DE2263671A1 - Schaltungsanordnung von lichtemittierenden halbleiterelementen - Google Patents

Description

• Schaltungsanordnung von lichtemittierenden Halbleiterelementen Lichtemittiarende Halbleiterlemente werden in zanehmendem Maß als Anzeigeeinrichtungen für digitale erste vorgeschlagen. Ein Beispiel dafür ist aus der deutschen Auslegeschrift 1 623 874, Klasse 42d, 2/10 bekannt.
• Im allgemeinen zeichnen sich lichtemittierende Halbleiterelemente durch guten Emissionswirkungsgrad und hohe Bebensdauer aus. Eine schaltungstechnisch weniger günstige Eigenschaft ist ihr niedriger Spannungsabfall, z. B. 1,6 V bei zur Zeit erhältlichen Gallium-Arsenid-'leuchtdioden. Der Sür das Besuchten derartiger Dioden benötigte Strom von etwa 10 mA muß in den meisten Fällen durch einen Vorwiderstand eingestellt werden. Beim bisher iiblichen Parallelanschalten der Leuchtelemente an eine gemeinsame Energiequelle bedeutet der dann für jedes Element notwendige Vorwiderstand eine zusätzliche Verlustleistung, die besonders bei netzunabhängigen Geräten von erheblicher Bedeutung ist.
• Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, die unnötige Verlustleistung auf ein Minimum zu begrenzen.
• Bei einer Schaltungsanordnung von lichtemittierenden Halbleiterelementen mit einer gemeinsamen Energiequelle und zur Ansteuerung mit anzuzeigenden Signalen den Halbleiterelementen zugeordneten Schalteinheiten wird die oben erwähnte Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die lichtemittierenden Halbleiterelemente in Serienschaltung an eine Konstantstromquelle als Energiequelle angeschlossen sind.
• Zweckmäßig ist zur Einstellung der zur Lichtemission notwendigen Stromstärke des Konstantstromes ein äußerer Widerstand vorgesehen.
• Die Schalteinheiten iiberbrücken in lei-tendem Zustand die ihnen zugeordneten lich-'emJttierenden Halbleiterelemente.
• In vorteilhaf-ter Weise sind die Schalteinheiten zusammen mit der Konstantstromquclle in einem integrierten Baustein zusammongefa{3t.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung erden im folgenden anband von vier Figuren naher erläutert.
• Figur 1 stellt ein Prinzipschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung dar.
• In Figur 2 ist gezeigt, wie einzelne Einheiten zu einem integrierten Baustein zusammengefaßt werden können.
• Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit diskreten Bauelementen.
• In Figur 4 ist ein Beispiel einer integrierten Schaltung im Zusammenwirken mit lichtemittierenden Halbleiterelementen dargestellt.
• In Figur 1 sind lichtemittierende Halbleiterelemente kurz als Beuchtdioden D1 ... Dn bezeichnet. Die Leuchtdioden sind in Reihe geschaltet und erden aus einer Konstantstromquelle Ik gespeist. Eine positive Betriebsspannung Ub liegt zwischen der Anode der äußersten Leuchtdiode Dn der Reihen-Schaltung und dem Nasseanschluß der Konstantstromquelle Ik, an der die Leuchtdiode D1 der Beuchtdiodenreihe angeschlossen ist. Der für die Lichtemission benötigte Wert für die Stromstärke wird über den Widerstand R eingestellt. Den einzelnen Leuchtdioden liegen Schalteinheiten S1 ... Sn parallel.
• Die Schalteinheiten weisen Steuereingänge Ue1 ... Uen auf. An diese Steuereingänge anzulegende digitale Signale schalten die Beuchtdioden ein bzw. aus. Das Ausschalten geschieht dadurch, daß der einer, beispielsweise der Leuchtdiode D1, zugeordnete Schalter Sl in den leitenden Zustand versetzt wird und damit den Strom der Leuchtdiode übernimmt. Das Einschalten geschieht durch Sperren des betreffenden Schalters. Die einzelnen Schalter S1 ... Sn beeinflussen sich gegenseitig nicht. Deshalb ist die Zuordnung der Leuchtdioden D1 ... Dn zu an die Anschlüsse Uel ... 1Ten angelegten äußeren Schaltkreisen, die nicht dargestellt sind, unabhangig voneinander.
• Die gesamte Anordnung tst um so effe'1tiver, je höher die Betriebsspannung Ub ist. Es fließt im wesentlichen nur der Konstantstrom. Bei der bisher üblichen Iarallelanordnung der Beuchtdioden bezüglich einer Energiequelle würde der n-fache Strom fließen und damit auch die Verlustleistung um den Faktor n größer sein. Anstelle der Beuchtdioden sind auch niedervoltige Glühlampen verwendbar. Dabei ist die Speisung mit Konstant strom besonders günstig (kein Einschaltüberstrom, d. h. erhöhte I.ebensdauer).
• Weitere wesentliche Vorteile der Erfindung bestehen in der leichten Integrierbarkeit der Anordnung sowie auch in einer direkten Steuerbarkeit durch weitere integrierte Schaltkreise, z. B. TUL-Gatter mit offenem Kollektorausgang.
• Insbesondere die Schalter S1 ... Sn bieten sich für eine Integration an. Dabei hängt die Anzahl der jeweils in einem Baustein integrierten Schalter S1 ... Sn wesentlich nur vom gewählten Gehäuse dieses Bausteins ab. Beispielsweise können 6 Schalter für ein 16-poliges Gehäuse vorgesehen werde.
• Das integrierte Beispiel ist in Figur 2 dargestellt, bei dem für gleiche Bauelemente auch gleiche Bezugszeichen verwendet sind. Die integrierten Bauteile sind von einem gestrichelten Rahmen umgeben. Die auf diesem Rahmen liegenden Anschlußpunkte stellen die Anschlüsse des integrierten Bausteines dar. Die Zahl der notwendigen Anschlüsse ergibt sich zu z = 3 + 2 n. Die Anpassung an die Betriebsspannung Ub geschieht unabhängig von der Anzahl der Schalter in einfacher Weise durch Anlegen an den Anschlußpunkt des letzten verwendeten Schalters des integrierten Bausteines bzw. an die Anode der leuchtdiode Dn.
• In Figur 3 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit diskreten Bauelementen dargestellt. Mit den in den vorhergehenden Figuren verwendeten Bauelementen übereinstimmende Bauelemente sind in der Figur 3 mit übereinstimmenden Bezugszeichen gekennzeichnet. Es ist zu erkennen, daß die Schalteinheiten S1 ... Sn der Beispiele der vorhergehenden Figuren durch Transistoren T1 ... T4 verwirklicht sind. Die Transistoren sind mit ihren Emitter-Kollektor-Strecken in Reihe geschaltet. Verbindungspunkte zwischen den Dioden sind an Verbindungspunkte des Kollektors bzw.
• des 1gitters aufeinanderfolgender Transistoren angeschlossen. Nicht naher bezeichnete Widerstände zwischen den Emitter- und Basisanschlüssen jedes Transistors stellen eine Basisvorspannung ein. Ebenso mit nicht bezeichneten Widerständen sind die Basiselek-troden der Transistoren T1 ... T4 mit den Steueranschlüssen Ue1 ... Ue4 verbunden. Die Konstantstromquelle besteht aus einem Transistor Tk, dessen Kollektor-Emitter-Strecke in Reihe zu den Beuchtdioden D1 ... D4 liegt. Sein Emitter ist über einen Widerstand Re mit Masse verbunden. Der Basisanschluß des Transistors Tk liegt über den Widerstand R an der Betriebsspannung Ub und ist über zwei Dioden Dk mit Nasse verbunden. Die Ninimalspannung der Stromquelle Tk liegt mit Sicherheit unter 2 V. Der Spannungsabfall an den einzelnen Leuchtdioden beträgt im Mittel 1,6 V, maximal kann mit 2 V gerechnet werden. Bei einer Betriebsspannung von 9 V steht also für den Transistor Tk eine Spannung von ungefähr 2,2 V zur Verfügung. Die Stromverstärkung von mindestens 100 der.Transistoren T1 ... T4 gewährleistet eine Sättigung jedes leitend geschalteten Transistors und verhindert, daß die Summe der Basisströme der Transistoren T1 ... T3 im leitenden Zustand eventuell die Leuchtdiode D4 geringfügig zum Leuchten bringen könnte.
• Die Ansteuerung der Transistoren T1 und T4 kann beispielsweise über TTL-Gatter mit offenem Kollektorausgang Tg erfolgen, von denen zwei angedeutet sind. Dabei würde ein L-Signal jeweils die zugehörige Diode ausschalten und ein H-Signal die Diode einschalten.
• In Figur 4 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung als integrierte Schaltung in Einzelheiten gezeigt. Gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach Figur 3 sind einige Änderungen erkennbar, die aus den Erfordernissen der integrationstechnik resultieren. So sind beissielsweise die Dioden DK der Konstant stromquelle des Beispiels nach Figur 3 durch zwei Transistoren T9 und T10 ersetzt, wobei jeweils der Basisanschluß mit dem Kollektoranschluß verbunden ist. PNP-Transistoren mit höherer Stromverstärkung sind für die Integration weniger geeignet. Deshalb sind die Schalter beim Ausführungabeispiel nach Figur 4 jeweils aus einem komplementären Transistorenpaar T1, T11 ... T4, T4' aufgebaut.
• Jedes Paar bildet eine sogenannte Darlington-Schaltung, deren Sättigungsspannung mit Sicherheit unter dem Wert liegt, bei dem in den Leuchtdioden ein nennenswerter Strom zu fließen beginnt.
• 5 Patentansprüche 4 Figuren

Claims (5)

1. Patentansprüche 1. Schaltungsanordnung von lichtemittierenden Halbleiterelementen mit einer gemeinsamen Energiequelle und zur Ansteuerung mit anzuzeigenden Signalen den Halbleiterelementen zugeordneten Schelteinl1eiten, dadurch gekernzeichnet, daß die lichtemittierenden Halbleiterelemente (D1 ... Dn) in Serienschaltung an eine onstantstromquelle (Ik) als Energiequelle angeschlossen sind.
2. 2+ Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinheiten (S1 ... Sn) im leitenden Zustand die ihnen zugeordneten lich-temittierenden' Halbleiterelemente überbrücken.
3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinheiten (S1 ... Sn) Transistoren (T1 ... T4) sind.
4. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinheiten (S1 ... Sn) zusammen mit der Konstantstromquelle eine integrierte Schaltung bilden.
5. 5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinheiten (S1 ... Sn) jeweils durch eine Darlington-Schaltung aus einem komplementären Transistorpaar (T1, T1' ... T4, T4') gebildet sind.

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