DE2655173B2 - Schaltvorrichtung mit wenigstens einem Transistor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltvorrichtung mit wenigstens einem Transistor zum Schalten von Signalen, insbesondere der Sende- und Empfangssignale der Ultraschallschwinger eines Ultraschall-Strahlersystems, wobei zwischen Basis und Emitter des Transistors ein Überbrückungsschalter für einen Strom oder eine Spannung vorhanden ist, der im Sinne einer Überbrükkung betätigt wird, wenn wenigstens am Kollektor ein Spannungssprung auftritt

Schaltvorrichtungen dieser Art sind beispielsweise aus der DE-AS 11 58 562, DE-AS 12 97 663 oder auch GB-PS 11 37 680 vorbekannt

In der Ultraschalltechnik werden Serien- oder auch Parallelschalter zur Ansteuerung und Durchschaltung einzelner Ultraschallschwinger eines Ultraschall-Strahlersystems benötigt Die Schwingerelemente sollen dabei sowohl während des Sendevorgangs als auch

ίο beim Empfang nach vorgebbaren Mustern elektrisch zu- bzw. abgeschaltet werden 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

M Sprünge der Signalspannung über Streukapazitäten

(Mille r-Kapazitäten) vom Kollektor oder Emitter zur

Basis gekoppelt werden und somit eine unerwünschte Aufsteuerung der Transistoren bewirken. Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, eine Schalt-

2"> vorrichtung aufzubauen, die unerwünschte Selbstaufsteuerungen von Transistoren aufgrund von Überkoppelimpulsen mit Sicherheit verhindert

Die Aufgabe wird irit einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch

ω gelöst, daß speziell dann, wenn bei gesperrtem Transistor am Kollektor oder Emitter des gesperrten Transistors ein Spannungssprung auftritt, dieser Spannungssprung den Überbrückungsschalter im Sinne des Kurzschließer des gleichzeitig durch Streukapazität

!"> vom Kollektor oder Emitter zur Basis des Transistors gekoppelten Spannungssprunges aktiviert.

Bei der Schaltvorrichtung nach der Erfindung ist also ein Überbrückungsschalter vorgesehen, der nur ds-.nn betätigt wird, wenn tatsächlich Spannungssprünge am

·«· Kollektor oder Emitter des gesperrte,- Schalttransistors auftreten. Auf diese Weise wird erreicht, daß der Überkoppelimpuls, der den Überbrückungsschalter betätigt, gleichzeitig durch dieses Überbrückungsmittel auch kurzgeschlossen wird. Die Erfindung arbeitet

-n demnach auch im Gegensatz zu den Schaltvorrichtungen der eingangs aufgeführten Auslegeschriften DE-AS 11 58 562 und DE-AS 12 97 663, wonach zum Zwecke der Ausschaltung der normalerweise unvermeidlichen Kollektor-Basis-Ströme jeweils immer zwei Transisto-

^r>o ren komplementär zueinander ausgerichtet und geschaltet werden. Wird der eigentliche Schalttransistor in den gesperrten Zustand gesteuert, so ist der Komplementärtransistor zum Kurzschließen des Kollektor-Basis-Reststromes des Schalttransistors immer leitend. Wesentlich

^r)^r> näher steht der Erfindung die Schaltvorrichtung der GB-PS 11 37 680, weil hier bereits Transistorschalter beschrieben sind, bei denen ein Überbrückungstransistor durch Spannungssprünge am Kollektor eines Schalttransistors aufgesteuert wird. Wesentlicher Un-

&o terschied zu vorliegender Erfindung ist jedoch, daß Spannungssprünge nur bei leitendem Schalttransistor erfaßt und zur Aufsteuerung des zweiten Transistors auf dessen Basis gegeben werden. Hierdurch wird der zweite Transistor aufgesteuert, wodurch von einer Spannungsquelle, die direkt die Basis des Schalttransistors speist, ein Großteil des Versorgungsstromes über die Kollektor-Emitter-Strecke des zweiten Transistors kurzgeschlossen wird. Auf diese Weise wird also dem

eigentlichen Schaltlransistor Basisstrom entzogen, so daß dieser wiederum weniger Kollelctorstrom zieht. Damit sinkt jedoch der Spannungsabfall über der Kollektor-Emitter-Strecke des eigentlichen Schalttransistors, so daß der Spannungssprung arn Kollektor vermindert wird und schließlich überhaupt nicht mehr zum Tragen kommt Zweck dieser Speziaisteuerung eines Transistorschalters ist die optimale Absicherung des eigentlichen Schalttransistors gegen Oberbelastung bei sich rapide verringernder Last am Ausgang des Transistorschalters. Tritt beispielsweise am Ausgang des Transistorschalters ein Kurzschluß auf, so würde praktisch, die gesamte Betriebsspannung an der Kollektor-Emitter-Strecke des Schalttransistors abfallen. Der Transistor würde dadurch übermäßig belastet, was zu seiner Zerstörung führen kann. Der spezielle Rückkoppelkreis verhindert diesen Vorgang in der vorstehend beschriebenen Weise.

In besonderer Ausgestaltung der Erfindung kann der Überbrückungsschalter, wie an sich bekannt, ein Aufsteuertransistor sein, der jedoch mit seiner Koilektor-Emitter-Strecke speziell Übcrkoppeümpulsc 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 Spannungssprünge 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 kfi, 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 .us der nachfolgenden Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung in Verbindung mit den Unteransprüchen. Es zeigt

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

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

In der Fig. 1 sind mit 71 und 7*2 zwei bipolare Transistoren bezeichnet, die kollektorseitig jeweils miteinander verbunden sind. Der Emitter des Transistors 7*1 liegt am Spannungssignal U, einer Sendesignalquelle 5. Der Emitter des Transistors 7*2 ist über eine Last (Ultraschall-Wandlerelement W) nach Masse geschaltet. Den Leitstrecken der Transistoren 7*1 und T2 sind in der dargestellten Polaritätsrichtung die Dioden Di und D 2 parallelgeschaltet. Direkt an die Basen der Transistoren Ti und T2 angekoppelt sind ferner zwei Komplementärtransistoren 7*3 und 7*4 ebenfalls in Serienschaltung. Die Ansteuerung der Transistoren Ti bis TA erfolgt über Ansteuernetzwerke mit den ohmschen Widerständen R i bis R12, den Schalttransistoren TS und 7*6 samt Halbleiterdioden D 3 bis D% und einer Versorgungsspannung Uy. Eine weitere Spannungsquelle — U„ 7*7, R13 bis R15 bzw. Dl bis D9 liefert einen S".rom, der den Basissteuer

strom der Transistoren 7*1 und 7*2 aus der Signalleitung durch Subtraktion eines entsprechend gleich großen Gegenstromes weitgehend kompensiert Die Schaltungsanordnung der F i g. 1 arbeitet im Selbstschaltprinzip, d. h. im Empfangsfall beispielsweise von Ultraschall-Echosignalen erfolgt die Steuerung in Abhängigkeit von der relativ niedrigen Versorgungsspannung U_n während hingegen im Sendefall, wenn die Signalspannung U_s die Versorgungsspannung U_v weit überschreitet die Signalspannung selbst den Basisstrom zur Durchsteuerung des jeweiligen Transistors 7*1 bzw. 7*2 liefert Liegen demnach kleine Signalströme bzw. Spannungen (Empfangsfali) vor, so spielen die Transistoren Ti und 7*4 keine Rolle, d. h. sie sind ausgeschaltet während von den Transistoren Ti 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 ίΛ deutlich überschreitet so fließt bei eingeschaltetem Schalter (Transistor 7*5 leitend) ein Strom über die Diode Di. den Transistor 7*4, den ohmschen Widerstand R 8 und die Diode D 5 zum Transistor 7*5. Dadurch wird der Transistor T4 in den leitenden Zustand gebracht Der Transistor T2 arbeitet daraufhin wie eine Diode, tier Basisstrorr für den Transistor 7*2 wird also vom Wechselstromgenerator selbst geliefert wobei jedoch der Hauptstrom weiterhin durch D1 und 7*2 fließt Bei ausgeschaltetem Schalter übernehmen die Bauelemente D 3, 7*2, 7*4, D 6 und D 2 die Sperrspannung. Bei negativen hohen Signalspannungen ergibt sich der umgekehrte Fall mit den Transistoren 7*3 und Ti 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 BasWeitungen der Transistoren Ti bzw. T2 gekoppelt werden und somit zur unerwünschten Durchschaltung der Transi¹ toren Ti bzw. T2 führen. Verursacher für derartige Überkopplungen sind hauptsächlich Streukapazitäten (Mille r-Kapazitäten) zwischen Kollektor und Basis des jeweiligen Transistors Ti bzw. 7*2. Gemäß der Erfindung sind nun jedoch zur Verhinderung derartiger Aufsteuererscheinungen im Ausführungsbeispiel der F i g. 1 Aufsteuertransistoren TS und 7*9 mit der Kollektor-Emitter-Strecke zwischen den Basen und den Emittern der Transistoren 7*1 und T2 vorgesehen. Tritt also an den Kollektoren der Transistoren 7*1 oder T2 ein Spannungssprung auf, so wird dieser über Überkoppelkapazitäten Ci oder C2 auf die Basis der Transistoren 7*8 oder T9 gekoppelt Der Transistor TS oder 7*9 schaltet somit in den leitenden Zustand, so daß der über Streukapezität zur Basis des jeweiligen Transistors Π bzw. 7*2 überkoppelte Spannungssprung automatisch mit seinem Auftreten kurzgeschlossen wird. Ein unerwünschtes Aufsteuern eines Transisl >rs Ti oder T2 bei zu sperrender Schaltstrecke vird hierdurch mit Sicherheit vermieden.

Die Schaltvorrichtung der F i g. 2 entspricht in den wesentlichen Grundzügen jener der Fig. 1. Unterschiedlich sind lediglich die Gegeneinanderschaltung von bipolaren Transistoren 7*1' und 7*2' in Emitterkopplung. Dementsprechend sind auch die Dioden DV, 92' und die Komplementärtransistoren 7*3' bzw. T4' gegensinnig gepolt. Darüber hinaus erfolgt die Ansteue-

rung der Transistoren Ti' bzw. TZ aus Gründen der besseren Siromverstärkung mit Hilfe von Zusatztransistoren TiO und TlI in Darlington-Schaltung. Die Ankopplung der Transistoren TiO bzw. 7*11 an die Diode D 4 mit Transistor 76 einerseits sowie Transistoren Ti' und T2' andererseits erfolgt über ohmsche Widerstände R 18, R 19, R 20 und /?2I. Zur Verhinderung des Leitendwerdens der Kollektor-Basis-Dioden der Transistoren TlO bzw. 7Ί1 durch Leckströme sind Dioden D 14 bzw. D 15 im Kollektorkreis der Transistoren TlO bzw. TlI vorgesehen. Aus demselben Grunde enthalten auch die Kollektorkreisc der Transistoren T.3' b/w. T4' Halbleiterdioden (Schottky-Dioden) D 12 bzw. D 13 in der dargestellten Polarität. Zur Übcrkopplung von Spannungssprüngcn der Transistoren T Γ bzw. 7"2'. die aufgrund Streukapazitäten (Mille r-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). Besagte! Überbrückungsschalter wird nun jedoch im Unterschiec zu dem Ausführungsbeispiel der Fig. I nicht durch > zusätzliche Aufsteuertransistoren gebildet; vielmehi dient als Aufsteuerschalter die Kollektor-BasisDiodc immer eines der beiden Transistoren TV oder T2' sobald am anderen Transistor zu dessen Basis eir Spannungssprung überkoppelt wird. Der Stromflut

ίο wird dabei in Richtung beibehalten, d. h. bei Überkop pelimpulsen an der Basis des Transistors Ti' fließt dei Überkoppelstrom über die Kapazität f'3 und die Kollektor-Basis-Diode des Transistors ΤΎ nach Masse Bei Überkopplungcn an der Basis des Transistors 7'2

ι ·"· ergibt sich entsprechend umgekehrte Richtung, d. h. dei Koppelstrom fließt von der Basis des Transistors 7"2 über die Kapazität CS und die Kollcktor-Basis-Diodi ties Transistors Ti'.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Schaltvorrichtung mit wenigstens einem Transistor zum Schalten von Signalen, insbesondere der Sende- und Empfangssignale der Ultraschallschwinger eines Ultraschall-Strahlersystems, wobei zwischen Basis und Emitter des Transistors ein Überbrückungsschalter für einen Strom oder eine Spannung vorhanden ist, der im Sinne einer Überbrückung betätigt wird, wenn wenigstens am Kollektor ein Spannungssprung auftritt, dadurch gekennzeichnet, daß speziell dann, wenn bei gesperrtem Transistor (Ti, 72 bzw. TV, T2") am Kollektor oder Emitter des gesperrten Transistors ein Spannungssprung auftritt, dieser Spannungssprung den Überbrückungsschalter (Ti, 79 bzw. 72*, 7 Γ) im Sinne des Kurzschließer des gleichzeitig durch Streukapazität vom Kollektor oder Emitter zur Basis des Transistors gekoppelten Spannungssprunges aktiviert.

2. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Überbrückungsschalter, wie an sich bekannt, ein Aufsteuertransistor (78, 79) ist, der jedoch mit seiner Kollektor-Emitter-Strecke speziell Überkoppelimpulse kurzschließt

3. Schaltvorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer gegensinnigen Serienschaltung zweier Transistoren (Ti, 72 bzw. TV, 72'), insbesondere bipolarer Transistoren, in einer Schaltstrecke immer einer der beiden Transistoren mit seiner Kollektor-Basis-Diode den Überbrükkungsschalter 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 zun. 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 (Cl,C2bzw.C3)ist

7. Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Zuordnung weiterer Transistoren zu den Transistoren (Ti, 72 bzw. TV, 72') der Schaltstrecke, beispielsweise Ergänzungstransistoren (TiO, 711) zur besseren Stromverstärkung in Darlington-Schaltung oder Hilfstransistoren (73', 74') zur Schaltung bei hohen Signalspannungen (U,), 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.