DE2148437C3 - Schaltungsanordnung zur Verbesserung der Kurzschlußfestigkeit von Schaltkreisen vom Typ der Langsamen störsicheren Logik - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Verbesserung der Kurzschlußfestigkeit von Schaltkreisen vom Typ der langsamen störunsicheren Logik, deren Ausgangsschaltverstärker aus zwei Transistoren besteht, von denen je nach Ansteuerung des Ausgangsschaitverstärkers 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 ei.ien ohmschen Widerstand, die Basis des zweiten Transistors und der Kollektor des ersten Transistors über ίο einen gemeinsamen ohmschen Widerstand am anderen Pol der Betriebsspannungsqueüe 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 führen und die Basis des dritten Transistors an eintr Quelle mit einem Ansteuersignal für den Ausgangsschaltverstärker liegt.

Eine solche Schaltungsanordnung ist bekannt und beispielsweise 'in den deutsche Offenlegungsschriften 1901887 und 1 762 963 beschrieben. Der in der deutschen Offenlegungsschrift 1 901 887 beschriebene Schaltkreis vom Typ der langsamen störsicheren Logik (LSL) enthält einen Ausgangsschaltverstärker, von dessen Schaltungsanordnung die vorliegende Erfindung ausgeht.

Die Funktion und die Dimensionierungsvorschriften eines solchen Ausgangsschaltverstärkers sind in der deutschen Offenlegungsschrift 1 762 963 näher beschrieben. Je nach der Ansteuerung an der Basis des obengenannten ersten Transistors ist der eine Transistor gesperrt und der andere leitend oder umgekehrt. Die Ansteuerung erfolgt mit dem obengenannten dritten Transistor, der je nach Schaltzustand über Emitter und Kollektor den ersten oder zweiten Transistor leitend steuert. Der am Emitter des zweiten Transistors liegende ohmsche 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 150 Ohm.

Dieser am Emitter des zweiten Transistors und der am Kollektor des zweiten Transistors liegende ohmsche Widerstand übernehmen gemeinsam den Schutz So des zweiten Transistors für den Fall, daß er in leitendem Zustand ist und 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 mindestens 250 0hm zu erhöhen. Dadurch wird wohl eine Verbesserung der Kurzschlußfestigkeit erreicht, weil der Verstärkerausgang ab einem bestimmten Strom vom Konstantspannungsbetrieb in einen Strorrikonstantbetrieb übergeht. Die Vergrößerung des Widerstandswertes verringert jedoch die am Ausgang verfügbare Spannung für den einen Schaltzustand, in dem der zweite Tran-

sistor leitend ist, und beeinflußt darüber hinaus für den anderen Schaltzustand ungünstig die Ansteuerung des ersten Transistors, der in diesem Schaltzustand leitend sein soll.

Der vorliegenden Erfindung li:gt demgegenüber j die Aufgabe zugrunde, die Kurzschlußfestigkeit zu erhöhen, ohne solche Nachteile in Kauf nehmen zu müssen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei eirer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art erfindungc^cmäß 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 ohm>chen Widerstand mit dem Kollektor des dritten Transistors verbunden ist.

Von dieser prinzipiellen erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sind mehrere Varianten möglich. Beispielsweise kann der Wert des ohmschen Wider- *o Standes 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 *5 Widerstandswert Null zu geben oder weiterhin diesem ohmschen Widerstand und dem am Kollektor anordnung die Kurzschlußfestigkeit erhöht wird, soll des zweiten Transistors liegenden gemeinsam.

Wie nun mit einer erfindungsgemäßen Schaltungsan Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung näher eriäutert werden.

Der Cmitter 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 Betriebsspannungsquelle. Der Kollektor des Transistors 1 ist über die Reihenschaltung einer Diode 7, eines ohmschen 4" 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 10. Der Kollektor des Transistors 2 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.

.Ie nach Ansteuerung des Transistors 3 über den Eingang 13 wird entweder der Transistors 1 oder der Transistor 2 leitend. Dadurch wird der Verstärkerausgang 10 je nach Schaltzustand niederohmig entweder mit dem positiven Pol 6 der Betriebsspannuingsquelle oder mit dem Bezugspotential verbunden. Wenn der Transistor 2 leitend ist, fließt der Ausgangsstiom am Ausgang 10 durch die ohmschen Widerstände 8,9 und 1 ί und über die Emitler-Kol-Icktor-Strecke des Transistors 2. Falls nun am Ausgang 10 ein Kurzschluß auftritt, soll der fließende Kurzschlußstrom über die ohmschen Widerstände 8 und 9 einen 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 2 steigt so lange an, bis der Spannungsabfall un den Widerstandene und9 auf die Zenerspannung der Diode 7 abgesunken ist. Der bis zu diesem Punkt am Ausgang 10 herrschende Spannungskonstantbetrieb geht in einen Stromkonslantbetrieb 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 Widerstands und die Diode 7 geöffnet. Der Widerstand S ist aber hochohmig, so daß dieser Zusatzstrom in erster Näherung vernachlässigt werden darf. Da so der im Schaltkreis im Kurzschlußfall mögliche Leistungsverbrauch begrenzt werden 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 obecen Spannungspegel am Verstärkerausgang 10 ist neben der Spannung der Betriebsspannungsquelle die Widerstandssumme der ohmschen Widerstände 8, 9 und 11 bei Vernachlässigung des ohmschen Widerstandes der Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors 2 maßgebend.

3. Die Kurzschlußsicherung wird durch eine Mindestgröße der ohmschen Widerstände 8 und 9 gewährleistet.

Angesichts dieser drei Kriterien sind die oben geschilderten Varianten der in der Zeichnung dargestellten erfindungsgemäßen prinpiellen Schaltungsanordnung möglich. Für ein Berechnungsbeispiel soll die Variante gewählt werden, daß die beiden ohmschen Widerstände 11 und 12 den Wert Null haben. Weiterhin soll als Voraussetzung genommen werden, daß der ohmsche Widerstand 8 den Wert von 100 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 20 mA betragen soll. Der ohmsche Widerstand der Emitler-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 Snannunusabfall

hervor, daß über die Diode 7 das Potential an der Basis des Transistors 2 abgesenkt werden kann. Die Strombegrenzung beginnt dann, wenn die Zencrspannung der Diode 7 gleich der Summe der Emitler-Basis-Spannung am Transistor 2 und des Spannungsabfalls an den ohmschen Widerständen 8 und 9 ist. Daraus folgt für den klcinstcns Widerstandswert der Summe der ohmschen Widerstände 8 und 9 ein Wert von 300 0hm. Vorausgesetzt sind dabei eine Zcncrspannung von 6,7 V und eine Emitter-Basis-Spaniumg am Transistor 2 von etwa 0,7 V beim Ausgangsstrom von 20 niA. Wenn man für den Fall eines Aufbaues in integrierter Schaltung die zulässigen Fcrtigungstolcranzcn der ohmschen Widerstände ( + 25 ",Ό) berücksichtigt, so wird der Nominalwert der Summe der beiden ohmschcn Widerstände 8 und 9 400 Ohm betragen, d. h., es ergibt sich für den ohmschcn Widerstand 9 ein Wert von 300 0hm.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Verbesserung der Kurzschluüfestigkeit von Schaltkreisen vom Typ der langsamen störsicheren 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 erstell 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 führen und die Basis des dritten Transistors an einer Quelle mit einem Ansteuersignal für den Ausgangsschaltverstärker liegt, dadurch gekennzeichnet, daß der ohmsche Widerstand zwischen dem Verstärkerausgang (10) und dem Emitter des zweiten Transistors (2) aus zwei in Reihe geschalteten ohmschen Widerständen (8, 9) besteht, deren Verbindungspunkt über einen weiteren ohmschen Widerstand (12) mit dem Kollektor des dritten Transistors (3) verbunden ist.

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 (10) liegende ohmsche Widerstand (8) den Wert Null hai.