DE3712998C2

DE3712998C2 -

Info

Publication number: DE3712998C2
Application number: DE19873712998
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Ing. Reustle (Fh), 7150 Backnang, De
Original assignee: ANT Nachrichtentechnik GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1987-04-16
Filing date: 1987-04-16
Publication date: 1989-02-02
Also published as: DE3712998A1

Description

Die Erfindung geht aus von einer Komplementärtransistorstufe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine Komplementärtransistorstufe zum schnellen Schalten, bei der zwischen dem Eingang und einem im Ausgangskreis der Komplementärtransistorstufe befindlichen Strommeßwiderstand eine bipolare Spannungssenke in Form antiseriell geschalteter Zenerdioden angeordnet ist, ist bekannt aus Electronics, 28. Oktober 1968, Seiten 90-91.

Aus "Pulse, Digital and Switching Waveforms", McGraw-Hill Book Company, 1965, Seiten 302-305, ist es bekannt, Komplementärtransistorstufen für den Schaltbetrieb bei kapazitiven Lasten einzusetzen. In der EP 1 22 907 A1 ist eine Komplementärtransistorstufe für den Schaltbetrieb zur Ansteuerung eines Schalttransistors beschrieben.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es ausgehend vom Oberbegriff des Patentanspruchs 1, eine Komplementärtransistorstufe anzugeben, die geringe Schaltzeiten insbesondere bei angeschlossenen kapazitiven Lasten ermöglicht, sowie eine Verwendung aufzuzeigen. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 bzw. des Anspruchs 2 gelöst.

Aus der AT 2 69 234 ist es zwar bekannt, eine Komplementärtransistorstufe mit einer Mitkopplung zu versehen, jedoch eignet sich diese Komplementärstufe schlecht zur Ansteuerung von kapazitiven Lasten. Auch ist die Art der Mitkopplung anders als bei vorliegender Erfindung. Sie trägt nicht zur Stromerhöhung im Ausgangskreis bei. Die Strommitkopplung bei der AT 2 69 234 weist abweichend vom Gegenstand der Erfindung bistabiles Verhalten auf.

Die Erfindung geht von folgenden Erkenntnissen aus:

Bedingt durch den Widerstand R _v in Verbindung mit den Transistoren T 1 und T 2 einer herkömmlichen Komplementärtransistorstufe (Fig. 1), steht über dem gesamten Spannungsbereich von U _GS nicht der maximal nutzbare Ansteuerstrom für die angeschlossene kapazitive Last - Feldeffekttransistor FT - zur Verfügung. Dies bedingt lange Schaltzeiten mit hohen Schaltverlusten. Bei Anordnung einer Spannungssenke zwischen Eingang und Ausgang der Komplementärtransistorstufe ergeben sich kürzere Schaltzeiten zur Ansteuerung der angeschlossenen kapazitiven Last - z. B. eines Feldeffekttransistors - bei gleichzeitig resultierenden kleineren Schaltverlusten. Wenn zusätzlich gemäß der Erfindung eine Mitkopplung im Sinne einer Stromerhöhung im Ausgangskreis vorgesehen ist, ergeben sich noch kürzere Schaltzeiten und eine geringere Verlustleistung.

Anhand von Zeichnungen werden bekannte Komplementärstufen und Ausführungsbeispiele der Erfindung nun näher erläutert. Es zeigt

Fig. 2 ein Prinzipschaltbild einer bekannten Komplementärtransistorstufe mit einer bipolaren Spannungssenke,

Fig. 3 die Ansteuerspannung eines angeschlossenen Feldeffekttransistors,

Fig. 4 und 5 Komplementärtransistorstufen mit unsymmetrischer Aufteilung des Strommeßwiderstandes im Ausgangskreis,

Fig. 6 die nach dem Stand der Technik bekannte Ausbildung der Spannungssenke durch Zenerdioden,

Fig. 7 eine Komplementärtransistorstufe mit erfindungsgemäßer Strommitkopplung und

Fig. 8 eine spezielle Ansteuerung der erfindungsgemäßen Komplementärtransistorstufe.

In Fig. 2 ist ein Prinzipschaltbild einer bekannten Komplementärstufe mit bipolarer Spannungssenke dargestellt. Der Signaleingang E ist mit den Basisanschlüssen der zueinander komplementären (pnp/npn) Bipolartransistoren T 1 und T 2 verbunden. Die Emitter der beiden Transistoren sind zusammengeschaltet und führen über einen gemeinsamen Strommeßwiderstand R 1 zum Ausgang A der Komplementärstufe. Der Kollektor des Transistors T 1 ist an eine Versorgungsspannung +U _v angeschlossen und der Kollektor des Tranistors T 2 liegt auf Bezugspotential (Minuspotential der Versorgungsspannung). An den Ausgang A ist eine kapazitive Last, z. B. ein Feldeffekttransistor FT gateseitig angeschlossen. Der Ausgang A ist über eine bipolare Spannungssenke mit dem Eingang E verbunden. Diese bipolare Spannungssenke besteht, wie das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 zeigt, aus zwei oder Vielfachen von zwei antiparallel geschalteten Dioden D 1, D 2. An den Dioden bildet sich bei Ansteuerung der Komplementärstufe durch einen Schaltimpuls eine Spannung, die gleich dem Spannungsabfall am Strommeßwiderstand R 1 gerichtet ist. Wird diese an sich bekannte Komplementärstufe zur Ansteuerung eines Feldeffekttransistors verwendet, so gilt für den Strom I _GS in den angeschlossenen Feldeffekttransistor FT hinein, wie auch für den Strom I _sink aus dem Feldeffekttransistor FT heraus:

wobei U _ref den Spannungsabfall an der Spannungssenke und U _BE die Basis- Emitterspannungen der Transistoren T 1 und T 2 bezeichnen. Es wird ein Verhalten entsprechend einer bipolaren Stromquelle erreicht mit einem gemeinsamen Arbeitswiderstand R 1 für beide Stromquellen.

Wie Fig. 3 zeigt, würde die Spannung U _GS des Feldeffekttransistors FT ohne die bipolare Spannungssenke zwischen A und E nach einer e-Funktion ansteigen/abfallen und so zu einer beträchtlichen Ein-/Ausschaltverzögerung des Feldeffekttransistors FT führen (gestrichelte Linie). Mit der Spannungssenke erreicht die Spannung U _GS viel früher ihren Maximalwert (durchgezogene Linie). Der von der Komplementärstufe als Treiberstufe für den Feldeffekttransistor FT aufgebrachte Ansteuerstrom I _GS ist also für den gesamten Spannungsbereich U _GS voll nutzbar, was die Schaltverluste sehr klein hält.

In Fig. 4 ist eine Variante der Komplementärtransistorstufe dargestellt. Im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 ist für die beiden bipolaren Stromquellen kein gemeinsamer Strommeßwiderstand vorgesehen. Es erfolgt vielmehr eine unsymmetrische Aufteilung dieses Strommeßwiderstandes in die Teilwiderstände R 2 und R 3. Der Teilwiderstand R 3 ist hierbei in der gemeinsamen Emitterleitung der Transistoren T 1 und T 2 angeordnet. Der Abgreifpunkt für den Teilwiderstand R 2, der die Verbindung zum Ausgang A herstellt, ist an die Verbindung des Teilwiderstandes R 3 mit dem Emitter des unteren pnp-Transistors T 2 angeschlossen. Für diese Realisierung gelten die folgenden Beziehungen:

Für die Ausführung gemäß Fig. 5, die sich von der Ausführung nach Fig. 4 dadurch unterscheidet, daß der Abgreifpunkt für den die Verbindung zum Ausgang A herstellenden Teilwiderstand R 4 an die Verbindung des in der gemeinsamen Emitterleitung befindlichen Teilwiderstandes R 5 mit dem Emitter des oberen npn-Transistors T 1 angeschlossen ist, gelten die folgenden Beziehungen:

Anstelle der in den bisher vorgestellten Ausführungsbeispielen gezeigten antiparallel geschalteten Dioden D 1 und D 2 als bipolare Spannungssenke können auch antiseriell geschaltete Zenerdioden ZD 1, ZD 2 eingesetzt werden (Fig. 6).

Zur weiteren Verkürzung der Schaltzeiten für den angeschlossenen Feldeffekttransistor FT können die Transistoren erfindungsgemäß mit jeweils einer Strommitkopplungsstufe versehen werden. Dieses Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 7.

Der Transistor T 3 wirkt als Mitkopplungsstufe für den Transistor T 1 und der dazu komplementäre Transistor T 4 als Mitkopplungsstufe für den Transistor T 2. Die Kollektoren der Transistoren T 1 und T 2 sind über Referenzdioden D 3, D 4 jeweils an die Versorgungsspannung U _v bzw. an Bezugspotential angeschlossen sowie an die Basen der Transistoren T 3 und T 4. Die Kollektoren der Transistoren T 3 und T 4 sind jeweils mit den Basen der Transistoren T 1 und T 2 sowie mit dem Signaleingang E verbunden. Über niederohmige Widerstände R 6 und R 7, z. B. 2 Ohm, sind die Emitter der Transistoren T 3 und T 4 an die Versorgungsspannung U _v bzw. an Bezugspotential angeschlossen. Diese Mitkopplungsstufen haben folgende Wirkungsweise:
Wenn am Eingang E eine positive Anstiegsflanke eines Ansteuerimpulses erscheint und U _BE des Transistors T 1 überschritten wird, fließt ein Kollektor-Emitterstrom i 1 im Ausgangskreis. An den Referenzdioden D 3 bildet sich beim Fließen des Stromes i 1 ein Spannungsabfall, der ein Leitendwerden des Transistors T 3 bewirkt. Der Strom i 2 durch den Transistor T 3 hält den Transistor T 1 leitend und trägt zur Stromerhöhung im Ausgangskreis bei. Im Ausgangskreis fließt dann ein Strom i 1+i 2. Der Strom i 1+i 2 fließt so lange, bis die Kapazitäten des angeschlossenen Feldeffekttransistors - Gate-Source-Kapazität und Miller-Kapazität - vollgeladen sind. Bei Auftreten einer negativen Flanke des Ansteuerimpulses am Eingang E werden entsprechend die unteren Transistoren T 2 und T 4 leitend gesteuert.

Fig. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel, welches zur Ansteuerung der Komplementärtransistorstufe über ein Bauelement mit "open-Kollektor" als Treiberstufe besonders geeignet ist. Dem Kollektorwiderstand R 6 des Transistors T 3 ist eine Parallelschaltung, bestehend aus einem Widerstand R 8 und einer Überbrückungsdiode D 5 in Serie geschaltet. Zwischen den beiden Referenzdioden D 3 in Fig. 7 befindet sich ebenfalls eine Parallelschaltung eines Widerstandes R 9, z. B. 100 Ohm, und einer Diode D 6. Mit dem Widerstand R 10 kann über Transistor T 3 ein Ruhestrom, z. B. von 3 mA, fließen. Bei Ansteuerung kann ein höherer Ausgangsstrom, z. B. 0,5 A, fließen, der zu einer schnelleren Aufladung der Feldeffekttransistorkapazitäten führt. Die Transistoren T 2/T 4 mit ihrer Beschaltung, sowie die Dioden D 1/D 2 und der Widerstand R 1 sind wie in Fig. 7 angeordnet.

Claims

1. Komplementärtransistorstufe für den Schaltbetrieb zur Ansteuerung kapazitiver Lasten, wobei zwischen dem Eingang und einem im Ausgangsstromkreis der Komplementärtransistorstufe (T 1, T 2) befindlichen Strommeßwiderstand (R 1, . . . R 5) eine bipolare Spannungssenke (D 1, D 2; ZD 1, ZD 2) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß den Komplementärtransistoren (T 1, T 2) jeweils ein Transistor (T 3, T 4) im Sinne einer Strommitkopplung zur Stromerhöhung im Ausgangskreis zugeschaltet ist.

2. Verwendung der Transistorstufe nach Anspruch 1 zur Ansteuerung von Feldeffekttransistoren.