DE2507741C3

DE2507741C3 - Überstromgeschützte, universell verwendbare Transistoranordnung

Info

Publication number: DE2507741C3
Application number: DE19752507741
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing. 7815 Kirchzarten Hoehn
Original assignee: Deutsche ITT Industries GmbH
Current assignee: TDK Micronas GmbH
Priority date: 1975-02-22
Filing date: 1975-02-22
Publication date: 1979-05-17
Also published as: JPS51108748A; DE2507741A1; JPS5953722B2; DE2507741B2; FR2301948A1; IT1055337B

Description

Transistoren sind bekanntlich gegenüber in ihrem

Kollektor-Emitter-Kreis auftretende Überströme oder Kurzschlüsse sehr empfindlich, d.h. in diesen Überlastungsfällen wird der Transistor sehr schnell zerstört da seine zulässige Kollektorverlustleistung überschritten wird und somit der Halbleiterkristall sich mehr als zulässig erwärmt Die Gefahr von Überströmen kann beispielsweise bei Leistungstransistoren auftreten, die in Endverstärkern von Phonogeräten verwendet werden. Die Gefahr von Kurzschlüssen tritt insbesondere bei Transistoren auf, deren mit dem Kollektor verbundener Lastwid&rstand nicht in unmittelbarer Nähe des Transistors angeordnet werden kann, sondern beispielsweise über längere Leitungen mit diesen verbunden werden muß, wie es beispielsweise bei Relais oder ähnlichem der Fall sein kann. Hierbei ist die Relaissteuerung am Steuerort selbst angeordnet, während uas Erfolgsorgan, also das Relais etc., zusammen mit weiteren elektronischen Bauteilen in einem über Leitungen verbundenen Gehäuse angeordnet ist Gerade in solchen Fällen, in denen sich die Elektronik auf das Gebiet der Installationselektrik begibt, ist es unbedingt erforderlich, dafür zu sorgen, daß die verwendeten Transistoren nicht durch unbeabsichtigte, in ihrem Kollektorkreis auftretende Kurzschlüsse zerstört werden.

Bei den erwähnten Endtransistoren von Phonoverstärkern ist es bereits bekannt, diese gegen Überlastung dadurch zu schützen, daß mittels einer entsprechenden Strombegrenzungsschaltung dafür gesorgt wird, daß die zuverlässige Verlustleistung immer unterhalb der Verlustleistungshyperbel bleibt, d. h. es wird der im Transistor fließende Kollektor-Emitter-Strom so begrenzt, daß diese Bedingung erfüllt ist, vgl. beispielsweise die Zeitschrift »IEEE Transactions on Broadcast and Television and Receivers«, November 1974, Seiten 311

jo bis 320, insbesondere Fig. 2,3 und 4.

Das Grundprinzip dieser Strombegrenzung, das allgemein auch aus der DE-OS 20 09 039 bekannt ist, besteht darin, daß im Emitterkreis ein Widerstand angeordnet ist, dessen Spannungsabfall die Strombe grenzung steuert.

Während die aus der genannten Zeitschrift bekannte Anordnung die Endstufe eines monolithisch integrierten Gegentakt-Phonoverstärkers ist bei dem eine ganze Reihe von äußeren Anschlüssen zur Zuführung von Betriebs- und Steuerspannungen vorgesehen sind, hat sich die Erfindung, ausgehend von der genannten DE-OS 20 09 039, die Aufgabe gestellt, eine universell verwendbare Transistoranordnung zu schaffen, die gegen Überlastung und Kurzschluß gesichert ist. Diese universelle Verwendbarkeit erfordert, daß die vorgesehene Transistoranordnung wie ein normaler Transistor lediglich drei äußere Anschlüsse aufweisen darf, damit sie wie ein üblicher Transistor angewendet werden

kann. Dwsc Forderung wiederum schränkt die Möglichkeit zur Lösung dieser Aufgabe weitgehend ein, da die für die Kurzschluß- und Überlastungssicherung vorgesehenen Zusatzschaltungen nicht über einen weiteren äußeren Anschluß mit Betriebsspannung oder mit Steuerspannungen versorgt werden können. Bei bekannten Oberstromsicherungen auf elektronischer Basis sind im allgemeinen weitere Leistungsverbindungen notwendig. Ferner soll bei der vorgesehenen Transistoranordnung von der bekannten, die Verlustleistungshyperbei berücksichtigenden Strombegrenzung abgewichen werden, da diese insofern nachteilig ist, als unter bestimmten Betriebsbedingungen nach einem aufgetretenen und wieder beseitigten Kurzschluß zwei Arbeitspunkte des Transistors möglich sind, von denen einer unerwünscht ist Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabenstellung ist im Patentanspruch 1 angegeben.

Die Erfindung geht also von der bekannten Anordnung mit einem im Emitterkreis ingeordneten Meßwiderstand aus, beschreitet jedoch zur Lösung der Aufgabe einen anderen Weg. Der Gedanke, den zu schützenden Transistor bei Überlastung bzw. Kurzschluß zu sperren, ist zwar aus der DE-OS 20 40 488 und der DE-OS 2346 579 bekannt Beide Veröffentlichungen lösen das Problem jedoch je auf von der Erfindung unterschiedliche Weise, insbesondere ist in beiden Fällen eine eigene Spannungsversorgung für die Schutz- und Sperrschaltung vorgesehen und erforderlich.

Die Erfindung wird nun zusammen mit vorteilhaften Ausgestaltungen anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert.

F i g. 1 zeigt blockschaltbildartig die Transistoranordnung der Erfindung;

Fig.2 zeigt das Schaltbild einer monolithisch integrierten Ausführungsform der Fig. 1;

F i g. 3 zeigt eine Weiterbildung der bei der Ausführungsform nach Fig.2 verwendeten Schwellwertschaltung und

Fig.4 zeigt ein zum Verständnis der Funktion nützliches Impulsdiagramm der Ausführungsform nach Fig. 2.

Die F i g. 1 zeigt die zu schützende Transistorstruktur Tr, in deren Emitterkreis der Widerstand IVangeordnet ist, so daß zwischen dem Emitter fder Transistorstruktür Tr und dem äußeren Emitteranschluß E der Transistoranordnung T, deren Gehäuse 7 durch die gestrichelte Umrandung angedeutet ist, der Widerstand W liegt. Das Steuersignal für die Basis B' der Transistorstruktur Tr wird am äußeren Basisanschluß B angelegt und gelangt über die Konstantstromquelle 2 an die Basis B'. Zwischen dem äußeren Basisanschluß ßund dem äußeren Emitteranschluß fist das Spannungsstabilisierelement I angeordnet, das beispielsweise aus einer oder mehreren Flußdioden, einer oder mehreren Z-Dioden oder aus einer Kombination beider Diodenarten bestehen kann. Durch dieses Spannungsstabilisierelement wird die für die einzelnen Teile der die Transistorstruktur Tr schützenden Schaltung benötigte Betriebsspannung i/gewonnen.

Der Emitter E' der Transistorstruktur Tr liegt am Eingang der Schwellwertschaltung 3, die beispielsweise als Schmitt-Trigger, als mit einem Eingang auf konstantem Potential liegender Differenzverstärker oder als andere Schwellwertschaltung mit Kippverhai- 6j ten ausgebildet sein kann, wobei es sich insbesondere anbietet, die Basis-Emitter-Spannung eines in der Schwellwertschaltung enthaltenen Transistors als Schaltwelle zu benutzen. Die Schwellwertschaltung kann vorteilhaft auch so ausgebildet werden, daß sie zunächst in bekannter Weise eine Strombegrenzung des in der Transistorstnikiur Tr fließenden Kollektor-Emitter-Stromes vornimmt, also in den Basiskreis der Transistorstruktur Tr begrenzend eingreift, was durch die gestrichelte Linie angedeutet ist, und beim Einsetzen der Strombegrenzung zugleich ein Signal an den Setzeingang Sdes Speicherflipflops 4 abgibt

Der Ausgang der Schwellwertschaltung 3 steuert den Setzeingang S des Speicherflipflops 4. Sein einer Ausgang Q ist mit dem einen Eingang des logischen Gatters 5 verbunden, während dieser oder der andere Ausgang des Speicherflipflops mit dem Eingang der Verzögerungsschaltung 6 verbunden ist, deren Ausgang einerseits den Rücksetzeingang R des Speicherflipflops 4 und andererseits den anderen Eingang des logischen Gatters 5 steuert

Als Verzögerungsanordnung 6 hat sich insbesondere eine η-fache Hintereinanderschaltung von Inverterstufen bewährt, wobei die Stufenzahl η von der im Bedarfsfall vorzusehenden Verzögerungszeit bestimmt wird. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn diese Inverterstufen als Kollektor-Arbeitswiderstände Konstantstromquellen aufweisen.

Als zu schützende Transistorstruktur Tr können hinsichtlich ihrer zulässigen Verlustleistung die unterschiedlichsten Anordnungen gewählt werden, da die Erfindung sowohl bei Klein-, Mittel- und Hochleistungstransistorstrukturen anwendbar ist Auch können mit der Erfindung Verbundtransistoren, wie z. B. in Darlington-Schaltung betriebene Transistoren oder auch andere verbundgeschaltete Transistoren geschützt werden, wie z. B. zwei im Verbund geschaltete komplementäre Transistoren, wie sie in komplementären Gegentaktendstufen üblicherweise verwendet werden.

Wird die Transistoranordnung nach der Erfindung ausschließlich als Schalttransistor verwendet, so ist es besonders vorteilhaft, als KonstantstromqucHe 2 eine solche mit Kippverhalten zu verwenden, so daß die Transistorstruktur Tr erst nach Überschreiten einer Spannungsschwelle durch das am äußeren Basisanschluß B anliegende Steuersignal schlagartig eingeschaltet wird. Konstantstromquellen mit derartigem Kippverhalten sind bekannt, vgl. beispielsweise die DE-OS 22 37 559.

Die innerhalb des Gehäuses 7 angeordneten Einzelschaltungen der erfindungsgemäßen Transistoranordnung können zusammen mit der Transistorstruktur Tr als monolithisch integrierte Schaltung realisiert werden, wobei sowohl ein einziger Halbleiterkristall als auch eine Aufteilung in mindestens zwei Halbleiterkristalle möglich ist, welch letzterer Fall insbesonJere bei einer zu schützenden Leistungstransistorstruktur Tr von Vorteil sein kann. Bei entsprechender Größe des Gehäuses 7 ist es jedoch auch möglich, nur eine Teilintegrierung einzelner Baugruppen innerhalb des Gehäuses vorzunehmen und die restlichen Bauelemente als Einzelkomponenten einzubauen.

Fig.2 zeigt das Schaltbild einer monolithisch integrierten Ausführungsform der Transistoranordnung nach der Erfindung. Die im Schaltbild nach F i g. 1 mit den entsprechenden Ziffern bezeichneten Teilschaltungen sind in Fig.2 durch strichpunktierte Linien getrennt nebeneinander angeordnet, so daß deren Zusammenschaltung und Zusammenwirken leichter überblickt werden kann. Πίι» »η cr-Mt»·»»^» τ,-».·.·:..·—-

struktur Tr besteht aus einer bereits erwähnten Darlington-Schaltung mit zwei Transistoren, wobei die Basis des den Haupt-Kollektor-Emitter-Strom führenden Transistors über einen Widerstand mit dem äußeren Emitteranschluß £verbunden ist.

Als Konstantstromquelle 2 ist im Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 der ohmsche Widerstand R 1 vorgesehen, jedoch kann an dieser Stelle auch eine aus Transistoren aufgebfeüft: Konsiantsiroinquelle bekannter Art eingesetzt werden.

Die Schwellwertschaltung 3 besteht in Fi g. 2 aus den beiden Transistoren 7"31, T32 und den Transistoren T33, T34, die zu den Transistoren Γ31, Γ32 komplementär sind und als Konstantstromquellen geschaltet sind. Der Emitter des Transistors T3i ist mit dem Emitter E' der Transistorstruktur Tr und sein Kollektor mit dem Kollektor des Transistors 7*33 verbunden. Der Transistor T32 liegt mit seinem Emitter am äußeren Emitteranschluß E und ist durch die galvanische Verbindung zwischen seinem Kollektor und seiner Basis als Diode geschaltet, welche Verbindung am Kollektor des Transistors T34 und an der Basis des Transistors Γ31 liegt.

Als Speicherflipflop 4 dient im Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 ein 5/?-Speicherflipflop, das aus zwei über Kreuz verkoppelten NOR-Gattorn besteht. Die beiden NOR-Gatter des SÄ-Speicherflipflops enthalten jeweils die Transistoren Γ41, Γ42 bzw. Γ43, 7"44, die mit ihren Kollektor-Emitter-Strecken einander parallel geschaltet sind und mit ihren Emittern am äußeren Emitteranschluß E angeschlossen sind. Die beiden Transistoren 7"4I, 7"43 sind die Steuertransistoren und die Transistoren T42, 7"44 die Schalttransistoren des SÄ-Speicherflipfiops. In den Kollektorkreisen liegen als Arbeitswiderstände die Widerstände /?41, Ä43, während die Kollektoren über die Widerstände R 42, R 44 mit der Basis des jeweils, anderen Schalttransistors verbunden sind. So verbindet der Widerstand R 42 die Kollektoren der Transistoren Γ41, T42 mit der Basis des Schalttransistors Γ44, während der Widerstand R 44 die Kollektoren der Transistoren Γ43, 744 mit der Basis des Schalttransistors Γ42 verbindet.

Die Basis des Steuertransistors Γ41 isi ais Eingang S und die Basis des Steuertransistors Γ43 als Eingang R bezeichnet Aufgrund der Tatsache, daß das Ausführungsbeispiel der F i g. 2 eine npn-Transistorstruktur Tr schützen soll, was eine positive Versorgungsspannung U und somit auch npn-Transistoren für die aktiven Teile der Schutz- und Sperrschaltung bedingt, führt ein über die Schwellspannung der Transistoren Γ41, Γ43 hinausgehendes Signal zu einem Kippen des SR-Speicherflipflops, wobei der gerade vorliegende Zustand des S/?-Speicherflipflops über die Wirksamkeit eines an 5 bzw. R liegenden positiven Eingangssignals entscheidet Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung wird als Ausgang Q derjenige definiert, der auf ein Eingangssignal am Eingang 5 hin durch Kippen des SÄ-Speicherflipflops ein positives Signal an den miteinander verbundenen Kollektoren von Schalt- und Steuertransistor liefert Dies ist der gemeinsame Kollektor der Transistoren Γ43, Γ44. Somit ist der gemeinsame Kollektor der Transistoren Γ41, Γ42 der zum Ausgang Q inverse Ausgang φ Am Eingang S liegt der Kollektor des Transistors TZX der Schwellwertschaltung 3.

Aufgrund der Wahl eines SÄ-Speicherflipflops und der Tatsache, daß bei Ansprechen der Schwellwertschaltung 3 die Basis B' der Transistorstruktur Tr

gesperrt werden soll, ist beim Ausführungsbeispie! de F i g. 2 als logisches Gatter 5 die aus den Transistor Γ51, T52 bestehende NOR-Schaltung gewählt, derei Kollektor-Emitter-Strecken in bekannter Weise einen, der parallel geschaltet sind, wobei die Emitter an äußeren Emitteranschluß E und die zusammengeschal teten Kollektoren an der Basis fi'derTransistorstruktui Tr liegen. Der Transistor 7"51 ist über den Widerstanc /?51 mit dem Ausgang Q des Sfi-Speicherflipflop! verbunden.

Als Verzögerungsschaltung 6 dient eine oben bereit! erwähnte Kette von hintereinandergeschalteten Inver tei siiiien, die die Transistoren Γ61, Γ62, Γ63, Γ64, 7"6J mn den zugehörigen komplementären Konstantstromquellen-Transistoren TbV, T62', Γ63', Γ64', Γ65 enthält. Diese Konstantstromquellen-Transistoren sind mil ihren Baais-Emitter-Strecken einander parallel geschaltet und liegen außerdem mit ihrer Basis an der Basis der mit ihren Basis-Emitter-Strecken ebenfalls einander parallel geschalteten Transistoren Γ33, Γ34 der Schwellwertschaltung 3. Die allen diesen Transistoren gemeinsame Basis liegt über die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 7"66 am äußeren Emitteranschluß E', dessen Basis mit seinem Kollektor verbunden ist. Die Emitter der zur Verzögerungsschaltung 6 gehörenden Konstantstromquellen-Transistoren liegen über den Widerstand R6X an den Emittern der zur Schwellwertschaltung 3 gehörenden Konstantstromquellen-Transistoren, die wiederum ihrerseits über den Widerstand /731 am äußeren Basisanschluß B angeschlossen sind.

Die Kollektoren der einzelnen Inverterstufentransistoren sind jeweils mit dem zugehörigen Kollektor des Konstantstromquellen-Transistors und mit der Basis des nachfolgenden Transistors verbunden, wie aus der Zeichnung ohne weiteres ersichtlich ist Die Basis des Inverterstufentransistors T61 liegt über den Widerstand R 62 am Ausgang Tj des SÄ-Speicherflipflops. Der Kollektor des letzten Inverterstufentransistors Γ65 ist über den Widerstand R 52 mit dem zweiten Eingang der NOR-Schaltung T5X, Γ52, also mit der Basis des Transistors T52, und über den Widerstand R 45 mit dem Eingang Ädes S/7-Speicherflipflops verbunden.

Wie ersichtlich, ist die Stufenzahl π der Verzögerungsschaltung im Ausführungsbeispiel der Fig.? ungeradzahlig. Es ist klar, daß bei anderer Wahl der Zuordnung der Ausgänge Q, (? und Sfl-Speicherflipflops und eines anderen logischen Gatters 5 die Stufenzahl der Inverter auch geradzahlig sein kann.

Das Spannungsstabilisierungselement 1 besteht im Ausführungsbeispiel nach Fig.2 ?·;? drei als Diode geschalteten Transistoren TXX, 7*12, 7*13 und dem weiteren Transistor TXA. Die Transistoren TXX, TX2, 7Ί3 sind durch galvanische Verbindung ihrer Basis mit ihrem Kollektor als Diode geschaltet und liegen emitterseitig über den Widerstand All am äußeren Emitteranschluß E und koUektorseitig am äußeren Basisanschluß B. Der Widerstand All liegt der Basis-Emitter-Strecke des Transistors 7"14 parallel, während dessen Kollektor mit dem äußeren Basisanschluß B verbunden ist Somit fließt der Haupt-Stabilisierungsstrom über dsn Transistor 7Ί4, während die Transistoren Γ11, 7*12, Γ13 lediglich vom Basisstrom des Transistors Γ14 und dem im Widerstand Λ11 fließenden Strom durchflossen sind.

In Fig.3 ist für die Schwellwertschaltung 3 eine bereits erwähnte vorteilhafte Weiterbildung gezeigt, die aus der im Ausfuhrungsbeispiel nach Fig.2 für die

Schwellwertschaltung 3 gezeigten Schaltung dadurch hervorgeht, daß die Transistoren 7"31, Γ32 nach F i g. 2 bezüglich der Ansteuerung vom Widerstand W her vertauscht sind und der zu diesen Transistoren komplementäre Transistoi 735 am Ausgang der _s Schwellwertschaltung eingefügt ist. Der dem als Diode geschalteten Transistor Γ32 entsprechende Transistor Γ32' liegt somit mit seinem Emitter am Emitter f'der Transistorstruktur Tr. der Emitter des dem Transistor Γ31 entsprechenden Transistors Γ3Γ liegt am äußeren Emitteranschluß E Der Kollektor des Transistors 7"31' ist mit der Basis des Transistors Γ36 verbunden, dessen Emiti?r an der Basis B' der Transistorstruktur Tr angeschlossen ist und dessen Kollektor einerseits über den Widerstand R 32 mit dem äußeren Emitteranschluß fund andererseits mit dem Eingang 5 des SÄ-Speicherfüpfiops verbunden ist.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Transistoranordnung wird nun anhand der Fig.4 unter Bezugnahme auf das Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 erläutert Beginnt der Nennstrom I_n zu steigen, so übersteigt die am Widerstand Waufgrund des durch ihn fließenden Stromes / die unter Berücksichtigung des maximal zulässigen Stromes h festgelegte Spannungsschwelle der Schwellwertschaltung 3. Der Eingang S des 5/?-Speicherflipflops 4 erhält somit das zum Kippen ausreichende Eingangssignal. Die Spannungsschwelle ist durch die Differenz der Basis-Emitter-Schwellspannungen der Transistoren Γ31, Γ32 der Schwellwertschaltung 3 vorgegeben. Diese Differenz kann durch entsprechende Flächenbemessung der Basis-Emitter-Strecken der Transistoren 7*31, Γ32 und/oder durch entsprechende Einstellung der aus den Transistoren Γ33. Γ34 fließenden Konstantströme gewählt werden.

Der in der Transistorstruktur Tr und über den Widerstand Umfließende Strom steigt, bedingt durch die Summe der Umschaltverzögerung h-t\ des SR-Speicherflipflops und der Unischaltverzögerung f₃ - fo der NOR-Schaltung, kurzfristig auf den Kurzschlußstrom h an und sinkt dann auf Null ab. Dies ist in F i g. 4a gezeigt

Gleichzeitig mit dem Abschalten des in der Transistorstruktur Tr fließenden Stromes / geht auch das Eingangssignal S des SÄ-Speicherflipflops auf Null, was in F i g. 4b gezeigt ist

F i g. 4c zeigt den Verlauf des Ausgangssignals Q des SÄ-Speicherflipflops. Das Ausgangssignal Q nimmt nach der Umschaltverzögerungszeit h-t\ des SR-Speicherflipflops seinen positiven Wert an. Da das dazu inverse Ausgangssignal Q die Verzögerungsschaltung 6 aus den erwähnten Inverterstufen durchläuft, gelangt es, aufgrund der ungeraden Stufenzahl invertiert, um die Verzögerungszeit t_r— U—h verzögert an den Eingang R des SÄ-Speicherflipflops und bewirkt dort nach Ablauf der Verzögerungszeit t₂ — fi das Kippen in den anderen Zustand. Dies ist in den F i g. 4d und 4c zu sehen.

Da in der Verzögerungsschaltung 6 das Ausgangssi-

gnal φ während seiner gesamten Dauer um /„ verzögert wird, geht das Eingangssignal R zum Zeitpunkt fe auf Null, wodurch der Ausgang der NOR-Schaltung, also auch die Basis B' der Transistorstruktur Tr wieder positiv und somit entsperrt wird, vgl. Fig.4e. Somit wiederholt sich das Ansteigen des Stromes / auf den Kurzschlußstrom /*, und der eben erläuterte Abschaltmechanismus beginnt von neuem. Das Wiedereinschalten nach erfolgtem Kurzschluß geschieht also nach der doppelten Verzögerungszeit der Verzögerungsschaltung 6.

In Fig.4 ist nun ferner noch gezeigt, daß nach praktisch einer weiteren doppelten Verzögerungszeit

2 ty die Transistorstruktur Tr wieder in den normalen Betrieb übergeht, da der Kurzschluß inzwischen behoben ist. Am rechten Rand der F i g. 4 erfolgt daher beim Übergang des Eingangssignals R vom positiven in den Nullzustand die Entsperrung der Basis B' der Transistorstruktui Tr. und es fließt somit wieder der Strom I_n.

Bei einer mit monolithisch integrierten Transistoren ausgeführten Versuchsschaltung hatte das SV?-Speicher-ΠϊρΠορ eine Schaltzeit ti — U von ca. 100ns und das NOR-Gatter eine Schaltzeit h-h von ebenfalls ca. 100 ns. Die Verzögerungszeit i^der Verzögerungsschaltung 6 betrug ca. 50 με, so daß sich für die Frequenz der in der Schaltung automatisch entstehenden Wiedereinschaltimpulse ein Wert von 1OkHz ergibt und die Schaltzeiten fe-<i bzw. h-h gegenüber der Verzögerungszeit tv praktisch vernachlässigbar sind. Mit dieser Frequenz der Wiedereinschaltimpulse prüft somit die erfindungsgemäße Transistoranordnung selbst, ob der aufgetretene Kurzscnluß- oder Überlastungsfall noch vorhanden ist

Im Falle der abgewandelten Schwellenwertschaltung

3 nach Fig.3 dient wiederum die Differenz der Basis-Emitter-Spannungen der Transistoren Γ3Γ, Γ32' als Schwellspannungswert. Bei seinem Überschreiten durch den Spannungsabfall am Widerstand W wird die Basis B' der Transistorstruktur Tr zunächst auf ein den Kollektor-Emitterstrom begrenzendes Potential festgelegt, und gleichzeitig erhält der Steuereingang 5 des SÄ-Speicherflipflops das die Abschaltfunktion auslösende Signal, so daß nach der Verzögerungszeit des Sfl-Speicherflipflops die Basis θ'der Transistorstruktur Tr vollständig gesperrt wird. Durch diese Weiterbildung ist somit die Transistorstruktur Tr schon während der zwar kurzen Schaltzeiten des SÄ-Speicherflipflops und der NOR-Schaltung vor Zerstörung geschützt

Anstatt des Speicherflipflops kann bei der Erfindung auch ein über Steuerelektroden sperr- und offenbarer Thyristor, eine sogenannte Thyristortetrode, verwendet werden. Die Stufenzahl der Inverterkette und die Art des logischen Gatters sind dann so zu wählen, daß eine der Funktion von F i g. 4 entsprechende Funktionsweise erreicht wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

L Überstromgeschützte, universell verwendbare Transistoranordnung mit einer Transistorstruktur in einem drei äußere Anschlüsse aufweisenden Gehäuse, deren Kollektor-Emitter-Strecke im Hauptstrompfad liegt, deren Kollektor direkt mit dem äußeren Kollektoranschluß und deren Emitter einerseits über einen Widerstand mit dem äußeren Emitteranschluß und andererseits mit dem Eingang einer bei Oberstrom ansprechenden Schwellwertschaltung verbunden ist, deren Ausgang bei Oberstrom die Transistorstruktur im Sinne einer Stromverminderung steuert, wobei die im Betrieb zwischen äußerem Basis- und äußerem Emitteranschluß auftretende Spannung als Betriebsspannung der Schwellwertschaltung dient, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Basisanschluß (B) über ein Spannungsstabilisierungseljment (!) am äußeren Emitteranschluß (E) und über eine Konstantstromquelle (2) an der Basis (B')der Transistorstruktur (Tr) liegt, daß der Ausgang der Schwellwertschaltung (3) am Setzeingang (S) eines Speicherflipflops (4) liegt, von dessen Ausgängen der eine mit dem ersten Eingang eines logischen Gatters (S) und dieser oder der andere Ausgang des Speicherflipflops (4) mit dem Eingang einer Verzögerungsschaltung (6) verbunden ist, daß deren Ausgang am Rücksetzeingang (R) des Speicherflipflops (4) und am zweiten Eingang des logischen Gatters (5) liegt und dessen Ausgang mit der Basis der Transistorstruktur (Tr) verbunden ist, und daß die Betriebsspannung zur Versorgung aller dieser Bauteile dient.
2. Transistoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie auf mindestens einem Halbleiterkristall monolithisch integriert ist.
3. Transistoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Transistorstruktur ein bekannter Leistungstransistor dient.
4. Transistoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Transistorstruktur ein bekannter Verbundtransistor, insbesondere eine sogenannte Darlington-Schaltung, dient
5. Transistoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Schwellwertschaltung ein Schmitt-Trigger oder ein mit seinem einen Eingang auf festem Potential liegender Differenzverstärker dient
6. Transistoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Verzögerungsschaltung eine η-stufige Inverterkette mit Konstantstromquellen als Kollektorwiderständen dient
7. Schalttransistoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Konstantstromquelle (2) eine solche mit Einschalt-Kippverhalten dient
8. Transistoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellwertschaltung (3) in bekannter Weise als Strombegrenzungsschaltung ausgebildet ist, bei deren Ansprechen das Speicherflipflop an seinem Setüeingang ^gesetzt wird.
9. Transistoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Speicherflipflop (4) ein 5/?Speicherflipflop, als logisches Gatter (5) eine NOR-Schaltung (TSi, TS2) und als Verzögerungsschaltung (6) eine Inverterkette mit ungerader Stufenanzahl dient
10. Transistoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Stabilisierelement (1) eine Kette von in Serie geschalteten Fiußdioden dient, die im Basiskreis eines den Haupt-Stabilisierstrom führenden Transistors (Tt4) angeordnet sind.