gesamtschaltung. Da die Schaltstrecken keine Schutzwiderstände enthalten und der einzige Widerstand R 1 ■ nur in einem der zwei Strompfade jeder Schaltstrecke

liegt, ist der resultierende Widerstand der Schaltstrekken nahezu vernachlftssigbar klein.

Die erfjndungsgemäBe bistabile Kippschaltung ist besonders geeignet als Ausgangs-Umschalter für elektronische Relais mit zweiseitiger Ruhelage. Während bei den herkömmlichen mechanischen bipolaren Relais von den dabei lieferbaren Ausführungen mit unterschiedlicher Kontaktlage, nämlich einseitige, zweiseitige und mittlere Ruhelage, die Ausführungen mit

to zweiseitigev Ruhelage die meistverwendeten sind, haben die an Stelle der mechanischen neuerdings verwendeten bipolaren elektronsichen Relais üblicherweise eine Schaltung mit der Eigenschaft einer mittleren Ruhelage wie z. B. das Relais mit der im DE-GM 19 45 240 wiedergegebenen Schaltung mit galvanischer Trennung von Ein- und Ausgang. In einer solchen Relaisschaltung, in der die Steuerspannung zugleich die Speisespannung für einen Oszillator ist und die von diesem abgegebene Leistung zum Steuern des Ausgangsschalters nur klein sein kann, ist der Vorteil der nur sehr kleinen erforderlichen Sttasrleistung der erfindungsgemäßen Kippschaltung von besonderer Bedeutung. Die genannte Schaltung aus dem DE-GM 19 45 240 mit üblichen elektronischen Ausgangsschaltern enthält wie auch andere ähnlich aufgebaute Relais nach den Schaltungen zum Gleichrichten der von den Oszillatoren gelieferten Wechselspannungen Siebglieder, die verhindern sollen, daß der nachfolgende Schalter infolge der Welligkeit der Steuerspannung »flattert«. Selbstverständlich vergrößern diese Siebglieder die Zeitkonstante der Relaisschaltung. Bei Verwendung der erfindungsgemäßen bistabilen Kippschaltung als Ausgangsumschalter in solchen Relaisschaltungen können die Siebglieder entfallen und wegen der dann kleinere Zeitkonstante erlauben diese Relais beträchtlich höhere Schaltfrequenzen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Bistabile, die Stromrichtung in einem Verbraucher umschaltende Kippschaltung mit zwei Schaltstrecken, in der jeder Schaltstrecke ein Steuereingang zugeordnet ist, in der die zwei Schaltstrecken in Reihe an einer Speisespannungsquelle liegen und die Last einerseits am Verbindungspunkt zwischen den Schaltstrecken und andererseits an einem Abgriff mittleren Potentials der Speisespannungsquelle liegt, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schaltstrecke besteht aus zwei zueinander komplementären Transistoren (Ts 1, 7s 2 bzw. Ts V, Ts 2'), daß der Emitter eines ersten Transistors (Ts 1, TsV) jeder Schaltstrecke verbunden ist mit einem der zwei Pole der Speisespannungsquelle (U 1 und U2), daß die Emitter der zweiten Transistoren (Ts 2, Ts2') der Schaltstrecken untereinander verbundsn sind und der. Verbindungspunkt (A) der zwei Schaltstrecken bilden, daß die Basis des ersten Transistors (Ts 1, Ts V) jeder Schaltstrecke verbunden ist mit dem Kollektor des zweiten Transistors (Ts2, Ts 2') derselben Schaltstrecke, daß der Kollektor des ersten Transistors (Ts t, TsV) jeder Schaltstrecke verbunden ist mit der Basis des zweiten Transistors (Ts 2', Ts2) eier jeweils anderen Schaltstrecke, und daß die Basen der zweiten Transistoren (TsI, Ts 2') der Schaltstrecken untereinander über einen Widerstand (Ri) verbunden sind.

2. Bistabile Kippschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß pi/allel zu jeder der zwei Schaltstrecken zwischen einem Pol der Speisespannungsquelle und dem "erbindungspunkt (A) der Schaltstrecken ein Widerstand (R 2 bzw. /? 2') liegt

3. Bistabile Kippschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu jeder der zwei Schaltstrecken zwischen einem Pol der Speisespannungsquelle und dem Verbindungspunkt (A) der Schaltstrecken zumindest eine, in Sperrichtung geschaltete Diode liegt

4. Verwendung der bistabilen Kippschaltung nach Anspruch 1 als Ausgangs-Umschalter in einem elektronischen Relais mit zweiseitiger Ruhelage.