DE2850653B1 - Transistorschalter mit zwei Steuereingaengen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Transistorschalter mit zwei Steuereingängen, zwei Transistoren sowie zwei mit unterschiedlicher Polung an jeweils einen der Transistoren anschaltbaren Versorgungsspannungsquellen, wobei die Ausgänge dieser Transistoren an die Basis-Steuereingänge zweiter Schalttransistoren geführt sind, deren Emitter auf den gemeinsamen Ausgang zusammengeschaltet sind und an deren Kollektoren je eine auf den Ausgang durchzuschaltende Spannung angelegt ist.

Ein Transistorschalter dieser Art ist aus der DE-AS 06 947 bekannt. Die Transistoren stellen dabei jedoch einen zweistufigen Gegentaktverstärker mit komplementären Transistoren dar, wobei die erste Transistofstufe auf einem gemeinsamen Lastwiderstand arbeitet, über den die Basisanschlüsse der ausgangsseitigen Transistoren miteinander verbunden sind.

Aus der DE-OS 25 34 026 ist eine Einrichtung zum gesteuerten Schalten von Signalen bekannt, bei der eine Impulssteuereinrichtung rechteckförmige Steuerimpulse an zwei Steuertransformatoren abgibt. Mit der Sekundärseite dieser Steuertransformatoren ist je ein erster Transistor verbunden, welcher als Schalttransistor arbeitet. Darüber hinaus ist jedem dieser ersten Schalttransistoren ein weiterer Transistor nachgeschaltet, von denen einer mit dem Kollektor an die positive Klemme einer ersten Versorgungsspannungsquelle und der andere mit dem Emitter an die negative Klemme einer zweiten Versorgungsspannungsquelle angeschlossen ist Der Emitter bzw. Kollektor der beiden weiteren Transistoren ist zu dem einen Eingang eines Synchronmotors geführt, dessen zweiter Eingang an den Minuspol der ersten Versorgungsspannungsquelle und an den Pluspol der zweiten Versorgungsspannungsquel-Ie angeschlossen ist. Die beiden Transistorpaare bilden jeweils eine Darlingtion-Schaltung, wobei die geschalteten Transistoren mit Sicherheit in die vollständige Sättigung gesteuert werden. Die Kollektor-Emitterstrecken der beiden weiteren Transistoren sind durch je eine Diode überbrückt, welche die zugehörigen Transistoren vor Überlastung schützen. Die bekannte, als Faksimilesender oder Faksimileempfänger arbeitende Schaltung enthält eine drehbar gelagerte Trommel, die mittels des genannten Synchronmotors über verschiedene Winkelstellungen eine abtastende Bewegung zwischen einem um eine Trommel gelegten Dokument und einem Wandler hervorruft.

Der vorliegenden Erfindung, welche sich auf einen Transistorschalter der eingangs genannten Art bezieht, liegt die Aufgabe zugrunde, zwei Spannungen möglichst niederohmig und mit geringem Offset auf einen gemeinsamen Ausgang durchzuschalten. Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß den Basis-Kollektor-Strecken der beiden mit ihren Basis-Steuereingängen parallelgeschalteten Schalttransistoren je eine Diode parallelgeschaltet ist, deren Polung derjenigen der zugehörigen Basis-Kollektorstrecke entspricht

ORIGiHALINSPECTEO

Die beiden Schalttransistoren wirken zusammen mit den Dioden als zwei elektronische Schalter, die es gestatten, eine der beiden Spannungen jeweils weitgehend lastunabhängig niederohmig und mit geringem Offset auf den gemeinsamen Ausgang zu durchzuschalten. Sind dagegen beide Schalter geöffnet, so ist der Ausgang hochohmig (»Three-State«).

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.

Die Erfindung sowie ihre Weiterbildungen werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 die Aufbauweise eines Transistorschalters im Blockschaltbild,

Fig.2 ein erstes Ausführungsbeispiel für einen Transistorschalter nach der Erfindung,

F i g. 3 ein Kennliniendiagramm für den Leerlaufbetrieb,

F i g. 4 ein Kennliniendiagramm für den Lastbetrieb,

Fig.5 ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Transistorschalter nach der Erfindung.

Bei dem Prinzipschaltbild nach F i g. 1 sind zwei Eingänge ESi und £"52 für zwei Steuerspannungen USi und US2 vorgesehen. Diese Steuerspannungen können zwei verschiedene Schaltzustände nämlich entweder L (»low«) oder H (»high«) annehmen. Die beiden Steuerspannungen USi bzw. US 2 werden einem Transistorschalter TRS zugeführt, dessen Aufbau im einzelnen in F i g. 2 und 5 näher dargestellt ist. An diesem Transistorschalter werden zwei Spannungen Ui bzw. U 2 angelegt, von denen je nach dem Schaltzustand der Steuerspannungen USi bzw. US 2 jeweils eine wahlweise auf den Ausgang AG durchgeschaltet wird und dort die Ausgangsspannung UA liefert

Die Schaltung TRS enthält einen ersten Schalter 51, welcher in Abhängigkeit von dem logischen Zustand der Steuerspannung WSl betätigt wird. Dabei gilt die Festlegung, daß der Schalter 51 geschlossen (leitend) ist, wenn die Steuerspannung US 1 den Wert H aufweist, während der Schalter 51 im Schaltzustand L der Steuerspannung US 1 geöffnet (gesperrt) bleibt. Umgekehrt verhält es sich für die Öffnung bzw. Schließung des zweiten Schalters 52 in bezug auf die Steuerspannung US2, d. h. bei t/52 auf L ist der Schalter 52 geschlossen und bei i/52 auf H ist 52 geöffnet. Wenn der Schalter 51 geschlossen ist, so fließt über ihn ein Strom Ii, während bei geschlossenem Schalter 52 ein Strom /2 über den Schalter 52 zum Ausgang AG fließt. Liegt die Spannung USi auf L und gleichzeitig US 2 auf H, so sind beide Schalter 51 und 52 geöffnet, der Ausgang AG ist hochohmig (»Three-State«).

Bei der Schaltungsanordnung nach F i g. 2 werden die beiden Steuerspannungen USi bzw. US 2 zunächst einem Pegelkonverter PiCVzugeführt, der jeweils eine Transistorstufe mit den Transistoren Γ51 bzw. Γ52 enthält Die Ansteuerung des Transistors Γ51 erfolgt über einen der Basis vorgeschalteten ohmschen Widerstand Al durch die Steuerspannung USi. Der Emitter Hegt auf Massepotential und der Kollektor ist mit der nachfolgenden geschalteten Konstantstromquelle GKS verbunden. Beim Transistor 752 erfolgt die Ansteuerung der Basis durch die Steuerspannung US 2 über den ohmschen Widerstand R 2. An den Emitter des Transistors TS2 ist eine positive Betriebsspannung UB1 angelegt während der Kollektor zu der nachfolgenden geschalteten Konstantstromquelle GKS geführt ist

Die beiden Transistoren 751 und 752 dienen als Pegelkonverter dazu, für die nachfolgenden geschalteten Konstantstromquellen GKS, gebildet durch die Transistoren TS3 und 754 und die zugehörigen Widerstände geeignete Ansteuerspannungen zu schaffen. Dabei ist zu beachten, daß der Transistor TS3 an einer Versorgungsspannung + UB und der Transistor 754 an einer Versorgungsspannung — UB liegt.

Im oberen Teil der geschalteten Konstantstromquellen GKS ist eine Versorgungsspannung +UB über einen ohmschen Widerstand R 3 an den Emitter eines schaltbaren Transistors 753 gelegt Vor dem ohmschen Widerstand R 3 ist ein weiterer ohmscher Widerstand R 4 abgezweigt und mit der Basis des Transistors Γ53 verbunden. Zwischen dem Kollektor des Transistors 751 des Pegelkonverters PKV und der Basis des Transistors 753 ist ein ohmscher Widerstand R 5 eingeschaltet. Je nach der Schaltstellung des Transistors 751 und damit je nach der Stellung L oder H der Steuerspannung USi wird die Basis des schaltbaren Transistors 753 mit einem solchen Potential belegt, daß dieser entweder leitend (Stellung H der Steuerspannung USi mit konstantem Ausgangsstrom JKi) oder gesperrt (Stellung L der Steuerspannung US 1) wird.

Die Basis des zweiten schaltbaren Transistors 754 wird über einen ohmschen Widerstand R 8 vom Kollektor des Transistors 752 angesteuert und ist mit seinem Emitter über einen ohmschen Widerstand R6 mit — UB der Versorgungsspannungsquelle verbunden. Zwischen dem Widerstand R 6 und der Basis des Transistors 754 liegt ein weiterer ohmscher Widerstand R 7. Die so geschalteten Konstantstromquellen in Form der Transistoren Γ53 und 754 liefern Ströme JK1 bzw. JK 2, die ihrem Betrag nach gleich groß sind, jedoch in entgegengesetzter Richtung fließen.

Der eigentliche Transistorschalter TRS enthält die beiden Schalttransistoren 755 und 756, an deren Kollektor jeweils die durchzuschaltende Spannung Ui bzw. i/2 angelegt wird. Die Emitter der Schalttransistoren 755 und 756 sind miteinander verbunden und zu einer die Ausgangsspannung UA abgebenden Ausgangsklemme AG geführt Die Kollektoren der beiden Transistoren Γ53 und 754 sind miteinander verbunden und außerdem an die Basis jeweils der beiden Schalttransistoren 755 und 756 sind über einen einstellbaren ohmschen Widerstand R9 mit der Basis verbunden.

Zwischen dem Kollektor der Schalttransistoren 755 und 756 und der zugehörigen Basis ist jeweils eine Diode D 3 bzw. D 4 eingeschaltet, wobei die Diode D 3 bezogen auf den Konstantstrom JK1 in Durchlaßrichtung gepolt ist, während die Diode D 4 in bezug auf den Konstantstrom JK 2 in Durchlaßrichtung gepolt ist. Für die Dioden D 3 bzw. D 4 wird zweckmäßig ein Typ niedriger Schwellenspannung (z. B. 0,4 Volt bei 1 Milliampere) verwendet. Hierdurch ergibt sich ein Regelmechanismus, der den Basistrom des Schalttransistors 755 bzw. 756 automatisch dem Lastfall anpaßt. Bei Leerlauf am Ausgang AG fließt wenig Basisstrom über den Schalttransistor Γ55 bzw. 756, bei Vollast fließt dagegen ein starker Basisstrom JBE. Hierdurch ist es möglich, die Speicherzeit beim Abschalten des Schalttransistors 755 bzw. 756 stark zu verkürzen ohne die Niederohmigkeit bei Last einzubüßen. Damit ist gewährleistet, daß die Schaltung an der Ausgangsklemme AG stets eine niederohmige Spannungsquelle darstellt.

Zur Erläuterung des Regelvorgangs wird auf F i g. 3

Bezug genommen, wo auf der Abszisse die Spannung UD + Ul für die Diode £>3 bzw. UBE + Ui dargestellt ist, wobei UBE die Bäsis-Emitter-Spannung des Schalttransistors TS 5 darstellt. Auf der Ordinate ist der Strom JD für die Diode D 3 bzw. der Basis-Emitter-Strom JBE des Schalttransistors TS5 eingetragen. Der Kennlinienverlauf für die Diode D 3 ist mit KD 3, der Kennlinienverlauf für den Schalttransistor TS5 mit KTS 5 bezeichnet. Der Arbeitspunkt für die Diode D 3 und den Schalttransistor TS5 ist bei dem Spannungswert t/l + 0,62 Volt angenommen. Für den Schalttransistor TS5 ergibt sich bei diesem Arbeitspunkt ein Strom von JBE= 3mA. Durch die Diode D 3 fließt für den angenommenen Arbeitspunkt ein Strom JD = 7mA. Es gilt die Beziehung

JD+ JBE = JKi= 7mA + 3mA = 1OmA.

Dabei ist der Widerstand R 9 sehr groß vorausgesetzt und die Diodenspannung UD ungefähr gleich der Spannung UDEdes Transistors TS 5 angenommen.

Der Strom JK1 von der Konstantstromquelle GKS ist so hoch gewählt, daß er allein die Diode £>3 bis zu einer Vorwärtsspannung UD von etwa 0,8 Volt aussteuern würde. Beim Einschalten des Stromes JK1, d.h. beim Einschalten des schaltbaren Transistors TiS3 folgt der Emitter des Schalttransistors TS 5 der Basisspannung so lange, bis der Emitter beinahe das Kollektorpotential Ul erreicht hat. Erst dann ist UBE ungefähr gleich UD und es fließt ein höherer Basisstrom, da auch die Basis-Kollektor-Diode des Schalttransistors TS5 öffnet. Dieser ist damit in Sättigung betrieben. Hierbei ist die Basis-Emitterspannung UBE < UD, da das Emitterpotential sogar etwas höher als die Spannung Ul werden kann.

Bei dem in Fig.4 dargestellten Lastfall ist der Kennlinienverlauf für die Kennlinie KD 3 der Diode D 3 unverändert. Dagegen hat sich die Kennlinie KTS 5 für den Schalttransistor TS5 nach links verschoben, und zwar um einen Wert von etwa 50 mV. Dies ist dadurch hervorgerufen, daß durch den größeren Laststrom /1, welcher die Kollektor-Emitterstrecke des Transistors TS 5 durchfließt, an dem Innenwiderstand dieser Kollektor-Emitterstrecke auch ein größerer Spannungsabfall auftritt, welcher den Wert von etwa 50 mV aufweist. Dies hat zur Folge, daß die Kennlinie KTS 5 um den genannten Wert von 5OmV nach links verschoben wird. Dadurch tritt aber für den neuen Arbeitspunkt von t/l + 0,58 V ein Diodenstrom auf, der nur noch den Wert JD = 5,5mA hat, so daß eine Abnahme von 1,5mA gegenüber dem in Fig.4 beschriebenen Betriebsfall eingetreten ist. Dagegen ist der Basisstrom JBE durch den Schalttransistor TS5 von 3 auf 4,5mA angewachsen. Insgesamt ergibt sich somit im Lastfall ein Strom von

JD + JBE = 5,5mA + 4,5mA = 10mA = JK 1

der nicht von dem Leerlauffall nach F i g. 4 abweicht.

Durch unterschiedliche Steilheiten der beiden Kennlinien KD 3 und KTS 5 sowie durch geeignete Wahl der Schwellenspannung der Diode D 3 lassen sich verschiedene Regelcharakteristiken realisieren. Durch teilweises Kurzschließen des Basisstromes mit dem einstellbaren Widerstand R 9 kann der Sättigungsgrad und somit die Niederohmigkeit und die Abschalt-Zeitkonstante eingestellt werden.

Die beiden durchzuschaltenden Spannungen i/l und t/2, welche niederohmig und mit geringem Offset auf den Ausgang Λ G geschaltet werden, dürfen im Bereich
+ UB > Ul > Ul > - UB

liegen.

Für den unteren Teil der Schaltung nach F i g. 2, also für die Transistoren TS 4 und TS 6 sowie die zugehörigen Schaltelemente gelten die vorstehenden Überlegungen sinngemäß.

ίο Bei der Ausführungsform nach Fig.5 ist der Pegelkonverter PKV ebenso aufgebaut wie bei der Anordnung nach F i g. 2. Im Bereich der schaltbaren Konstantstromquellen GKS' ist zusätzlich zum schaltbaren Transistor TS 3 ein weiterer Transistor TS 7 und zusätzlich zum schaltbaren Transistor TS 4 ein zweiter Transistor TS 8 vorgesehen. Die Basis des Transistors TS 7 wird vom Kollektor des Transistors TS1 aus über einen ohmschen Widerstand R12 angesteuert, während der Anschluß des Emitters über den ohmschen Widerstand R10 an die Spannungsquelle + UB erfolgt. Zwischen dem äußeren Anschluß des ohmschen Widerstandes R10 und der Basis des Transistors TS 7 ist ein ohmscher Widerstand R ti vorgesehen. Weiterhin ist vor dem Eingang des zur Basis des Transistors TS 3 geführten ohmschen Widerstandes R 5 eine Diode D 7 eingeschaltet.

Der untere Teil der Schaltung ist analog aufgebaut und enthält die Diode D 8 sowie die ohmschen Widerstände R15, R16 und R17. Der kollektorseitige Ausgang des zusätzlichen Transistors TS 7 ist über einen ohmschen Widerstand R13 an die Basis des auf der anderen Seite liegenden Transistors TS 4 geführt. Hier fließt der Strom /7. Weiterhin besteht eine Verbindung von der Basis des Transistors TS3 über einen ohmschen Widerstand .R14 zum Kollektor des Transistors TS 8. Der dort fließende Strom ist mit /8 bezeichnet.

Der Aufbau des die Schalttransistoren TS5 und TS6 enthaltenden Transistorschalters TRS' ist gegenüber F i g. 2 lediglich insofern abgewandelt, als zwischen dem Basisanschluß des Schalttransistors TS5 und dem nachfolgenden Anschluß an den einstellbaren Widerstand R 9 eine Diode D 5 und weiterhin zwischen dem Widerstand R 9 und der Basis des Schalttransistors TS 6 eine weitere Diode D 6 eingeschaltet ist.

Auch hier sind drei Schaltzustände möglich, nämlich einerseits die Durchschaltung der Spannung t/l auf den Ausgang AG, weiterhin die Durchschaltung der Spannung Ul auf den Ausgang AG und schließlich die

so gleichzeitige Abtrennung der beiden Spannungen t/l und t/2 vom Ausgang AG. Soll z. B. die Spannung t/l auf den Ausgang AG geschaltet werden, so erfolgt diese Durchschaltung so, wie bei F i g. 2 beschrieben und es tritt die in F i g. 3 bzw. F i g. 4 dargestellte Kennlinien-Konfiguration auf. Der Transistor TS5 befindet sich somit in lastabhängiger Sättigung und es fließt der Konstantstrom JK1.

Zusätzlich wird aber in Fig.5 gleichzeitig mit dem Transistor TS 3 auch der zusätzliche Transistor TS 7 leitend und dessen Strom /7 aktiviert die Basis des schaltbaren Transistors TS 4 schwach, so daß ein bestimmter kleiner Strom JKlO über die Dioden D 5 und D 6 fließt. Der Wert des Stroms JK 20 ist so bemessen, daß gilt

/KlO <JKi JK20 <JK2

Dabei gilt folgende Beziehung:

JKi = JDZ 4 JBE(TSS) + /R9 + JK20
« JDZ + JBE(TSS) + JR9.

Der Strom JK 20 schaltet die Dioden D 5 und D 6 in Durchlaßrichtung. Da diese Dioden so gewählt sind, daß die Schwellspannung UD 5 und UD 6 gleich den Basis-Emitterschwellspannungen der Transistoren TS 5 und TS6 sind, öffnet der Transistor TS6 etwas und es fließt ein kleiner Querstrom JO. Dadurch wird die Schaltstufe bestehend aus den Transistoren TS und 7*6 niederohmig in allen vier i///-Quadranten.

Die Dioden D 7 und D 8 dienen der Entkopplung der Stromquellen, welche durch die Transistoren TS3 und j TS7 bzw. 754 und TS8 geschaltet werden. Sind beide Schalteingänge durch geeignete Steuerspannungen Ui und UI gesperrt, so sind auch alle Stromquellen gesperrt und die Schaltstufe geht in den hochohmigen Zustand über (»Tree State«).

Hierzu 4 Blatt Zeichnunucn

030 112/462

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Transistorschalter mit zwei Steuereingängen, zwei Transistoren sowie zwei mit unterschiedlicher Polung an jeweils einen der Transistoren anschaltbaren Versorgungsspannungsquellen, wobei die Ausgänge dieser Transistoren an die Basis-Steuereingänge zweier Schalttransistoren geführt sind, deren Emitter auf den gemeinsamen Ausgang zusammengeschaltet sind und an deren Kollektoren je eine auf den Ausgang durchzuschaltende Spannung angelegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß den Basis-Kollektor-Strecken der beiden mit ihren Basis-Steuereingängen parallelgeschalteten Schalttransistoren (TS5, 756) je eine Diode (D3, D4) parallelgeschaltet ist, deren Polung derjenigen der zugehörigen Basis-Kollektorstrecke entspricht.

2. Transistorschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Versorgungsspannungsquelle liegenden Transistoren (TS3, TS4) jeweils eine Konstantstromquelle bilden, wobei an den Emitteranschluß jeweils die Versorgungsspannungsquelle (+ UB, — UB) angelegt ist und über die Basis jeweils die Ansteuerung aufgrund der Steuerspannungen (US 1, US2) erfolgt.

3. Transistorschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils bei jedem der als Konstantstromquelle arbeitenden Transistoren (TS3, TSA) ein bezüglich der Basis- und der Emitteranschlüsse diesem parallelgeschalteter zusätzlicher Transistor (TS7, TS8 in F i g. 5) vorgesehen ist, dessen Kollektor jeweils mit der Basis des als Konstantstromquelle arbeitenden gegenüberliegen

den Transistors (TS 3, TS 4) verbunden ist.

4. Transistorschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Basisanschlüssen der zusätzlichen Transistoren (TS7, TS8) und den Basisanschlüssen der als Konstantstromquelle arbeitenden Transistoren (TS3, 754) jeweils eine Diode (D 7, DS) eingeschaltet ist, die bezogen auf die Polung der zugehörigen Versorgungsspannungs-. quelle (+ UB, — UB)An Durchlaßrichtung betrieben wird.

5. Transistorschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Emitteranschlüssen der beiden Schalttransistoren (755, 756) und dem Basisanschluß ein vorzugsweise einstellbarer, ohmscher Widerstand (R 9) vorgesehen ist.

6. Transistorschalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Basisanschluß der Schalttransistoren (TS5, TS6) und dem ohmschen Widerstand (R 9) jeweils eine für den Strom (JK 1) der Konstantstromquelle in Durchlaßrichtung gepolte Diode (D 5, D 6 in F i g. 5) eingeschaltet ist.

7. Transistorschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Eingang der beiden Transistoren (753, Γ54) ein Pegelkonverter (PKV) eingeschaltet ist, dem die beiden Steuerspannungen (USi, US2) zugeführt werden.

8. Transistorschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die den Kollektor-Emitterstrecken der Schalttransistoren (755, TS6) jeweils parallelgeschaltete Diode (D 3, D 4) eine niedrige Schwellenspannung aufweist.