DE2655173C3

DE2655173C3 - Schaltvorrichtung mit wenigstens einem Transistor

Info

Publication number: DE2655173C3
Application number: DE19762655173
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl.-Ing. 8520 Erlangen Hassler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-12-06
Filing date: 1976-12-06
Publication date: 1980-01-10
Also published as: DE2655173A1; FR2373195A1; DE2655173B2

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-Strahleriystems, wobei zwischen Basis und Emitter des Transistors ein Überbrückungsschalter für einen Strom oder eine Spannung vorhanden ist, der im Sinne einer Überbriikkung 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

ι ü 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,

ii während andere Schwingerelemente entsprechend für Jende- 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 (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-

1Ί vorrichtung aufzubauen, die unerwünschte Selbstaufsteuerungen von Transistoren aufgrund von Überkoppelimpulsen mit Sicherheit verhindert.

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

«ι 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 dann betätigt wird, wenn tatsächlich Spannungssprünge am

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

t"> 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-

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

v; näher steht der Erfindung die Schaltvorrichtung der GB-PS 1137 680, weil hier bereits Transistorschalter beschrieben sind, bei denen ein Überbrückungstransistor durch Spannungssprünge am Kollektor eines Schalttransistors aufgesteuert wird. Wesentlicher Un-

wi terschied zu vorliegender Erfindung ist jedoch, daß Spannungssprünge nur bei !eitendem 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-Strccke des zweiten Transistors kurzgeschlossen wird. Auf diese Weise wird also dem

eigentlichen Schalttransistor Basisstrom entzogen, so daß dieser wiederum weniger Kollektorstrom zieht. Damit sinkt jedoch der Spannungsabfall über der Kollektor-Emitter-Strecke des eigentlichen Schalttransistors, se daß der Spanr.'jn_bssprung am Kollektor vermindert wird und schließlich "berhaupt nicht mehr zum Tragen kommt. Zweck dL jpezialsteuerung eines Transistorschalters ist die opu.'',ale Absicherung des eigentlichen Schalttransistors gegen Überbelastung bei sich rapid; 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 Kollektor-Emitter-Strecke speziell Überkoppeümpulse kurzschließt. Besteht die Schaltvorrichtung hingegen aus einer gegensinnigen Serienschaltung zweier Ti ansistoren, 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 kO, 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 zeigt

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.

In der Fig. 1 sind mit Ti und T2 zwei bipolare Transistoren bezeichnet, die kollektorseilig jeweils miteinander verbunden sind. Der Emitter des Transistors Tl liegt am Spannungssignal U₁ einer Sendesignalquelle 5. Der F.mitter des Transistors T2 ist über eine Last (Ultraschall-Wandlerelement W) nach Masse geschaltet. Den Leitstrecken der Transistoren Ti und Tl 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 Γ3 und 74 ebenfalls in Serienschaltung. Die Ansteuerung der Transistoren TiI bis TA erfolgt über Ansteuernetzwerke mit den ohmschen Widerständen R 1 bis R 12, den Schalttransistoren T5 und T6 samt Halbleiterdioden D3 bis D6 und einer Versorgungsspannung U,. Eine weitere Spannungsquelle — U_n TT, R 13 bis R 15 bzw. Dl bis D9 liefert einen Strom, der den Basissteuerstrom der Transistoren Tl und T2ausderSignalieitung durch Subtraktion eines entsprechend gleich großen Gegenstrnmes weitgehend kompensiert. Die Schaltungsanordnung der F i g. 1 arbeitet im Selbstschaltprin-■Ί zip, d. h. im Empfangsfall beispielsweise von Ultraschall-Echosignalen erfolgt die Steuerung in Abhängigkeit von der relativ niedrigen Versorgungsspannung U₁., während hingegen im Sendefall, wenn die Signalspannung U₅ die Versorgungsspannung U_y weit überschreitet, die

in Signalspannung selbst den Basisstrom zur Durchsteuerung des jeweiligen Transistors Tl 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

is den Transistoren Tl 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_v deutlich überschreitet, so fließt bei eingeschaltetem Schalter (Transistor T5 leitend) ein Strom ü.Vsr die Diode D1, den Transistor T4, den ohmschen Widerstand R 8 und die Diode D 5 zum Transistor T5. Dadurch wird der Transistor T4 in den leitenden Zustand gebracht. Der

2) Transistor T2 arbeitet daraufhin wie eine Diode. Der Basisstrom für den Transistor T2 wird also vom Wechselstromgenerator selbst geliefert, wobei jedoch der Hauptstrom weiterhin durch D 1 und T2 fließt. Bei ausgeschaltetem Schalter übernehmen die Bauelemente

in D 3, T2, T4, D6 und D2 die Sperrspannung. Bei negativen hohen Signalspannungen ergibt sich der umgekehrte Fall mit den Transistoren T3 und Tl entsprechend.

Die Schaltvorrichtung arbeitet ausgezeichnet, solan-

j"> ge 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 Signaileitung auf die B«sisleitungen der Transistoren Tl bzw. T2 gekoppelt werden und somit zur unerwünschten Durchschaltung der Transistoren Tl bzw. T2 führen. Verursacher für derartige Überkopplungen sind hauptsächlich Streukapazitäten (MiIIe r-Kapazitäten) zwischen Kollektor

■»ι und Basis des jeweiligen Transistors Tl 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

">o Basen und den Emittern der Transistoren Tl und T2 vorgesehen. Tritt also an den Kollektoren der Transistoren Tl oder T2 ein Spannungssprung auf, so wird dieser über Überkoppelkapazitäten Cl oder C2 auf dii- 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 Tl bzw. T2 überkoppelte Spannungssprung automatisch mit seinem Auftreten kurzgeschlossen wird. Ein unerwünschtes Auf-

W) steuern eines Transistors Tl 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

b5 von bipolaren Transistoren Ti' und T2' in Emitterkopplung. Dementsprechend sind auch die Dioden D \\ D 2' und die Komplementärtransistoren T3' bzw. T4' gegensinnig gepolt. Darüber hinaus erfolgt die Ansteue-

rung der Transistoren TV bzw. T2' aus Gründen der besseren Stromverstärkung mit Hilfe von Zusatztransistoren 7"10 und 7"1I in Darlington-Schaltung. Die Ankopplung der Transistoren ΓΙΟ bzw. TU an die Diode D4 mit Transistor 7"6 einerseits sowie Transistoren TV und T2' andererseits erfolgt über ohmschc Widerstände /?18. R 19, R 20 und «21. Zur Verhinderung des Leitendwerdens der Kollektor-Basis-Dioden der Transistoren 7"1O bzw. TlI durch L.eckströme sind Dioden D 14 bzw. D 15 im Kollektorkreis der Transistoren Γ10 bzw. Γ11 vorgesehen. Aus demselben Grunde enthalten auch die Kollektorkreise der Transistoren TV bzw. Γ4' Halbleiterdioden (Schottky Dioden) D 12 bzw. DM in der dargestellten Polarität. Zur Überkopplung von Spannungssprüngen der Transistoren TV bzw. 72'. die aufgrund Streukapazitäten (Mille r-Kapazitälcn) von den Kollektoren der Transistoren unter Umständen auf deren Basen gelangen, auf einen Überbrückungsschalter dient ein einzige Kapazität C'3(z. B. im Bereich 100 p('). Besagte Überbrückungsschalter wird nun jedoch im Unterschie zu dem Ausführungsbeispicl der F-" i g. I nicht durc zusätzliche Aufsteuertransistoren gebildet; vielmeh dient als Aufstcucrschalter die Kollcktor-Basis-Diod immer eines der beiden Transistoren TV oder T2 sobald am anderen Transistor zu dessen Basis ei Spannungssprung überkoppelt wird. Der Stromflu wird dabei in Richtung beibehalten, d. h bei Überkop pelimpulsen an der Basis des Transistors TV fließt de Überkoppclstrom über die Kapazität C"i und di Kollektor-Basis-Diode des Transistors 7'2' nach Mass Bei Überkopplungen an der Basis des Transistors ΤΊ ergibt sich entsprechend umgekehrte Richtung, d. h. de Koppelstrom fließt von der Basis des Transistors Tl über die Kapazität C3 und die Kollektor-Basis-Diod des Transistors TV.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltvorrichtung mit wenigstens einem Transistor zum Schalten von Signalen, insbesondere der Sende- und Empfangssignale der Ultraschallschwinger eines Ultraschall-Strahlersysiems, 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 (Tl, T2 bzw. 7Ί', T2') am Kollektor oder Emitter des gesperrten Transistors ein Spannungssprung auftritt, dieser Spannungssprung den Überbrückungsschalter (T8, T9 bzw. T2', Ti') 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 (T8, T9) ist. der jedoch mit seiner Kollektor-Emitter-Strecke speziell Überkoppelimpulse kurzschließt.

3. Schaltvorrichtung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß bei einer gegensinnigen Serienschaltung zweier Transistoren (Tl, T2 bzw. TV, T2'), insbesondere bipolarer Transistoren, in einer Schaltstrecke immer einer der beiden Transistoren mit seiner Kollektor-Basis-Diode den Überbrükkungsschaltev für beim anderen Transistor zu dessen Basis überkoppelte Spannungssnrünge 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 fCl,C2bzw.C3)ist.

7. Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Zuordnung weiterer Transistoren zu den Transistoren (T\, T2 bzw. Ti', T2') der Schaltstrecke, beispielsweise Ergänzungstransistoren (TlO, TU) zur besseren Stromverstärkung in Darlington-Schaltung oder Hilfstransistoren (Ty, T4') 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.