DE2655173A1

DE2655173A1 - Schaltvorrichtung mit wenigstens einem transistor

Info

Publication number: DE2655173A1
Application number: DE19762655173
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl Ing Hassler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-12-06
Filing date: 1976-12-06
Publication date: 1978-06-08
Also published as: DE2655173B2; DE2655173C3; FR2373195A1

Description

Siemens Aktiengesellschaft Unser Zeichen

Berlin und München 3 TPA 76 P 5136 BRD

Schaltvorrichtung mit wenigstens einem Transistor

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltvorrichtung mit wenigstens einem Transistor zum Schalten von Signalen, insbesondere der Sende- und Empfangssignale der Ultraschallschwinger eines Ultraschall-Arrays.

Schaltvorrichtungen dieser Art werden insbesondere in der Ultraschalltechnik als Serien- oder auch Parallelschalter zur Ansteuerung und Durchschaltung einzelner Ultraschallschwinger eines Ultraschall-Arrays eingesetzt. Die Schwingerelemente sollen dabei sowohl während des Sendevorgangs als auch beim Empfang nach vorgebbaren Mustern elektrisch zu- bzw. abgeschaltet wer den können. Dies bedeutet also, daß je nach Art des Sende- bzw. Empfangsmusters immer eine bestimmte Anzahl von Schwingerelementen mit Sende- oder Empfangsenergie beaufschlagt wird, während andere Schwingerelemente entsprechend für Sende- bzw. Empfangsenergie gesperrt sind. Hinsichtlich der zu sperrenden Schwingerelemente besteht nun jedoch die Gefahr, daß im Sende-

oder Empfangsfall auch an gesperrten Transistorschaltern auftretende Sprünge der Signalspannung über Streukapazitäten (Miller-Kapazitäten) vom Kollektor oder Emitter zur Basis gekoppelt werden und somit eine unerwünschte Aufsteuerung der Transistoren bewirken.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, Schaltvorrichtungen der eingangs genannten Art dahingehend auszubilden, daß unerwünschte

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Selbstaufsteuerungen von Transistoren aufgrund von Überkoppelimpulsen mit Sicherheit vermieden werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen Basis und Emitter des Transistors ein Überbrückungsschalter für durch Streukapazität vom Kollektor oder Emitter zur Basis gekoppelte SpannungsSprünge vorhanden ist.

In besonderer Ausgestaltung der Erfindung kann der Überbrückungsschalter ein Aufsteuertransistor sein, der mit seiner Kollektor-Emitter-Strecke Überkoppelimpulse kurzschließt. Besteht die Schaltvorrichtung hingegen aus einer gegensinnigen Serienschaltung zweier Transistoren, insbesondere bipolarer Transistoren in einer Schaltstrecke, so sollte in anderer vorteilhafter Ausgestaltung immer einer der beiden Transistoren mit seiner Kollektor-Basis-Diode den Überbrückungsschalter für beim anderen Transistor zu dessen Basis überkoppelte Spannungssprunge bilden. Letzterer Fall ist immer dann von besonderem Vorteil, wenn die gegensinnige Serienschaltung der beiden Transistoren in Emitterkopplung erfolgt. Da die Transistoren basisseitig im allgemeinen durch hochohmige Widerstände, z.B. im Bereich von 6 kjli , gekoppelt sind, sollte zur basisseitigen Überbrückung ein paralleler niederohmiger Widerstand vorgesehen sein. Hierzu bieten sich antiparallel gepolte Dioden (Schottky-Dioden) oder noch besser eine Kapazität an.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung, in Verbindung mit den Unteransprüchen.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Aufsteuertransistoren als Überbrückungsschalter,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zwei bipolaren Transistoren, von denen die Kollektor-Basis-Diode des einen Transistors den Überbrückungsschalter für jeweils am anderen Transistor zu dessen Basis überkoppelte Spannungssprünge bildet.

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In der Fig. 1 sind mit T1 und T2 zwei bipolare Transistoren bezeichnet, die kollektorseitig jeweils miteinander verbunden sind. Der Emitter des Transistors T1 liegt am Spannungssignal U einer Sendesignalquelle S. Der Emitter des Transistors T2 ist über eine Last (Ultraschall-Wandlerelement W) nach Masse geschaltet. Den Leitstrecken der Transistoren T1 und T2 sind in der dargestellten Polaritätsrichtung die Dioden D1 und D2 parallelgeschaltet. Direkt an die Basen der Transistoren T1 und T2 angekoppelt sind ferner zwei Komplementärtransistoren T3 und T4 ebenfalls in Serienschaltung. Die Ansteuerung der Transistoren T1 bis T4 erfolgt über Ansteuernetzwerke mit den ohmschen Widerständen R1 bis R12, den Schalttransistoren T5 und T6 samt Halbleiterdioden D3 bis D6 und einer Versorgungsspannung U . Eine weitere Spannungsquelle -u"_v, T7, R13 bis R15 bzw. D7 bis D9 liefert einen Strom, der den Basissteuerstrom der Transistoren T1 und T2 aus der Signalleitung durch Subtraktion eines entsprechend gleich großen Gegenstromes weitgehend kompensiert. Die Schaltungsanordnung der Fig. 1 arbeitet im Selbstschaltprinzip, d.h. im Empfangsfall beispielsweise von Ultraschall-Echosignalen erfolgt die Steuerung in Abhängigkeit von der relativ niedrigen Versorgungsspannung U , während hingegen im Sendefall, wenn die Signalspannung U die Versorgungsspannung U weit überschreitet, die Signalspannung selbst den Basisstrom zur Durchsteuerung des jeweiligen Transistors T1 bzw. T2 liefert. Liegen demnach kleine Signalströme bzw. Spannungen (Empfangsfall) vor, so spielen die Transistoren T3 und T4 keine Rolle, d.h. sie sind ausgeschaltet, während von den Transistoren T1 und T2 je nach Polarität der Signalspannung immer ein Transistor normal, der andere hingegen invers leitend ist. Tritt jedoch beispielsweise eine große positive Momentanspannung auf, die die Versorgungsspannung U_y deutlich überschreitet, so fließt bei eingeschaltetem Schalter (Transistor T5 leitend) ein Strom über die Diode D1, den Transistor T4, den ohmschen Widerstand R8 und die Diode D5 zum Transistor T5. Dadurch wird der Transistor T4 in den leitenden Zustand gebracht. Der Transistor T2 arbeitet daraufhin wie eine Diode. Der Basisstrom für den Transistor T2 wird also vom Wechselstromgenerator selbst geliefert, wobei jedoch der

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Hauptstrom weiterhin durch D1 und T2 fließt. Bei ausgeschaltetem Schalter übernehmen die Bauelemente D3, T2, T4, D6 und D2 die Sperrspannung. Bei negativen hohen Signalspannungen ergibt sich der umgekehrte Fall mit den Transistoren T3 und T1 entsprechend.

Die Schaltvorrichtung arbeitet ausgezeichnet, solange die Schaltstrecke auf Durchlaß für Sende- oder Empfangssignale geschaltet ist. Soll die Schaltstrecke hingegen im Sperrbetrieb für derartige Signale arbeiten, so besteht die Gefahr, daß insbesondere im Sendefall Spannungssprünge in der Signalleitung auf die Basisleitungen der Transistoren T1 bzw. T2 gekoppelt werden und somit zur unerwünschten Durchschaltung der Transistoren T1 bzw. T2 führen. Terursacher für derartige Überkopplungen sind hauptsächlich Streukapazitäten (Miller-Kapazitäten) zwischen Kollektor und Basis des jeweiligen Transistors T1 bzw. T2. Gemäß der Erfindung sind nun jedoch zur Verhinderung derartiger Aufsteuererscheinungen im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 Aufsteuertransistoren T8 und T9 mit der Kollektor-Emitter-Strecke zwischen den Basen und den Emittern der Transistoren T1 und T2 vorgesehen. Tritt also an den Kollektoren der Transistoren T1 oder T2 ein Spannungssprung auf, so wird dieser über Überkoppelkapazitäten C1 oder C2 auf die Basis der Transistoren T8 oder T9 gekoppelt. Der Transistor T8 oder T9 schaltet somit in den leitenden Zustand, so daß der über Streukapazität zur Basis des jeweiligen Transistors T1 bzw. T2 überkoppelte Spannungssprung automatisch mit seinem Auftreten kurzgeschlossen wird. Ein unerwünschtes Aufsteuern eines Transistors T1 oder T2 bei zu sperrender Schaltstrecke wird hierdurch mit Sicherheit vermieden.

Die Schaltvorrichtung der Fig. 2 entspricht in den wesentlichen Grundzügen jener der Fig. 1. Unterschiedlich sind lediglich die Gegeneinanderschaltung von bipolaren Transistoren T1· und T2^! in Emitterkopplung. Dementsprechend sind auch die Dioden D1', D2' und die Komplementärtransistoren T3^f bzw. T4¹ gegensinnig gepolt. Darüber hinaus erfolgt die Ansteuerung der Transistoren T1' bzw. T2' aus Gründen der besseren Stromverstärkung mit

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Hilfe von Zusatztransistoren T10 und T11 in Darlington-Schaltung. Die Ankopplung der Transistoren T10 bzw. T11 an die Diode D4 mit Transistor T6 einerseits sowie Transistoren T1' und T2¹ andererseits erfolgt über ohmsche Widerstände R18, R19, R20 und R21. Zur Verhinderung des Leitendwerdens der Kollektor-Basis-Dioden der Transistoren T10 bzw. T11 durch Leckströme sind Dioden D14 bzw. D15 im Kollektorkreis der Transistoren T10 bzw. T11 vorgesehen. Aus demselben Grunde enthalten auch die Kollektorkreise der Transistoren T3¹ bzw. T4¹ Halbleiterdioden (Schottky-Dioden) D12 bzw. D13 in der dargestellten Polarität. Zur Überkopplung von SpannungsSprüngen der Transistoren T1 ' bzw. T2,¹, die aufgrund Streukapazitäten (Miller-Kapazitäten) von den Kollektoren der Transistoren unter Umständen auf deren Basen gelangen, auf einen Überbrückungsschalter dient eine einzige Kapazität C3 (z.B. im Bereich 100 pF). Besagter Überbrückungsschalter wird nun jedoch im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 nicht durch zusätzliche AufSteuertransistoren gebildet; vielmehr dient als Aufsteuerschalter die Kollektor-Basis-Diode immer eines der beiden Transistoren TV oder T2¹, sobald am anderen Transistor zu dessen Basis ein Spannungssprung überkoppelt wird. Der Stromfluß wird dabei in Richtung beibehalten, d.h. bei Überkoppelimpulsen an der Basis des Transistors T1' fließt der Überkoppelstrom über die Kapazität C3 und die Kollektor-Basis-Diode des Transistors T2¹ nach Masse. Bei Überkopplungen an der Basis des Transistors T2¹ ergibt sich entsprechend umgekehrte Richtung, d.h. der Koppelstrom fließt von der Basis des Transistors T2¹ über die Kapazität C3 und die Kollektor-Basis-Diode des Transistors T1'.

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eerseite

Claims

- fr'- 76 P 5136 BRD Patentansprüche

1. Schaltvorrichtung mit wenigstens einem Transistor zum Schalten von Signalen, insbesondere der Sende- und Empfangssignale der Ultraschallschwinger eines Ultraschall-Arrays, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Basis und Emitter des Transistors (T1, T2 bzxtf. T1', T2') ein Überbrückungsschalter (T8, T9 bzw. T2¹, TV) für durch Streukapazität vom Kollektor oder Emitter zur Basis gekoppelte SpannungsSprünge vorhanden ist.

2. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Überbrückungsschalter ein AufSteuertransistor (T8, T9) ist, der mit seiner Kollektor-Emitter·'Strecke Überkoppelimpulse kurzschließt.

3. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer gegensinnigen Serienschaltung zweier Transistoren (T1, T2 bzw, T1', T2¹), insbesondere bipolarer Transistoren, in einer Schaltstrecke immer einer der beiden Transistoren mit seiner Kollektor-Basis-Diode den Überbrückungsschalter für beim anderen Transistor zu dessen Basis überkoppelte Spannungssprünge bildet.

4. Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überkopplung der Spannungssprünge zum Überbrückungsschalter niederohmige Widerstände vorgesehen sind.

5. Schaltvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand antiparallel geschaltete Schottky-Dioden umfaßt.

6. Schaltvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand eine Kapazität (C1, C2 bzw. C3) ist.

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7- Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Zuordnung weiterer Transistoren zu den Transistoren (T1, T2 bzw. T1', T2') der Schaltstrecke, beispielsweise Ergänzungstransistoren (T10, T11) zur besseren Stromverstärkung in Darlington-Schaltung oder Hilfstransistoren (T3^r, T4') zur Schaltung bei hohen Signalspannungen (U₃), in den Kollektor-Basis-Kreisen letzterer Transistoren Dioden, vorzugsweise Schottky-Dioden, eingeschaltet sind derart, daß ein Leitendwerden der Kollektor-Basis-Dioden für Leckströme verhindert wird.

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