DE2612495C3 - Integrierter Treiberbaustein für binäre bzw. ternäre Ausgangssignale - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Stromversorgung der Ausgangsstufe eines integrierten Bausteins für binäre und/oder ternäre Ausgangssignale, und zwar mit einer Ausgangsstufe aus bipolaren Transistoren. Es handelt sich also um einen integrierten Treiberbaustein mit bipolaren Transistoren. Dci Baustein dient insbesondere zur Steuerung von Relais, z. B. polarisierter, etwa bipuiatci Fcrttoprcchrclaia.dic eine gut definierte Ansprechschwelle aufweisen. Der Baustein eignet sich jedoch auch zur Steuerung nichtpolarisier'er Relais oder zur Steuerung sonstiger Einrichtungen, welche mit energiereichen impulsen einer oder beider Polaritäten gesteuert werden müssen, deren Amplitude möglichst unabhängig von der Spannung der Gleichstromversorgung sein soll.

Integrierte Treiberbausteine mit bipolaren Transistoren sind in großer Zahl bekannt. Zum Beispiel in der USPS 34 35 295 und in der DE-OS 2i22bM. Fig. 1 bis 4. sind solche integrierten Treiberbausteine mit bipolaren Transistoren gezeigt, die /ur Steuerung von Relais dienen.

Elektor. Dezember 19"5. I2-2S bis 12-34. insbesondere Fig. 1. betrifft einen aus Einzelbauelementen aufgebauten, mit Analogsignale betriebenen, analoge Ausgangssignale liefernden Verstärkerschaltung, dessen Ausgangsverstärker bzw. Endstufe einen bipolare TransL.orcn enthaltenden Gegentaktverstärker darstellt, wobei die beiden Gegentakttransistnren. die diesen Ausgangsverstärker bilden, jeweils fur sich von einem eigenen Vorverstarkertransistor gesteuert werden. Jeder Ciegentakttransistor bildet hier zusammen mit seinem Vorverstärkertransistor auf Grund der besonderen Zusammenschaltung jeweils einen sogenannten Darlingtonverstarker. indem der gesamte Kollektorstrom oder Emitterstrom des betreffenden Vorverstarkertransistors als Rasisstrotn des nachgeschalteten Gegentakttiansistors ausgenutzt wird Ähnliche Darlingtonverstärker sind dort auch in Fig. 4 gezeigt. Eine extreme Steigerung der Toleranzen dei Betriebsspannungen bei extrem konstanten Ausgangssignalamplituden wird hier weder beabsichtigt noch erreicht.

Durch hunk l>(.liivk 30 (1975). S. 752 bis 754. insbesondere Bi ι »I I uih· li.isu ι, .integrierter Treiberbaustein fur analoge Ausgangssigiuile gi/tvgt. tiessen Ausgangsverstärker bzw. Endstufe ebenfall:, einen bipolare Transistoren enthaltenden Darlingtonverstarker darstellt. Da nur ein einzelner solcher Darlingtonverstarker angebracht ist, handelt es sich hier also nicht um einen Ausg.'i'.gsgegentaktverstärker, der bewußt vermieden wurde. Der Ausgangsverstärker wird mit Js strombegrenzender Mittel betrieben, die also einet; Überlastungsschutz b'-wjrken. Gemäß Bild 3 bis 5 is¹ das - hier a.uloge - Ausgangssignai noch

relativ stark von den Versorgungsspannungen anhängig-

Tri-State-Ausgänge, also Ausgänge mit zwei verschiedenen niederohmigen und einem sehr hochohmigen Zustand, sind häufig angewendet, vgl. z. B. Motorola, Mc MOS-Handbook, Okt. !973. Seile h.20/6.21.

Durch Blomeyer-Bartensteiii, Mikrnp-ozessor und Mikro-Computer, Siemens, S. 29, Bild 7c. ist bereits ein integrierter Treiberbaustein mit bipolaren Transistoren bekan.U, der einen Ausgangsgegentaktverstärker mit zwei in Reihe liegenden, getrennt steuerbaren Gegentakttransistoren zeigt, wobei dieser Ausgangsgegentaktverstärker einen Tri-State-Ausgang aufweist. Im hochohmigen Zustand des Ausgangs sind beide Gegentakttransistoren nichtleitend, in den beiden niederohmigen Zuständen ist jeweils der eine oder der andere der beiden Gegentakttransistoren leitend. Dieser Treiberbaustein dient insbesondere zur Steuerung weiterer TTL-Schaltungen über Bus-Leitungen.

integrierte Bausteine, auch der zvle'zt genannte integrierte Treiberbaustein, können normalerweise mit Gleichstromversorgungsspannungen versorgt werden, die bereits eine relativ große Toleranz aufweisen können.

Funk-Technik. 30 (1975). Seite 308 bis 311. insbesondere Bild 3 und 15, betrifft einen integrierten Treiberbaustein mit bipolaren Transistoren für analoge oder binäre Ausgangssignale. Der Ausgangsverstärker, der jeweils durch einen Gegentaktverstärker gebildet wird, weist also jeweils keinen Tri-Statt-Ausgang auf. sondern nur einen zwei verschiedene niederohmige Zustände aufweisenden Ausgang Dementsprechend spielt hier zwar die Einstellung e. nes Ruhestromes der 'icgentakttransistoren eine sogar große - Rolle, um eine lineare Kennlinie auch für sehr kleine Amplituden der - offensichtlich dann analogen - Ausgangssignale zu erhalten. Entsprechend viel Sorgfalt wird auf die Gleichheit der Basis ströme beider Gegentakttransistorci in deren Ruht zu- :and gelegt. Im Betrieb als Treiber werden diesen Basisstromen offensichtlich im allgemeinen analoge - Eingangssignale so überlagert, daß sie die Grgentakttransistoren gegenphasig steuern. Eine extreme Steigerung der Toleranzen der Bettiebsspaiinunget' bei evtrem konstanten Ausgangssignalamplituden wird auch hier weder beabsichtigt noch erreicht

Durch die DE-OS 22 37 559 ist eine Konstantspar, nungsquelle als Versorgungsquelle eines integrierten Bausteins bekannt. Die KonstantspannungsquclL enthält neben einer Reihenschaltung von /enerdioden noch einen Multikollektortransistor zur Versoigunp dieser Reihenschaltung.

Durch die DEOS 22 56 640 ist eine schaltbare Kon stantstromquelle ?ur Gleichstromversorgung eines in tegrierten Bausteins mit bipolaren "Transistoren bf kannt. Diese Konstantstromquelle enthält einen Multikollektortransistor. dessen Kollektoren einen konstanten Stror liefern können. Damit dieser Strom konstant i«t. liegt in Reihe zum Emitter dieses Multikollektortransistors ein weiterer Transistor, dessen Widerstand seiner Kollektor-Emitter· Strecke durch einen weiteren Regelverstärker gesteuert ist. wobei der Regelverstärker seinerseits durch den Strom in einem d.i Kollekwrcn des Multikol!cktortrun,isU)r.N gesteuert ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die ToIe-

ranz der Glcichstroimcrsorgungsspannungcn eines I ieibcrhausteins sehr shirk /ιι vergrößern, also einen Baustein mit sogenannter Riesentoleranz herzustellen, obwohl am Bausieinausgang Ausgangsströmc beider Polaritäten mit relativ engen Toleranzen auftreten sollen. Wegen dieser besonderen Aufgabe eignet sich der erfindungsgemäß integrierte Treiberhaustein besonders zur Steuerung von polarisierten l'ernsprechrelais. die mindestens drei verschiedene Schalt/ustände. je nach Größe und Polarität des Ausgangsstromes, aufweisen, wobei die im System, hier die im fernsprechsystem, verwendeten Ciieichstromversorgungsspaniuingen zum Beispiel eine Toleranz zwischen 3h V und n.N V aufweisen dürfen. Die Toleranz der (ileiclistromversorgungsspannung betrügt also ein Vielfaches der minimal notwendigen Gleichstroniversorgungsspannung. Der Treibelbaustein mit einer solchen Riesentoleranz, seiner Gleichstromversorgung kann daher außerordentlich vielseitig in Systemen verwendet werden, welche weitgehend beliebige Versorgungsspannungen aufweisen dürfen. Insbesondere sollte der erfindungsgemäßc Treiberbaustein aber zusätzlich die Steuerung unpolarisierter Relais bei besonders niedrigen Gleichstromversorgungsspannungen des Treiberbausteins zulassen, also von Relais mit zwei Sehaltz.uständen, welche durch Ausgangsströme mit einer bestimmten Mindestgröße der einen Polarität in ihren ersten Schaltzustand und durch Ausgangsströme unterhalb einer zweiten Mindestgröße der gleichen Polarität in den zsveiten Schaltzustand gesteuert wcrcljn; um zu verhindern, daß bei Anwesenheit von Steuersignalen Treiberbaustein-Ausgangsströme fließen, welche die Ausgangsstufe des Treiberbausteins und das am Treiberbausteinausgang angeschlossene Orgati, insbesondere polarisierte Relais, mit einem Ruhestrom belasten, muß der Treiberbausteinausgang auch in einen hochohmigen Zustand gesteuert werden können: es sollte daher ein Tri-State-Ausgang vorgesehen werden.

Die Erfindung geht von einem integrierten Treiberbaustein für binäre bz.w. ternäre Ausgangssignale aus. mit bipolaren Transistoren und mit einem Ausgangsgegentaktverstärker. der durch zwei in Reihe liegende, getrennt steuerbare Gegentakttransistoren gebildet wird, wobei der Ausgangsgegentaktverstärker einen Tri-State-Ausgang aufweist. Der erfindungsgemäße Treiberbaustein ist dadurch gekennzeichnet, daß jeder der beiden Gegentakttransistoren über eine nur dann stromliefernd geschaltete Konstanistromquelle angesteuert wird, wenn der betreffende Gegentakttransistor in seinen leitenden Zustand gesteuert werden soll. An sich kann für jeden Gegentakttransistor eine ihm eigene solche Konstantstromquelle angebracht werden. Beide Gegentakttransistoren können aber auch durch eine beiden gemeinsame Konstantstromquelle, z. B. durch einen einzigen Multikollektor-Transistor gesteuert werden, dessen erster Kollektor den Basisstrom für den erster. Gegentakttransistor und dessen zweiter Kollektor den Basisstrom des zweiten Gegentakttransistors liefert, wobei Schalter, z. B. Transistorschalter, einmal den konstanten Strom dem ersten, später dem zweiten Gegentakttransistor zuführen. Solche Schalter sind insbesondere zwischen die Konstantstromquelle und die Steuerelektroden der Gegentakttransistoren einzufügen.

Die Erfindung und Weiterbildungen davon werden an Hand der in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Ausfüh-

rungsheispicle naher erläutert. w<ihci

Ιίμ. 1 das Prinzip eines Ausfiihrungsheispicles und

l-'ig. 2 und .^; detaillierte Aiisfulmmgsbeispielc lur das in Hg. I gezeigte Prinzip zeigen.

Das in l-'ig. 1 gezeigte Prinzipschallbild zeigt den Signaleingani: / fur das Polaritiitssteuersigual. das die Polarität des Stromes mn Treiberbausteinausgang (J steuert Außerdem ist tier I-Jiablcsignalcingang /..Y gezeigt, über welchen der Trciherbaiistcinausgang (J wahlweise in seinen hochohmigcn ( /Λ — /.) oder in einen niederohniigen Zustand ( /·.Λ //) gesteuert werden kann. Das am Treiberbaustcinausgang {) angeschlossene, hier polarisierte Relais Rl. wird also im niederohmigen Zustand des Ausgangs (J \on Strömen dereinen oder der entgegengesetzten Polarität durchflossen, je nachdem, ob das Pnlaritatssteuersiunal / jeweils /. oder // ist. Das Relais Rl: wird jedoch ν on keinem Strom durchflössen, wenn der Treiberbausteinausgang Q hochohmig ist. wenn also am !-!nablesignal /-..Y kein I-.nahlcsignai. also Λ.Λ = /.. anliegt

Hei dem in 1- ig. I gezeigten Treiberhaustein ist also ein AusgangsgegentakUerstärker mit zwei in Reihe liegenden, getrennt steuerbaren, bipolaren (iegentakttransistoren angebracht, dessen Ausgang (J einen Tri-State-Ausgang bildet. Ie nachdem, ob

1. beide Gegentakttransistoren .11 A2 in ihrem sperrenden Zustand sind, oiler ob

2. der eine oder

3. dei andere dieser beiden Geuentakttransistoren. also /11 oder A2. in seinem leitenden Zustand ist.

flieRt durch lias polarisierte Relais RE

1. kein Strom, oder ein Strom

2. der einen oder

3. anderen Polarität.

Der durch das Relais RE fließende Ausgangsstrom der ersten Polarität fließt also über den Gleichstromversorgungsanschluß USl. über den Gegentakttransistor .12. über den Ausgang Q und über das Relais RE zum Anschluß UM. Der Ausgangsstrom entgegengesetzter Polarität fließt hingegen zum Gleichstromversorgungsanschluß US2 über den Gegentakttransistor Al. über den Ausgang Q und über das Relais RE vom Anschluß UM her.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist. können die Potentiale an USl.7 B. + 15V.undamAnschlußC.S"2.z.B.- 15V. betragen. Es zeigte sich jedoch, wie später noch beschrieben wird, daß diese Potentiale auch ganz erheblich, z. B. jeweils um den Faktor 2. nach unten abweichen können, obwohl die Ausgangsströme durch das Organ RE nahezu konstante Amplitude haben - daß also Riesentoleranzen für die Gleichstromversorgung zugelassen sind.

Jeder der beiden Gegentakttransistoren Al. Al wird bei diesem Beispiel über eine ihm eigene Konstantstromquelle 5 . 52 gesteuert. Die jeweils individuell zugeordnete Konstantstromquelle 51. 52 wird ihrerseits dann in ihren stromliefernden Zustand geschaltet, wenn der betreffende zugeordnete, von ihr angesteuerte Gegentakttransistor Al bzw. Al in seinen leitenden Zustand gesteuert werden soll. Solange der zugeordnete Gegentakttransistor Al. Al jedoch in seinen nichtleitenden Zustand gesteuert werden soll, ist auch die betreffende Konstantstromquelle 51 bzw. 52 jeweils nicht in denjenigen Zustand geschaltet, in dem diese Konstantstromquelle einen Strom zur Steuerung des zugeordneten Ausgangstransistors Al bzw. A2 in dessen leitenden Zustand liefert.

Dadurch, ti a B ilic beiden (iegentiikttnmsistoren /I' /12 getrennt ansteuerbar sind, also unabhängig voneinander wahlweise in ihren leitenden oder in ihren nichtleitenden Zustand steuerbar sind, bildet der Tr'iberbausteinausgang Q einen Tri-State-Ausgang. Dadurch, daß beide getrennt steuerbaren Gcgcntakttransistoren Al. /12 nur mit stabilisierten, also von dor Gleichstromversorgung weitgehend unabhängigen Strömen über jwcils individuell ihnen zugeordnete, also eigene Konstantstromquellen .Vl. Λ2 angesteuert werden, kann die Versorgungssp-innung an den Anschlüssen i/51. US2 nicht nur Riesentoleran-/en aufweisen, sondern es kann zusätzlich jede der beiden Konstantstromquellen .Vl. Sl selbst wahlweise in ihren Strom liefernden und in ihren keinen Strom liefernden Zustand geschaltet werden, ohne zusätzliche Schalter zwischen diesen Konstantstromquellen und ihren zugeordneten Ciegentakttransistoren anbringen zu müssen. Wegen der Riesentoleranz kann ein stabilisierter, vorbestimmter Strom der Konstantstromquellen .Sl. .V2 praktisch unabhängig von der jeweiligen Größe der Gleichstromvcrsorgungsspannungdie bipolaren Gegentakttransistoren /11. /12 nur in solche leitende Zustände steuern, in denen der Kollektorstrom bzw. Emitterstrom dieser Gegentakttransistoren Al. Al einen- über den Verstärkungsfaktor dieser Ausgangstransistoren gut definierten, vom stabilisierten Stroiii der Konsiantstromquellen .Vl. .V2 abhängigen - Ausgangsstrom dem an den Treiberbausteinausgang Q angeschlossenen Organ, hier ein bipolarisiertes Relais RE, liefert. Dies ist insbesondere aann der Fall, wenn die Gegentakttransistoren jeweils in ihren gesättigten Zustand gesteuert werden, falls sie leitend sein sollen. Gesättigte Transistoren werden nämlich von Kollektorströmen durchflossen, die fast unabhängig von der Kollektor-Emitter-Spannung dieses Transistors sind.

Die Erfindung nutzt also aus, daß unabhängig voneinander steuerbare, bipolare Gegentakttransistoren Al. Al durch Steuerung an ihren Basen mit von Konstantstromquellen 51. 52 gelieferten Strömen in leitende Zustände steuerbar sind, in denen diese Gegentakttransistoren weitgehend unabhängig von den Gleichstromversorgungsspannungen USl. USi nur Ausgangsströme mit entsprechend engen Toleranzen durch das am Treiberbausteinausgang Q angeschlossene Organ RE liefern.

In Fig. 1 ist zusätzlich eine Verknüpfungsschaltung V gezeigt, welche die bereits genannten Eingänge / und EN sowie zwei Ausgänge aufweist. Der erste Ausgang schaltet bei diesem Beispiel die Konstantstromquelle 51. Der zweite Ausgang schaltet die Konstantstromquelle 52. Der Aufbau der Verknüpfungsschaltung V gewährleistet, daß der Treiberbausteinausgang Q, also der dort angebrachte Tri-State-Ausgang, in seine drei verschiedenen Zustände mit Hilfe von dem Treiberbaustein zugeführten Steuersignalen, hier / und EN, gesteuert werden kann.

Zur weiteren Vergrößerung der Riesentoleranz für die Gleichstromversorgungsspannungen kann, wie in Fig. 1 angedeutet ist, vorgesehen sein, daß auch die Verknüpfungsschaltung V selbst über eine spannungsstabilisierende und/oder stromstabilisierende zusätzliche stabilisierende Einheit 53 mit Gleichstrom versorgt wird. Dadurch kann nämlich jede der Konstantstromquellen 51, 52 mit besonders stabilisierten Signalen über die Ausgänge der Verknüpfungsschaltung V geschaltet werden, so daß die Ausgänge der KoiistiiiUstromqucllcn 51. 52 ihrerseits ganz besonders stark stabilisierte Ströme zur Ansteuerung der Gegentakttransistoren /II. /12 liefern.

Grundsätzlich könnte der Ausgang Q des Treiberbaiisteins auch dadurch einen Tri-Slate-Ausgang darstellen, daß dort ein weiterer Schalter bzw. Transistor, z. U. /wischen das am Ausgang Q angeschlossene Organ RE und dem Verbindungspunkt zwischen den Gegentakttransistoren /11, Al,eingefügt wird. Dieser eingefügte Schalter könnte z. B. direkt von dem Enablesignal /-.'/V gesteuert werden. In diesem Falle könnte eine Verknüpfungsschaltung V mit eigenem Enablesignaleingang EN entfallen.

Die Einfügung eines solchen Sehalters kann vermieden werden, wenn eine von einem Enablesignal EN gesteuerte Verknüpfungsschaltung Γ vorgesehen ist. die direkt die Verbindung zwischen den Konstantstromquellen und den Gegentakttransistoren oder die direkt die Konstanlstromquellen schalten, so daß keiner der beiden Gegentakttransistoren in seinen leitenden Zustand gesteuert wird und damit der Tri-Statc-Ausgang Q hochohmig wird, solange kein Enablesignal /:/V am Treiberbaustein anliegt.

Dadurch, daß zwischen die VerknüpfungsschalUing und den Steuerleitungen der Gegentakttransistoren die von der Verknüpfungsschaltung gesteuerten Konstantstromquellcn 51. 52 eingefügt sind, werden die Gegentakttransistoren unmittelbar von den Konstantstromqucllen und nur mittelbar von der Verknüpfungsschaltung gesteuert, wodurch die den Basen der Gegentakttransistoren Al, Al zugeführten stabilisierten Steuerströme noch besser stabilisiert sind, als wenn die Verknüpfungsschaltung direkt auf die Verbindung zwischen den Konstantstromquellen 51. 52 einerseits und den zugeordneten Gegentakttransistoren Al, Al wirken wurden.

Dadurch, daß die Verknüpfungsschaltung zwei getrennte Eingänge aufweist, die. wie in Fig. 1 gezeigt, mit dem Ausgangsstrompolaritätssignal / und dem Enablesignal EN beliefert werden, und zwei getrennte Ausgänge aufweist, die getrennt mittelbar oder unmittelbar die Gegentakttransistoren steuern, kann auf einfache Weise mit den binären Signalen / und EN die getrennte Steuerung der beiden Gegentakttransistoren und damit die erwünschte, wahlweise Steuerung des Zustandcs des Tri-Stale-Ausganges Q erreicht werden. Diese Verknüpfungsschaltung ist bei dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel also zwischen die Signaleingänge / und EN des Treiberbausteins einerseits und den beiden Gegentakttransistoren und deren Konstantstromquellen 51. 52 andererseits eingefügt.

Wie bereits erwähnt, kann vorgesehen sein, daß die Konstantstromqucllen 51. 52 hochstabilisiertc schaltende Ströme zugeführt erhalten, indem die Verknüpfungsschaltung eine weitere konstante Quelle aufweist, z. B. eine weitere Konstantstromquelle, die diese schaltenden Ströme der Ausgänge der Verknüpfungsschaltung stabilisiert. Hierdurch wird eine besonders große Unempfindlichkeit des Treiberbausteins gegenüber Veränderungen der Gleichstromversorgungsspannungen t/51, USl erreicht, obwohl die an das Organ RE gelieferten Ausgangsströme enge Toleranzen aufweisen.

Man kann die geschalteten Konstantstromquellen 51, 52 und/oder die weitere konstante Quelle 53 jeweils durch Multikollektortransistoren bilden, wobei zumindest der Basis von geschalteten Konstantstromquellen, hier 51. 52. jeweils ein abhängig von dem

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Ausgangsstrompolaritiiiensignal / gesteuerter, stabilisierter Gleichstrom /ugcfiihrl wird. Die Kollektoren liefern dann die stabilisierten Strome, liin Beispiel hierfür ist in [ig. 2 gezeigt. Die Multikollektortransistoren .SI. Λ2. hier gehildct durch integrierte, laterale pnp-Transistor.n /9. TI(I. /11 und /12. /13. /14. stellen jeweils die Konstantstroni'.|uellen S2 und .Sl dar. Die Streune zwischen dem Kollektor und der Basisder Teile /'Il und 712 beider Multikollektortransistoren sind überbrückt, so daß die in der Verknüpfungsschaltung Γ enthaltenen, die Konstantstromi|uellen schaltenden Transistoren /15. /16 jeweils unmittelbar die schaltenden Strome in die Basis der Multikollektortransistoren .Sl. .S'2 einspeisen. Die Emitter heider Multikollektortransistoren sind jeweils untereinander verbunden und liegen bei dem gezeigten Allsführungsbeispiel auf dem Potential CM. Die Transistoren /15. /16 steuern also die Kollektor-Mföinc der beiden Koüekt'^rCP K'ilt's ιΐίτ Transistoren .Vl. .S'2. wobei jeweils der erste Kollektor, vgl. TlO und 713. den stabilisierten Gleichstrom an seinen zugeordneten Gegentakttransistoren Λ2, A 1 bzw. T20. 7'23 liefert. Ein Vorteil eines Multikollektortransistors gegenüber mehreren einzelnen, voneinander getrennten Transistoren als Konstantstromquelle mit mehreren Ausgängen besteht darin, daß wegen verminderter Herstellungstoleranzen die von den verschiedenen Ausgängen des Multikollektors gelieferten stabilisierten Ströme unter sich relativ leicht nahezu gleich groß gemacht werden können, also daß dann die Stabilisierung besonders groß ist. Die Gegentakttransistoren selbst sind hier übrigens jeweils als Darlingtonverstärker 719 T20. T22 T23 mittels npn-Transistoren aufgebaut, damit die von den Kollektoren der Multikollektortransistoren .Vl. .S'2 zu liefernden stabilisierten Ströme niedrig sein können.

Der erste Kollektorder Multikollektortransistoren .Vl, 52 kann jeweils mit dem Steiieranschluß der zugeordneten Gegentakttransistoren T20, T23 bzw. T19. 722 verbunden werden. Der zweite Kollektor dieser Multikollektortransistoren kann jeweils mit dem Steueranschluß eines «■lockierschalters K2. Kl verbunden werden, der jeweils nicht den zugeordneten Gegentakttransistor. sondern den anderen Gegentakttransistor kontrolliert, nämlich freigibt oder hlokkiert. Diese Blockierschalter sollen, während der Umsteuerung des von ihm kontrollierten Gegentakttransistors von dem leitenden in den nichtleitenden Zustand, ein zusätzliches Sperrpotential diesem kontrollierten Gegentakttransistor zuführen, damit die Umsteuerung beschleunigt wird. Diese Blockierschalter AfI, Kl sind auch in Fig. 1 angedeutet.

Der Blockierschalter Al. Λ2 ist bei dem in Fig. 2 gezeigten Beispiel also so angebracht, daß er selbst leitend ist, wenn der kontrollierte Gegentakttransistor in den nichtleitenden Zustand zu steuern ist. und umgekehrt. Da ein bipolarer, vor allem ein gesättigter bipolarer Transistor relativ schnell in seinen leitenden Zustand, aber nur relativ langsam au* dem leitenden in den nichtleitenden Zustand gesteuert werden kann, wird der so geschaltete Blockierschalter Kl. K2 besonders rasch den kontrollierten Gegentakttransistor T23/20 in dessen nichtleitenden Zustand steuern, weil der Blockierschalter Kl, K2 bzw. T24/T21 selbst besonders rasch hierbei in den leitenden Zustand gesteuert wird und also besonders rasch die Überschwemmung der Basis des Gegentakttransistors mit Ladungen beseitigt und damit besonders rasch ein

Sperrpotential an die Steuerelektrode lies kontrollierten Crwjntnkuransistors liefert. Zusätzlich wird dadurch erreicht, daß beim Umschalten niemals beide Gegentakttraiisistoren 7'2O /'23 gleichzeitig leitend sind, wodurch sie zerstört werden könnten.

Die Verknüpfungsschaltung wird bei dem in fig. 2 und 3 gezeigten Beispiel im wesentlichen durch einen Differenzverstärker «ehildet. der seinerseits einen relativ konstanten Strom an die Basen der Multikollcktortransisloren M. .S'2 liefern kann. Dies ist besonders leicht dann möglich, falls der im Kollektjrzweig des Differenzverstärkers angebrachte Transistor T18 in ilen Sättigungszustand gesteuert wird und der Widerstand Rf* hochohmig ist. also z. B. ca. 15 kOhm betragt und wenn die dem Differenzverstärker zugeführte Vergleichsspannung, vgl. DT. ein konstantes Be/.ugspotential für den Transistor Γ16 des Differenzverstärkers darstellt - die oben bereits angegebene weitere konstante Quelle 53 ermöglichst dem Differenzverstärker 715 T16. besonders gut stabilisierte schaltende Ströme an die Basen der Multikollektortransistoren b/w. Stromkonstantquellen .Sl. .S'2 abzugeben.

Insbesondere das in Fig. 3 gezeigte Schaltungsbeispiel bewährte sich für die Herstellung eines integrierten Treiberbausteins. Die Fig. 2 und 3 unterscheiden sich dadurch, daß in Fig. 3 bei den Gegentakttransistoren ,11. .-12.bei den Blockierschaltern Kl. Λ,'2 und bei den Konstantstronu|uellen Sl. .V2 zusätzliche Widerstände Rl bis R14 eingefügt wurden, welche eine noch bessere Stabilisierung der Kennlinien der betreffenden Transistoren und vor allem eine raschere Steuerung der betreffenden Transistoren in den gesperrten Zustand gestatten. Die weitere konstante Quelle .V3 ist bei dem in Fig. 3 gezeigten Beispiel ebenfalls durch einen Multikollektortransistor gebildet, der von einer Vergleichsspannungsquelle RV gesteuert ist. An der Zencrdiode Di entsteht nämlich eine erste Vergleichsspannung, welche die Spannung über dem Spannungsteiler R2 Ri stabilisiert. Daher ist das den Transistor T2 steuernde Potential bzw. dessen Steuerstrom stabilisiert, so daß oieser Transistor T2 einen hochstabilisierten Strom der Basis des Multikollektortransistors S3 einprägt. Zwei Kollektoren des die weitere konstante Quelle bildenden Multikollektortransistors 53 sind mit den Steuerelektrodendes Differenzverstärkers T15 ' T16 verbunden, so daß liiese Steuerelektroden mit stabilisierten Strömen betrieben werden. Außerdem sind Kollektoren des Multikollektortransistors 53 mit den Steuerelektroden von Transistoren T17. T18 verbunden, welche den Zustand des Transistors T18 abhängig vom Enablesignai EiV steuern und zusätzlich stabilisieren, so daß der Transistor T18 zwei stabilisierte, durch das Enablesignal E/V definierte Zustände aufnehmen kann, nämlich einen gut definierten gesättigten und einen nichtleitenden Zustand. Die Verknüpfungsschaltung V enthält hier zur Förderung der Stabilisierung also zusätzlich den Transistor Tl als Vorverstärker so*«*»; die dem gleicher. Zweck dienende Zenerdiode DA.

Die Diode D5 leitet bei / = H den Konstsntstrom des T6 über Dl zum Masseanschluß E des Treiberbausteins ab. Die Diode DS begrenzt also den Spannungsanstieg an der Basis von TiS und verhindert die Sättigung von TlS und einen eventuell möglichen Basis-Emitter-Durchbruch von 716. Die Diode DS bewirkt also bei I = H ein konstantes Potentiai an

Il

der Hasi> \oti /15 ιιικΙ somit einen konMantcn liinpragestroni an die H;isis des Mulriknllcktortransistors S3.

5:shat sieh erwiesen, daß das in Hg. 3 gezeigte Beispiel wegen der durch die Stabilisierungen erreichten Riesentoler.m/s(M!:ir mil ?b V /wischen i'.S'l und L'.S2 betrieben werden kann, nämlich mit + IN \' an (/.Sl und - I <S Y an i'.S2. Dieses gleiche Beispiel kann jedoch mich mit ! 3.(i V /wischen USl und C.S2 hetriehen werden, nämlich mit nur d.S V an USl und mil - (l.S Y an i'.S2. ohne den Ausgangsstrom durch das Organ Hl. wesentlich /u beeinflussen.

Dadurch. daL'> die Gegentakttransistoren Al, ,12 dm eh Dioden /)*J. /J8 gegenüber Spannungen geschützt wxrd'-n. können auch Relais als Organe RE im den Ausgang Q des Treiberhausteins angeschlossen werden. Hs werden nämlich beim Abschalten des Relais am Ausgang Q auftretende hohe Spannungsspii/en von den Gegentakttransistoren AX. Al ferngehalten

Der in Fig. 3 gezeigte Treiherhaustein kann wegen der erreichten Riesentoleran/ sogar noch mit Gleichstromversorgungsspannungen his herab zu d.N V störungsfrei betrieben werden und den vorbestimmten, eng tolerierten Gleichstrom am Ausgang Q an das Organ RE liefern, falls das Organ RE nur mit Ausgangsströmen der einen Polarität, also nicht mit Ausgangsströmen heider Polaritäten zu steuern ist. Das Organ RE kann dann also /. U. ein unpolarisiertes Relais sein. In diesem Falle ';ann nämlich der Hruungsansehluß /·; mit dem Anschluß t'.S'2 kurzgeschlossen werden. Falls dann kein Fnablesignal EN vorliegt, ist der Ausgang Q in seinem hochohmigen Zustand, weil 7Ί8nichtleitend untl also auch die MuI-tikollektortransistoren .Sl. .S2 nichtleitend sind, so daß sowohl der Gecentakttransistor Al als auch der (regcntakttransistor /11 nichtleitend sind.

Falls hingegen ein Enable-Signal /-.,V anliegt, ist ab hängig vom Ausgangsstrompohiritätssignal / entwedci /ltt '.der 71S u.id damit entweder .SI (»!er S2 Ιι.·ίΐ4·"ϋ. so daß entweder 41 oder /12 leitend ist Falls der Gegentakttransistor A 1 leitend ist. fli ,!It praktisch kein Ausgangsstrom durch das an den Ausgang (J angeschlossene Organ RE. falls am Anschluß UM firili >otential liegt. FaMs aber der Gc'',e:i!"!<ttransis!oi /) ? leitend ist. fließt ein Ausgangsstrom uurch das Organ RE. und zwar mit enger, vorgegebener Toleranz, sogar dann, falls die Spannung zwischen den Anschlüssen UM und ί .Sl und zwischen E und USl jeweils nur noch ii.S V beträgt - entsprechend der etwa ähnlich großen Zenerspannung der Zenerdiode Dl in der Verknüpfungsschaltung V. Bei dieser »unpolarisierten« Betriebsweise kann jedoch die Spannung jeweils /wischen UM und Wl und zwischen /-.und USl ohne Störung des Betriebs auch stark erhöht werden, z. B. aul .Ml V. Auch bei dieser iJetriebsweise ist also eine Riesentoleranz gegeben, die hier 30 V — ft.tS V = 23.2 V. also etwa das Dreieinhalbfache des Mindestwertes h.S V beträgt.

Für die Integration erwies sich als günstig, ein p-Suhstrat mit pnp-L.ateraltransistoren und npn-Transistoren, wie in Fig. 2 und 3 gezeigt, zu verwenden. Die Schutzdioden D8 D9. die die Gegentakttransistorcn gegen Absclialtspannungsspitzcn von einen, durch ein Relais gebildeten Organ RE schützen sollen, sind dann ebenfalls leicht integrierbar. Insbesondere kann dann eine hesondere Schutzdiode 09 weggelassen w erden, weil die Anordnung der Gegentakttransistoren auf dem Substrat dann so ist. daß die Schutzdiode gleichsam bereits durch eine parasitäre pn-Diode zwischen Substrat und Kollektor des Γ23 gebildet wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (20)

26 ,2495 Patentansprüche:

1. Integrierter Treiberbaustein für binare bzw. ternüre Ausgangssignale mit bipolaren Transistoren und mit einem Ausgangsgegentaktverstärker.der durch zwei in Reihe liegende, getrennt steuerbare Gegentakttransistoren gebildet wird, wobei der Ausgangsverstärker einen Tri-State-Ausgang aufweist, insbesondere zur Steuerung bipolarer ι Fernsprechrelais, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der beiden Gegentakttransistoren (Al, Al bzw. 723, 720) über eine nur dann stromliefernd geschaltete Konstantstromquelle (51, 52) angesteuert wird, wenn der betreffende von ihr angesteuerte Gegentakttransistor (723, 720) in seinen leitenden Zustand gesteuert werden soll.

2. Treiberbaustein nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß einer von einem Enablesignal ( EN) ge«'-:uerte Verknüpfungsschaltung ( V) vorgesehen I=I. deren Ausgang bzw. deren Ausgänge die Gegentakttransistoren (AX, Al) steuert und oder deren zugeordnete Konstantstromquellen (51, S2) schaltet, so daß hei Fehlen des Enablesignals ( ES = /.) keiner der beiden Gegentakttransistoren in seinen leitenden Zustand gesteuert wird.

3. Treiberhaustein nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dit Verknüpfungsschaltung ( V) und den Gegentrankttransistoren (AX, Al) 'lic von der Verknüpfungsschaltung ( V) geschaltete(n) Konstantstromquclle(n) (.Vl. 52) eingefügt ist. siml

4. Trciberbaustein nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß /wischt « zwei seiner Signaleingängc (/. EN) und den beiden Gcgentakttransistoren(/ll. Al (die Verknüpf ung^chdliung ( V) eingefügt ist. Jie ihrerseits zwei Eingänge und zwei Ausgänge enthält, daß dem ersten Verknupfungseingang das Enablesignal (EN) und dem zweiten Verknüpfungseingang ein die Polarität des Treiberbaustein-Ausgangsstromes bestimmendes Auveangsstrompolaritätssignal (/) zugeführt v.*rd und daß die beiden Ausgange der Verknüpfungsschaltung ( V) mittelbar oder unmittelbar jeweils einen eigenen der beiden Gegentakttransistoren steuern.

5. Treiberbaustein nach einem der Ansprüche 2 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Verknüpfungsschaltung ( kleine weitere konstante Quelle (.S3) aufweist, die die Ströme des Ausgangs der Verknüpfungsschaltung ( V) stabilisiert, so daß die Verknüpfungsschaltung einen dem Ausgangv slrompolaritatssignal (/) entsprechenden stabilisierten Strom liefert.

6 Treiberbaustein nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei jedem Gegentakttransistor ein Blockiertransistor (M. Ai2) angebracht ist. der beim Umsteuern des Gegentakttransistors vom leitenden in den nichtleitenden Zustand mederohmig ein Sperrputcntia! dem Uegcntakttransistor zuführt.

7. Treiberbaustein nach Anspruch 6. dadurch gekennzeichnet, daß die geschalteten) Konstantstromquellc(n) (51, 52) durch einen Multikollcktortransistor ( 79/ 710/ Vl 1) gebildet wird/werden und daß deren Basis jeweils ein abhängig vom Ausgangsstrompolaritätssignal (/) gesteuerter.

stabilisierter Gleichstrom zugeführt wird.

8. Treiberbaustein nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der erste der Kollektoren ( 713, 710) mit dem Steueranschluß des zugeordneten Gegentakttransistors und der zweite der Kollektoren ( 714, 79) jeweils mit dem Steuerunschluß eines der Blockierschalter (Kl, Kl bzw. 724. 721) verbunden ist, der seinerseits - während der Steuerung des mit der Emitte·■-Kol!ektorstrecke des Blockierschalters verbundenen Gegentakttransistors (Al, Al) von dessen leitenden in dessen nichtleitenden Zustand - ein zusätzliches, diesen Gegentakttransistor in den sperrenden Zustand steigerndes Sperrpotential diesem Gegentakttransistor zuführt.

9. Treiberbaustein nach Anspruch 7 oder 8. dadurch gekennzeichnet, daß der Multikollektortransistor im eingeschalteten Zustand gesättigt ist.

10. Treiberbaustein nach einem der Ansprüche 6 bis 9. dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Steuereingang des Gegentakttransistors mit seiner Emitter- Koiiekiorstrecke verbundene Blockierschalter (Kl. Kl) in den leitenden Zustand gesteuert wird, wenn der verbundene Gegentakttransistor (Al, Al) in den nichtleitenden Zustand gesteuert wird, und umgekehrt.

11. Treiberbaustein nach eia.m der Ansprüche 6 bis K). dadurch gekennzeichnet, daß der Blockierschalter ( Kl) des einen Gegentakttransistors (Al) jeweils von der den anderen Gegentakttransisu r (Al) direkt steuernden Konstantstromquelle (52) gesteuert wird.

12. Treiberbaustein nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Cicgentakttransistoren (Al. Al) jeweils durch eine Schutzdiode ( D9. DlO) gegen Abschaltspannungsspitzen eines am Bausteinausgang (ζ?) angeschlossenen Relais (RE) geschützt sind.

13. Treiberbaustein n;:ch einem der vorhergehenden Ansprüche. doJurch gekennzeichnet, daß das Substrat p-leitend ist und daß die Gegentakttransistoren Dreischicht-Transistoren, und zwar npn-Transistoren sind.

14. Treiberbaustein nach Anspruch 12 und \S. dadurch gekennzeichnet, daß die den einen (iegcntakttransistor (/11) schutzenden erste Schutzdiode {1)9) durch einen Substrat-Kollektor-pn-L'bergapg/wischen Substrat und Kollektor diesc-Ciegentakttrctnsistors (Al) gebildet ist

15. Treiberbaustein nach einem der %orherge henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dal'. die Konstantstromquelle jeweils ausreichciui Strom zur Steuerung des zugeordneten Gcgentakttransistors in dessen gesättigten Zustand liefert.

lh Treiberbaustein nach einem der ·. .vergehenden Ansprüche, dadurch gekenr'v .chnet. daß jedem Gegentakttransistor eine Γ n eigene Kcnstantstromquelle zugeordnet ..

17. Treiberbaustein nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß beiden Gegentakttransistoren gemeinsam die gleiche Stromkonstantquelle zugeordnet ist.

18. Treiberbausiuin nach eine .. der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, <!-U. er zur Steuerung eines am Baustcinausganp (<J) angeschlossenen bipolaren Relais (RE) dient.

19. Treiberbaustein n..i_h einem de-- Ansprü-

ehe I bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Potential der Gleichstromversorgung (USl) gleich dem Potential {UM) ist, welches mit dem Bausteinausgang (Q) über das an diesen Bausteinausgang angeschlossene Organ (RE) verbunden ist.

20. Treiberbaustein nach Anspruch I^. dadurch gekennzeichnet, daß er zur Steuerung eines neutralen Relais (RE) dient.