DE2148437A1

DE2148437A1 - Schaltungsanordnung zur verbesserung der kurzschlussfestigkeit von schaltkreisen vom typ der langsamen stoersicheren logik

Info

Publication number: DE2148437A1
Application number: DE2148437A
Authority: DE
Inventors: Heinz Dipl Phys Zietemann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-09-28
Filing date: 1971-09-28
Publication date: 1973-04-12
Also published as: JPS4843258A; FR2155316A5; GB1406295A; IT967913B; US3792291A; NL7213000A; AT313413B; DE2148437C3; DE2148437B2; CA977042A; JPS5619133B2; CH552307A; SE374631B

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT München 2,

Berlin und München Witteisbacherplatz 2

VPA 71/1154

eingegangen mAij:u ^{p 2148 437}·⁷

Schaltungsanordnung zur Verbesserung der Kurzschlußfestigkeit von Schaltkreisen vom Typ der Langsamen jstörsicheren Logik

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Verbesserung der KurzSchlußfestigkeit von Schaltkreisen vom Typ der Langsamen ρ torsicheren Logik, deren Ausgangsschaltverstärker aus zwei Transistoren besteht, von denen Je nach Ansteuerung des Ausgangsschal tverstärkers einer leitend und einer gesperrt ist und die den Verstärkerausgang Je nach dem Schaltzustand niederohmig entweder mit dem Bezugspotential und damit mit dem einen Pol einer Betriebsspannungsquelle oder mit dem anderen Pol der Betriebsspannungsquelle verbinden, zu welchem Zweck der Verstärkerausgang über eine Diode mit dem Kollektor eines ersten Transistors und über einen ohmschen Widerstand mit dem Emitter eines zweiten Transistors vom gleichen Typ verbunden ist, der Kollektor des zweiten Transistors über einen ohmschen Widerstand, die Basis des zweiten Transistors und der Kollektor des ersten Transistors über einen gemeinsamen ohmschen Widerstand am anderen Pol der Betriebsspannungsquelle liegen und der Emitter des ersten Transistors direkt und die Basis des ersten Transistors über einen ohmschen Widerstand mit dem Bezugspotential in Verbindung stehen, wobei die Basis des ersten Transistors zum Emitter eines dritten Transistors

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vom gleichen Typ und der Emitter dee zweiten Transistors zum Kollektor des dritten Transistors führen und die Basis des dritten Transistors an einer Quelle mit einem Ansteuersignal für den Ausgangsschaltverstärker liegt.

Eine solche Schaltungsanordnung ist bekannt und beispielsweise in den EpSet-1 9o1 887,und 1 762 963 beschrieben. Der in der

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DOS 1 9o1 882 beschriebene Gatterschaltkreis vom Typ der Langsamen Störsicheren Logik (LSL) enthält einen Ausgangsschaltverstärker, von dessen Schaltungsanordmxng die vorliegende Erfindung ausgeht.

Die Funktion und die Dimensionierungsvorschriften eines solchen Ausgangsschaltverstärkers sind in der DOS 1 762 963 näher beschrieben. Je nach der Ansteuerung an der Basis des oben genannten ersten Transistors ist der eine Transistor gesperrt und der andere leitend oder umgekehrt. Die Ansteuerung erfolgt mit dem obengenannten dritten Transistor, der je nach Schalt- zustand über Emitter und Kollektor den ersten oder zweiten Transistor leitend steuert. Der am Emitter des zweiten Transistors liegende ohmsehe Widerstand ist als Maßnahme zur Unterdrückung von Störschwingungen am Ausgang vorgesehen. Die Dimensionierung dieses ohmschen Widerstandes hängt dabei von der Dimensionierung des gesamten Ausgangsschaltverstärkers und von der kapazitiven Komponente der Belastung am Ausgang ab. Der Widerstandswert übersteigt dabei nicht 15o Ohm (siehe Seite 4 der DOS 1 762 963).

Dieser am Emitter des zweiten Transistors und der am Kollektor des zweiten Transistors liegende ohmsche Widerstand übernehmen gemeinsam den Schutz des zweiten Transistors für den Fall, daß er in leitendem Zustand ist \ind am Verstärkerausgang ein Kurzschluß auftritt. Für den Maximalwert des einen ist allerdings die obengenannte Grenze und für beide zusammen eine obere Grenze dadurch gegeben, daß der statische Innenwiderstand des Ausgangsschaltverstärkers möglichst klein sein soll. Die Kurzschlußfestigkeit des Ausgangsschaltverstärkers ist damit verhältnismäßig beschränkt.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, den Wert des am Emitter des zweiten Transistors liegenden ohmschen Widerstandes auf

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aindestens 25o Ohm zu erhöhen. Dadurch wird wohl eine Verbesserung der Kurzsehlußfestigkeit erreicht, weil der Verstärkerausgang ab einem bestimmten Strom rom Konstantspannungsbetrieb in einen Stromkonstantbetrieb übergeht. Die Vergrößerung des Widerstandswertes verringert jedoch die am Ausgang verfügbare Spannung für den einen Scheitzustand, wo der zweite Transistor leitend isti und beeinflußt darüberhinaus für den anderen Schaltzustand ungünstig die Ansteuerung des ersten Transistors, der in diesem Schalt— zustand leitend sein soll.

Der vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, die Kurzsehlußfestigkeit zu erhöhen, ohne solche Nachteile in Kauf nehmen zu müssen..

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der ohmsche Widerstand zwischen dem Verstärkerausgang und dem Emitter des zweiten Transistors aus zwei in Reihe geschalteten ohmschen Widerständen besteht, deren Verbindungspunkt über einen weiteren ohmschen Widerstand mit dem Kollektor des dritten Transistors verbunden ist.

Von dieser prinzipiellen erfindungsgemäßen Schaltμngsanordnung sind mehrere Varianten möglich. Beispielsweise kann der Wert des ohmschen Widerstandes am Kollektor des zweiten Transistors oder der des am Kollektor des dritten Transistors oder der Wert dieser beiden ohmschen Widerstände Null sein. Daneben besteht auch die Möglichkeit, dem am Verstärkerausgang liegenden ohmschen Widerstand den Widerstandswert Null zu geben oder weiterhin diesem ohmschen Widerstand und dem am Kollektor des zweiten Transistors liegenden gemeinsam.

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Wie 'nun mit einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung die Kurzschlußfestigkeit erhöht wird, soll anhand eines in.der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung näher erläutert werden.

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Der Emitter eines Transistors 1 vom npn-Typ liegt auf Bezugspotential. Die Basis ist über einen ohmschen Widerstand 4 mit dem Bezugspotential verbunden. Der Kollektor liegt über einen ohmschen Widerstand 5 am positiven Pol 6 einer Betriebs-Spannungsquelle. Der Kollektor des Transistors 1 ist über die Reihenschaltung einer Diode 7» eines ohmschen Widerstandes 8 und eines weiteren ohmschen Widerstandes 9 mit dem Emitter eines Transistors 2 vom npn-Typ verbunden. Der Verbindungspunkt der Diode 7 mit dem.ohmschen Widerstand 8 liegt an einem Verstärkerausgang 1o. Der Kollektor des Transistors ist über einen ohmschen Widerstand 11 mit dem positiven Pol 6 der Betriebsspannungsquelle und die Basis über den ohmschen Widerstand 5 mit diesem Pol 6 verbunden. Der Verbindungspunkt der beiden ohmschen Widerstände 8 und 9 liegt über einen ohmschen Widerstand 12 am Kollektor eines Transistors 3 vom npn-Typ. Dessen Emitter ist mit der Basis des Transistors 1 verbunden. Die Basis des Transistors 3 liegt an einem Eingang 13. Die Diode 7 ist so gepolt, daß mit den Emitter-Kollektor-Strecken der Transistoren 1 und 2 ein durchgehender leitungszug gebildet ist.

Je nach Ansteuerung des Transistors 3 über den Eingang 13 wird entweder der Transistors 1 oder der Transistor, 2 leitend. Dadurch wird der Verstärkerausgang 1o je nach Schaltzustand niederohmig entweder mit dem positiven Pol/der Betriebsspannungsquelle oder mit dem Bezugspotential verbunden. Wenn der Transistor 2 leitend ist, fließt der Ausgangsstrom am Ausgang 1o durch die ohmschen Y/iderstände 8, 9 und 11 und über die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors 2. Falls nun am Ausgang 1o ein Kurzschluß auftritt, soll der fließende Kurzschlußstrom über die ohmschen Widerstände 8 und 9 einen

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solchen Spannungsabfall erzeugen, daß an der Diode 7 die Sperrspannung "bzw. Zenerspannung erreicht wird. Zur genauen Berechnung muß noch die Basis-Emitter-Flußspannung des Transistors 2 "berücksichtigt werden. Bei Überschreiten dieser Zenerspannung wird die Diode 7 entgegen ihrer normalen Leitungsrichtung leitend. Dadurch wird das Potential an der Basis des Transistors 2 abgesenkt, und der Transistor 2 geht dabei vom gesättigten Zustand in den ungesättigten über. Der Widerstand der Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors steigt so lange an, bis der Spannungsabfall an den Widerständen 8 und 9 auf die Zenerspannung der Diode 7 abgesunken ist. Der bis zu diesem Punkt am Ausgang 1o herrschende Spannungskonstantbetrieb geht in einen Stromkonstantbetrieb über. Die beim Kurzschlußfall mögliche Leistung wird auf einen Wert begrenzt, der durch die Dimensionierung der ohmschen Widerstände 8 und 9 bestimmt werden kann. Durch diese Maßnahmen wird ein zusätzlicher Strompfad über den Widerstand 5 und die Diode 7 geöffnet. Der Widerstand 5 ist aber hochohmig, so daß dieser Zusatzstrom in erster Näherung vernachlässigt werden darf. Da so der im Schaltkreis im Kurzschlußfall mögliche Leistungsverbrauch begrenzt v/erden kann, ist ein hinreichender Schutz für den Schaltkreis gewährleistet.

Damit aber diese Kurzschlußsicherung die Ausgangsleistung im Normalfall nicht beeinträchtigt, müssen bei der Dimensionierung der ohmschen Widerstände folgende Kriterien erfüllt werden:

1. Die richtige Ansteuerung des Transistors 1 über den Transistor 3 erfordert eine bestimmte, dem Fachmann geläufige Summe der ohmschen Widerstände 8 und 12.

2. Für den oberen Spannungspegel am Verstärkerausgang 1o ist neben der Spannung der Betriebsspannungsquelle die Wider-

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standssumae der ohmsehen Widerstände 8, 9 und 11 bei Vernachlässigung des olraschen Widerstandes der Emitter-Kollektor -S trecke des Transietors 2 maßgebend.

3. Me Xurzsehlußsieherung wird durch eine MindestgröSe der ohmschen Widerstände 8 und 9 gewährleistet.

Angesichts dieser drei Kriterien sind die oben geschilderten Varianten der in der Zeichnung dargestellten erfindungsgemäßen prinzipiellen Schaltungsanordnung möglich. Pur ein Berechnungsbeispiel soll die Variante gewählt werden, daß die beiden ohmsehen Widerstände 11 und 12 den Wert Null haben. Weiterhin soll als Voraussetzung genommen werden, daß der ohmsche Widerstand 8 den Wert von 1oo Ohm hat, daß die Summe der ohmschen Widerstände 8 und 9 möglichst klein sein soll und der maximale Kurzschlußstrom ohne Berücksichtigung des Zusatzstromes über den ohmschen Widerstand 5 und die Diode 7 2o mA betragen soll. Der ohmsche Widerstand der Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors 2 soll im gesättigten Zustand des Transistors 2 vernachlässigbar sein. Die Strombegrenzung und damit die Kurzschlußsicherung wird erreicht durch Überführen des Transistors 2 in den ungesättigten Zustand. Der Strom durch die ohmschen Widerstände 8 und 9 ruft einen solchen Spannungsabfall hervor, daß über die Diode 7 das Potential an der Basis des Transistors 2 abgesenkt werden kann. Die Strombegrenzung beginnt dann, wenn die Zenerspannung der Diode 7 gleich der Summe der Emitter-Basis-Spannung am Transistor 2 und des Spannungsabfalls an den ohmschen'Widerständen 8 und 9 ist. Daraus folgt für den kleinsten Widerstandswert der Summe der ohmschen Y/iderstände 8 und 9 ein Wert von 3oo Ohm. Vorausgesetzt sind dabei eine Zenerspannung von 6,7V und eine Emitter-Basis-Spannung am Transistor 2 von ca. o,7 V beim Ausgangsstrom von 2ο mA. Wenn man für den Fall eines Aufbaues in Integrierter Schaltung die zulässigen Fertigungstoleranzen

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der ohmschen Widerstände (T 25 f») "berücksichtigt, so wird der Nominalwert der Summe der beiden ohmschen Widerstände 8 und 9 4oo Ohm betragen, d.h., es ergibt sich für den ohmschen Y/iderstand 9 ein Wert von 3oo Ohm.

4 Patentansprüche
1 Figur

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Claims

Patentansprüche

1. Schaltungsanordnung zur Verbesserung der Kurzschlußfestig-

keit von Schaltkreisen vom Typ der langsamen ptörsicheren Logik, deren Ausgangsschaltverstärker aus zwei Transistoren besteht, von denen je nach Ansteuerung des Ausgangsschaltverstärkers einer leitend und einer gesperrt ist und die den Verstärkerausgang je nach dem Schaltzustand niederohmig entweder mit dem Bezugspotential und damit mit dem einen Pol einer Betriebsspannungsquelle oder mit dem anderen Pol der Betriebsspannungsquelle verbinden, zu welchem Zweck der Verstärkerausgang über eine Diode mit dem Kollektor eines ersten Transistors und über einen ohmschen Widerstand mit dem Emitter eines zweiten Transistors vom gleichen Typ verbunden ist, der Kollektor des zweiten Transistors über einen ohmschen Widerstand, die Basis des zweiten Transistors und der Kollektor des ersten Transistors über einen gemeinsamen ohmschen Widerstand am anderen Pol der Betriebsspannungsquelle liegen und der Emitter des ersten Transistors direkt und die Basis des ersten Transistors über einen ohmschen Widerstand mit dem Bezugspotential in Verbindung stehen, wobei die Basis des ersten Transistors zum Emitter eines dritten Transistors vom gleichen Typ und der Emitter des zweiten Transistors zum Kollektor des dritten Transistors

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führen und die Basia des dritten Transistors an einer Quelle mit einem Ansteuersignal für den Ausgangsschaltverstärker liegt, dadurch gekennzeichnet, daß der ohms ehe Widerstand zwischen «Lern Verstärkerausgang (1o) und dem Emitter des zweiten Transitors (2) aus zwei in Reihe geschalteten ohmschen Widerständen (8,9) besteht, deren Verbiridungspunkt über einen weiteren ohmschen Widerstand (12) mit dem Kollektor des dritten Transistors (3) verbunden ist.

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2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der ohmsche Widerstand (11) am Kollektor des zweiten Transistors (2) den Wert Null hat.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der ohmsche Widerstand (12) am Kollektor des dritten Transistors (3) den Wert Null hat.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der am Verstärkerausgang (io) liegende ohmsche Widerstand (8) den Wert Null hat.

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