DE2233612B2 - Endstufe für einen Prüfsignalgeber - Google Patents

Description

Zur Prüfung von elektrischen logischen Schaltun- Die Erfindung wird durch drei. Figuren, die sich auf gen werden, insbesondere wenn die Prüfung automa- ein Ausführungsbeispiel beziehen, näher erläutert,
tisiert werden soll, zwischen der internen Logik des 50 Fig. 1 stellt das Prinzipschaltbild eines Prüfsignal-Prüfautomaten und der zu prüfenden logischen gebers nach der Erfindung dar; in
Schaltung sichere und schnelle Prüfsignalgeber be- Fig. 2 ist ein Schaltbild des Prüfsignalgebers mit nötigt. Diese dienen vor allem auch als Pegelumset- einzelnen Schaltelementen dargestellt; in
zer zwischen den Pegeln der Logik des Prüfauto- F i g. 3 ist in zwei Diagrammen die Stromverteilung maten und den verschiedensten Pegeln bekannter 55 und die Verteilung der Verlustleistung auf den Familien logischer Schaltkreise. Außerdem müssen Ausgangstransistor der Konstantstromquelle und die Prüfsignalgeber der zu erwartenden Fehlervielfalt einen parallel dazu liegenden Schutzwiderstand geder Prüflinge angepaßt sein. zeigt.

In der Zeitschrift »messen+ prüfen«, 6. Jahrgang, InFig. 1 ist die Prinzipschaltung eines Prüfsignal-Heft 5, 1970, S. 384 und in der Zeitschrift »Nach- 60 gebers als Gegentaktschaltung zu erkennen. Ein Einrichtentechnik«, 20 (1970), Heft 4, S. U 28, ist ein gangsumschalter, der aus einem Umschaltkontakt r Prüfgerät für digitale integrierte Schaltkreise be- eines Relais R besteht, steuert je nach Eingangspegel schrieben, das eine Puffer- oder Endstufe aufweist, an einem Eingang E eine von zwei Steuerstromqueldie zur Leistungsverstärkung und zur Anpassung der lenSQl und 5QO an. Die Ansteuerung ist so einge-Pegel des Prüfsignals an die jeweiligen Prüflinge 65 richtet, daß bei eingangsseitigem, der logischen »1« dient. Die Endstufe weist zu diesem Zweck einen entsprechendem Pegel, beispielsweise 2,4 V, die Transistor auf, der einen Spannungsteiler speist, an Steuerstromquelle 5Ql eingeschaltet ist. Bei einem dem der Pegel eingestellt werden kann. der logischen »0« entsprechenden Pegel, beispiels-

weise 0,4 V, sei die Steuerstromquelle 5Q0 eingeschaltet. Die Steuerstromquelle SQ1, die mit einer Seite auf einem festen Potential von +30V liegt, ist mit einer Konstantstromquelle KSl steuermäßig verbunden. Die Konstantstromquelle KSl »schwimmt« s auf der Spannung einer Spennungsquelle UL. Ihre Versorgungsspannung bezieht sie aus einer besonderen Hilfsspannungsquelle Vl mit einer Spannung von beispielsweise —3 V. Die Steuerstromquelle SQ 0 ist mit dem Steuereingang einer Konstantstromquelle KSO verbunden, die ihrerseits auf der Spannung einer einstellbaren Spannungsquelle UH »schwimmt«. Ihre Betriebsspannung bezieht sie aus einer Hilfsspannungsquelle VO mit einer Betriebsspannung von + 3V. Im Stromkreis der Konstantstromquelle KSO liegt eine Schaltdiode D 6. In Serie mit dieser Schaltdiode D 6 liegt eine zweite Diode D 7 und die Ausgangsklemmen des Prüfsignalgebers. Entsprechend sind auf der unteren Hälfte der Gegentaktschaltung zwei Dioden D 8 bzw. D 9 vorgesehen. Der Strom der Konstantstromquelle teilt sich am Verbindungspunkt der Dioden D 6 und D 7 je nach Größe eines Belastungswiderstandes RL an der Ausgangsklemme A des Signalgebers in einen Laststrom/LO und einen StromIRO auf. Mit dem TeilstromIRO wird die _a5 Diode D 6 in Durchlaßrichtung geschähet und damit die Spannung der Spannungsquelle UH an die Ausgangsklemme A gelegt. Für den Leerlauffall ist /LO = O und IRQ gleich dem Konstantstrom /0 der Konstantstromquelle KSO. Wird dagegen der Strom durch den Lastwiderstand gleich dem Konstantstrom / 0, so wird der Strom IR 0 = 0. Die gleichen Betrachtungen gelten auch für den unteren Teil der Gegentaktschaltung, nur jeweils mit umgekehrten Stromrichtungen, wie durch die Pfeile angedeutet ist. Dort ist der Laststrom IL1 und der Strom IR 1 durch die Diode D 8 gleich dem Strom /1 der Konstantstromquelle KSl. Werden die Diodenströme IR 0 bzw. IRl zu Null, so sperren die Dioden D6 bzw. D 8 und trennen damit die Ausgangsklemme A von den Spannungsquellen UH bzw. UL ab. Die Konstantstromquellen KSO bzw. KSl sind so ausgelegt, daß sie die im Kurzschluß maximal auftretende Verlustleistung aufnehmen können.

Wie aus der Fig. 1 ersichtlich, steuert die Steuerstromquelle SQ1 die Konstantstromquelle KSl und die Steuerstromquelle SQO die Konstantstromquelle KSO. Daraus ergibt sich eine Invertierung der logischen Zustände der ersten Stufe der Gegentaktschaltung gegenüber der zweiten. Wird die Spannungsquelle UH an den Ausgang durchgeschaltet, so kann der Ausgang nur Strom abgeben. Liegt dagegen die Spannungsquelle UL an der Ausgangsklemme A an, so nimmt diese nur Strom auf.

In der F i g. 2, mit der das Ausführungsbeispiel näher erläutert wird, ist der Eingangsumschalter r der Fig. 1 mit zwei Transistoren Γ1 und 72 verwirklicht. Die Transistoren Tl und Tl werden über ein Ansteuernetzwerk, das aus einem Widerstand R1, einer DiodeDl, einem Widerstand R1, zwei KendensatorenCl und Cl und zwei weiteren Dioden Dl und DT) sowie einem KondensatorC3 besteht, von der Eingangsklemme E aus angesteuert. Die Widerstände Rl und Rl bilden einen Spannungsteiler, dessen Teilwiderstände durch die Diode D1 miteinander verbunden sind. Mit Hilfe dieses Spannungsteilers werden die logischen Pegel, aus denen die Eingangsspannung am Eingang E besteht, an die zulässigen Basis·Emitter-Spannungen der Transistoren Tl und 72 angepaßt. Dabei dient die Diode Dl zur Potentialverschiebung zwischen den beiden Basiselektroden der Transistoren Tl und Tl. Die Transistoren ?'l und Tl weisen wie alle Transistoren im leitenden Zustand eine nicht mehr zu vernachlässigende Eingangskapazität auf. Für die Verarbeitung von höheren Frequenzen ist deshalb eine Frequenzkompensation notwendig, um das Übertragungsverhalten der Transistoren zu verbessern. Der Widersand R1 und der Kondensator C1 bilden deswegen mit der Eingangskapazität des Transistors Tl und seinem Eingangswiderstand einen frequenzkompensierten Spannungsteiler. Entsprechendes gilt für den Widerstand R1 und den Kondensator C 2 im Hinblick auf den Transistor Γ 2. Die Transistoren Tl und Tl und ihr Ansteuernetzwerk sind so ausgelegt, daß sie. um gute Schalteigenschaften zu erhalten, von den anfallenden Eingangspegeln etwas übersteuert werden. Die Dioden D 2 und D 3 schützen dabei die Transistoren 71 und Tl vor zu großer Übersteuerung, die das Schaltverhalten wieder beeinträchtigen könnte. Speziell das Abschaltverhalten der Transistoren Tl und Tl wird durch den die beiden Kollektoren der Transistoren Tl und Tl verbindenden Kondensator C 3 verbessert. Über einen Widerstand R 3 und einen diesem Widerstand parallelliegenden Kondensator CA steuert der Transistor Tl die Basiselektrode eines Transistors Γ 3 an. Dieser bildet zusammen mit dem Ansteuernetzwerk und zwei weiteren Widerständen R4 und RS die Stromquelle SQ1 der F i g. 1. Die Betriebsspannung dieser Stromquelle beträgt im Ausführungsbeispiel —30 V. Damit geben die Widerstände R 3 und RA einen Kollektorstrom von ungefähr 10 mA für Π vor. Dieser Strom ruft am Widerstand R 4 einen Spannungsabfall von ungefähr 1,5 V hervor. Dadurch wird der Transistor Γ3 leitend. Der Kollektorstrom des Transistors T 3 erreicht dabei nur etwa 4 mA, weil er durch den Spannungsabfall am Emitterwiderstand R 5 des Transistors Γ3 begrenzt wird (Stromgegenkopplung). Der Kondensator C 4 dient zur Frequenzkompensation der Eingangskapazität des Transistors Γ3. Entsprechend wird vom Transistor Tl über ein gleichartiges Netzwerk aus einem Widerstand R6 und einem Kondensator C 5 die Stromquelle SQO angesteuert, die aus einem Transistor TA mit den zusätzlichen Widerständen/?? und /?8 besteht. Die Betriebsspannung dieser Stromquelle SQ 0 beträgt —30 V. Beide im Gegentakt wirkenden Stromquellen SQl un^ SQO sind zwischen den Kollektoren der beiden Transistoren Γ3 und TA durch einen Kondensator C6 miteinander verbunden. Dieser Kondensator dient zur Schwingneigungsunterdrückung und zur Symmetrierung des Schaltverhaltens der Transistoren 73 und TA. Der Kollektorstrom/S1 des Transistors Ti steuert die Konstantstromquelle KSO, die im wesentlichen aus den Transistoren 79 und Γ 8 und zwei Widerständen R15 und R17 besieht. Die Konstantstromquelle XSO wird von einem aus einem Transistor 710, zwei Widerständen R16 und /?18 und einer Diode D 5 bestehenden Schutzschalter überbrückt. Dieser Schutzschalter wird gleichzeitig mit der Konstantstromquelle vom Strom/Sl über den Widerstand R16 angesteuert. Wie aus der Figur ersichtlich ist, lägen die Basis-Emitter-Strecken der Transistoren 79 und 710 ohne die Widerstände R15 und R16 direkt parallel. Die Basis-Emitter-Span-

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nungen bei Transistoren können jedoch sehr stark ter-Spannung für den Transistor Γ 8 führt. Dieser streuen. Dabei würde sich der Steuerstrom/51 sehr Transistor wird dadurch in seiner Leitfähigkeit geunterschiedlich und zufällig auf die Transistoren T 9 steigert und leitet gerade so viel Basisstrom für den und TlO aufteilen. Um dies zu verhindern, ist neben Transistor Γ9 ab, daß die Summe des durch RV7 den Widerständen R15 und R16 noch ein Wider- 5 fließenden Stromes wieder ungefähr 50 mA wird. Dastand R14 vorgesehen. Diese drei Widerstände er- mit wird eine durch zwei Diagramme in Fig. 3 erzwingen eine definierte Aufteilung der Basisströme läuterte Stromregelung erreicht. Der Widerstand R18 der Transistoren Γ 9 und TlO. ist so ausgelegt, daß bei einem extremen Kurzschluß-

Der durch den Widerstand R15 fließende Teil des fall, bei dem die Spannung UL — — 30 V betragen von der Stromquelle SQ1 ausgehenden Stromes/51 io soll und die Ausgangsklemme mit einer Spannung steuert den Transistor Γ 9 in den leitfähigen Zustand. von + 30 V belegt ist, gerade 50 mA durch den Wi-Es beginnt ein Kollektorstrom /1 über eine Diode D 8 derstand fließen. Der Kollektorstrom des Transistors zu fließen, die mit dem Kollektor in Verbindung T 9 wird dann zu Null. Der Transistor T 8 hält in steht. Der Stromkreis ist über die nicht näher dar- Verbindung mit dem Widerstand R17 den Strom gestellten Quellen für eine einstellbare Spannung UL 15 durch diesen Widerstand konstant auf 50 mA und und eine Betriebsspannung für die Konstantstrom- wirkt jeder Erhöhung durch entsprechende Drossequelle KSO von — 3 V geschlossen. Der über die lung der Leitfähigkeit des Transistors Γ 9 entgegen. Diode D 8 fließende Strom kann jedoch nur eine Die anfallende Verlustleistung beträgt maximal etwa Stärke von etwa 50 mA erreichen, weil der durch 3 W und wird derart auf den Transistor Γ 9 und den ihn an dem Emitterwiderstand R17 des Transistors 20 Widerstand R18 verteilt, daß der Transistor Γ 9 ge- T 9 hervorgerufene Spannungsabfall den Transistor nügend geschützt ist. Die Diode D 5, welche die Basis Γ 8 öffnet Dadurch wird ein Teil des Stromes aus des Transistors Γ10 und seinen Kollektor verbindet, .R15 über den Transistor T 8 abgeführt. Der Tran- wirkt einer zu starken Sättigung des als Schalter besistor T 9 bekommt deshalb mit Hilfe des Transistors triebenen Transistors entgegen.
T 8 immer wieder nur einen Basistrom solcher Stärke, 25 Die gleichen Betrachtungen gelten für eine im Gedaß sein Kollektorstrom um 5OmA beträgt. Die gentakt zu der Konstantstromquelle KSQ geschaltete Transistoren T 8 und Γ 9 bilden demnach zusammen Konstantstromquelle KSl, die aus den Transistoren eine Strornregelschaltung, die sicherstellt, daß die T5 und Γ6 und den Widerständen R9, RIO, RU Konstantstromquelle KSO einen konstanten Strom und RlZ besteht. Ihr liegt ein Schalttransistor Γ 7 abgibt. 30 und ein Widerstand R13 parallel. Eine Diode D 4 hat

Ein durch den Widerstand R16 fließender Teil des für den Transistor Γ 7 die gleiche Bedeutung wie die Stromes/Sl schaltet den Transistor Γ10 ein, so daß Diode D 5 für den Transistor Γ10. Die Konstantder Widerstand R18 praktisch parallel zur Kollektor- stromquelle KSl schaltet eine Diode D 6, die über Emitter-Strecke des Transistors Γ 9 liegt. Die KoI- eine weitere Diode D 7 an der Ausgangsklemme A lektor-Emitter-Spannung UCE des Transistors Γ 9 be- 35 liegt. Mit Hilfe der Diode D 6 wird eine einstellbare trägt im normalen Betriebsfall nur etwa 1,7 V. Da- Spannung UH an die Ausgangsklemme A durchgemit wird durch den für den Widerstand R18 festge- schaltet. Die Betriebsspannung für die Konstantlegten Widerstandswert ein Strom von etwa 1,4 mA stromquelle KSl beträgt +3 V. Mit dieser Betriebsdurch den Widerstand fließen. Im Falle eines Kurz- spannung »schwimmt« die Konstantstromquelle KSl Schlusses an der Ausgangsklemmen, die über eine 4° auf der veränderlichen Spannung UH.
weitere Diode D 9 mit der Diode D 8 verbunden ist, In der F i g. 3 ist im oberen Diagramm das ent- bzw. beim Einspeisungsfall vom Ausgang her, kann gegengesetzte Verhalten der Ströme durch die Trandie Kollektor-Emitter-Spannung des Transistors T 9 sistoren Γ 6 bzw. Γ 9 und durch die Widerstände R13 jedoch erheblich größer werden. Im Beispiel bis zu bzw. i?18 bei einer wachsenden Spannung über den 60 V, je nach Art des Kurzschlusses. Das würde be- 45 Transistoren dargestellt. Im unteren Diagramm ist deuten, daß jetzt durch den Widerstand R18 ein eine Verteilung der Verlustleistungen in den Widererheblich größerer Strom fließt, der sich am Emitter ständen R13 bzw. R18 gegenüber der Verlustleistung des Transistors T 9 zu dem Kollektorstrom des Tran- in den Transistoren T 6 bzw. T 9 über den gleichen sistors T 9 hinzuaddiert. Durch den Widerstand R17 Spannungsanstieg zu sehen. Es ist vor allem im unterließt nun ein Strom, der sich aus dem Strom /1 und 5° ren Diagramm zu sehen, daß die Transistoren Γ6 und diesem erhöhten Strom zusammensetzt, was zu einer Γ 9 durch die erreichte Stromverteilung geschützt am Widerstand R17 abfallenden höheren Basis-Emit- sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1 ^ 2 Die bei den Prüflingen auftretenden Fehler kön- Patentansprüche: nen den Ausgang der Endstufe in manchen Fällen auch kurzschließen. Bei Programmierungsfehlern

1. Endstufe mit einer einstellbaren Spannungs- kann es auch vorkommen, daß vom Prüfling eine quelle für einen Prüf Signalgeber, dadurch ge- f Spannung in die Endstufe zurückgespeist wird,
kennzeichnet, daß eine Klemme der einstell- Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine baren Spannungsquelle (UH) über zwei entgegen- Endstufe mit einer einstellbaren Spannungsquelle für gesetzt in Reihe geschaltete Dioden (D 6, D 7) an einen Prüfsignalgeber zu schaffen, die praktisch kurzder Ausgangsklemme (A) der Endstufe liegt und schluß- und rückspeisungsfest ist. Dies wird gemäß der unmittelbar an die Spannungsquelle (UH) an- io der Erfindung dadurch erreicht, daß eine Klemme der grenzenden, bezüglich letzterer in Sperrichtung einstellbaren Spannungsquelle über zwei entgegengeschalteten Diode (D 6) eine von Prüfimpuisen gesetzt in Reihe geschaltete Dioden an der Ausgangsein- und ausschaltbare Konstantstromquelle klemme der Endstufe liegt und der unmittelbar an (KSO) mit in Durchlaßrichtung dieser Diode die Spannungsquelle angrenzenden, bezüglich letzte-(D 6) fließendem Strom in Reihe mit einer zwei- 15 rer in Sperrichtung geschalteten Diode eine von Prüften, festen Hilfsspannungsquelle (FO) parallel impulsen ein- und ausschaltbare Konstantstromgeschaltet ist. quelle mit in Durchlaßrichtung dieser Diode fließen-

2. Prüfsignalgeber nach Anspruch 1, dadurch dem Strom in Reihe mit einer zweiten, festen Hilfsgekennzeichnet, daß ein zweiter Priifsignalgeber spannungsquelle parallel geschaltet ist.

mit umgekehrt gepolten Spannungsquellen (UL, ao Zweckmäßig ist an die Ausgangsklemme des Prüf-

Fl,) und Dioden (D 8, D 9) an die Ausgangs- Signalgebers ein zweiter Prüf Signalgeber mit umge-

klemme (A) angeschlossen ist. kehrt gepolten Spannungsquellen und Dioden nach

3. Prüfsignalgeber nach Anspruch 2, dadurch Art einer Gegentaktschaltung angeschlossen. Beide gekennzeichnet, daß die beiden Konstantstrom- Konstantstromquellen der Gegentaktschaltung sind quellen (KSO, KSl) jeweils von einer zweier wei- 25 bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung jeweils terer Stromquellen (SQd, SQl) gesteuert sind, von der einen zweier weiterer Stromquellen gesteuert, die abhängig von zwei verschiedenen Eingangs- die ihrerseits abhängig von zwei verschiedenen Einpegeln (UE) über einen Transistorumschalter gangspegeln über einen Transistorumschalter abwech-(Tl, T2) abwechselnd einschaltbar sind. selnd einschaltbar sind.

4. Priifsignalgeber nach Anspruch 1 oder einem 30 Mit Vorteil bestehen die Konstantstromquellen jeder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die _Weils aus einem Transistor in Emitterfolger-Schal-Konstantstromquellen (KSO, KSl) jeweils aus tung, an dessen Emitter die Basiselektrode eines zweieinem Transistor (T6, T9) in Emitterfolger- ten Transistors liegt, dessen Kollektor mit der Basis-Schaltung bestehen, an dessen Emitter die Basis- elektrode des ersten Transistors verbunden ist. Der elektrode eines zweiten Transistors (T 5, TS) 35 Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors in Emitterliegt, dessen Kollektor mit der Basiselektrode des folger-Schaltung ist zweckmäßig ein Schalttransistor ersten Transistors (T6, T9) verbunden ist. j_n Serie mit einem Widerstand parallel geschaltet.

5. Prüfsignalgeber nach Anspruch 4, dadurch Beim Prüfsignalgeber erfolgt für die Spannungsgekennzeichnet, daß die Emitter-Kollektor- quellen normalerweise keine Rückspeisung. Die Aus-Strecke des Transistors (T6, T9) in Emitter- 40 gangsklemme ist jeweils durch eine der in Seiic liefolger-Schaltung ein Schalttransistor (T7, TlO) genden Dioden für jede Hälfte der Gegentaktschaiin Serie mit einem Widerstand (R 13, R18) par- tung gegen Rückströme gesichert. Auf dem elektriallel liegt. sehen Weg zwischen den Spannungsquellen und der

Ausgangsklemme befindet sich außer den Durchlaß-

+5 widerständen der in Reihe liegenden Dioden kein ohmscher Widerstand, so daß Spannungsfehler vermieden werden.