DE4228671A1 - Festkoerperrelais - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Festkörperrelais der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen Art. Insbe­ sondere bezieht sie sich auf ein Festkörperrelais, bei dem eine lichtemittierende Diode ein Eingangssignal in ein Lichtsignal umwandelt und eine photovoltaische Diodengruppe, die mit der lichtemittierenden Diode optisch gekoppelt ist, das Lichtsig­ nal in ein elektrisches Signal umwandelt, das zur Ansteuerung eines MOS-Feldeffekttransistors benutzt wird, der eine Aus­ gangsvorrichtung zur Erzielung eines Kontaktsignals als Aus­ gang dient.

Ein Festkörperrelais der hier beschriebenen Art ist in der US-PS 43 90 790 beschrieben. Bei diesem bekannten Festkör­ perrelais ist eine photovoltaische Diodengruppe, die mit ei­ ner lichtemittierenden Diode optisch gekoppelt ist, in Serie mit einem MOS-Feldeffekttransistor geschaltet, zwischen des­ sen Gate-Anschluß und Basis-Anschluß ein normalerweise einge­ schalteter Sperrschicht-Feldeffekttransistor angeschlossen ist, während eine zusätzliche photovoltaische Diodengruppe zwischen dem Gate-Anschluß und dem Source-Anschluß des Sperr­ schicht-Feldeffekttransistors über einen Widerstand liegt. Bei diesem bekannten Festkörperrelais können momentane Fehlauslö­ sungen, wie sie bei dem Festkörperrelais aufgetreten sind, die in der genannten US-PS 43 90 790 als bekannt ange­ geben wurden, durch Vorsehen der zusätzlichen Diodengruppe verhindert werden, die den normalerweise eingeschalten Sperr­ schicht-Feldeffekttransistor ansteuern kann. Die Vergrößerung der Chip-Größe wegen der Notwendigkeit der zusätzlichen pho­ tovoltaischen Diodengruppe und die Notwendigkeit der kombi­ nierten Schaltungsanordnung des Sperrschicht-Feldeffekttran­ sistors mit der zusätzlichen Diodengruppe machte einen mit hoher Geschwindigkeit ablaufenden Relaisbetrieb nahezu kaum realisierbar.

Ein Festkörperrelais, das einen sehr schnellen Betrieb zu­ läßt, ist in der US-PS 48 04 866 beschrieben worden. Bei diesem Festkörperrelais ist eine photovoltaische Diodengruppe optisch mit einer lichtemittierenden Diode gekoppelt, ein Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistor ist mit der photovoltai­ schen Diodengruppe Serie geschaltet, ein normalerweise eingeschalteter Ansteuertransistor liegt zwischen dem Gate- Anschluß und dem Source-Anschluß dieses Ausgangs-MOS-Feld­ effekttransistors, und eine Steuerelektrode dieses Ansteuer­ transistors ist am Verbindungspunkt zwischen der photovoltai­ schen Diodengruppe und in einem Impedanzelement angeschlos­ sen, so daß beim Auftreten eines photovoltaischen Ausgangs­ signals an der photovoltaischen Diodengruppe als Reaktion auf einen Eingangstrom zur lichtemittierenden Diode der Ansteuer­ transistor in einen Zustand mit hoher Impedanz durch eine an dem Impedanzelement erzeugte Spannung vorgespannt wird. Bei diesem Relais wird das an der photovoltaischen Diodengruppe aufgrund des Lichtsignals aus der lichtemittierenden Diode auftretende photovoltaische Ausgangssignal zwischen den Gate- Anschluß und den Source-Anschluß des Ausgangs-MOS-Feldeffekt­ transistors angelegt und es bewirkt das Fließen eines photo­ voltaischen Stroms durch den Ansteuertransistor, der von ei­ nem Feldeffekttransistor vom Verarmungstyp gebildet ist. Wenn der Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistor des Relais nach der US-PS 48 04 866 ein Feldeffekttransistor vom N-Typ und vom Anreicherungstyp ist, verursacht das photovoltaische Aus­ gangssignal das Fließen eines Stroms zum Aufladen einer elek­ trostatischen Gate-Kapizität des Ausgangs-MOS-Feldeffekttran­ sistors und auch das Fließen eines Stroms durch den Ansteuer­ transistor und durch einen Vorspannungstransistor wie dem Impedanzelement, wobei der Gate-Anschluß des Ansteuertran­ sistors auf eine negative Spannung von einer an den Vorspan­ nungstransistor auftretenden Spannung vorgespannt wird, so daß der Ansteuertransistor sofort in den Zustand mit hoher Impedanz versetzt wird und die elektrostatische Gate-Kapazi­ tät des Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistors wirksam aufgeladen wird. Dabei wird das Festkörperrelais veranlaßt, seinen Zu­ stand an beiden Ausgangsanschlüssen vom Aus-Zustand zum Ein- Zustand zu ändern. Falls der Eingangsstroms des Festkörperre­ lais unterbrochen wird, tritt an der photovoltaischen Dioden­ gruppe kein photovoltaisches Ausgangssignal auf, so daß der durch den Vorspannungswiderstand fließende Strom verschwindet und der Ansteuertransistor in den eingeschalteten Zustand zurückkehrt. Eine an der elektrostatischen Gate-Kapizität des Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistors angesammelte Ladung wird über den Ansteuertransistor entladen, und der Aus-Zustand an den Ausgangsanschlüssen des Relais wird wiederhergestellt.

Das Festkörperrelais gemäß der US-PS 48 04 866 hat jedoch die Eigenschaft, daß der Anstiegsgradient des Ausgangssignals als Reaktion auf den Anstieg des Eingangssignals des Relais relativ steil ist und daß der abfallende Gradient des Aus­ ganssignals als Reaktion auf einen Abfall des Eingangssignals extrem steil wird. Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, daß die Ladung an der elektrostatischen Gate-Kapazität des Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistors zwar durch den Vorspan­ nungswiderstand fließt und daher relativ viel Zeit benötigt. Die Entladung der in der elektrostatischen Gate-Kapizität angesammelten Ladung jedoch über den in den Zustand mit nied­ riger Impedanz versetzten Ansteuertransistor sehr schnell erfolgt. Aus diesem Grund bestand bei diesem bekannten Relais das Problem, daß beim Anschließen einer kapazitiven oder in­ duktiven Last an das Relais das Risiko entsteht, daß beim Schaltvorgang desselben ein großer Strom oder eine hohe Span­ nung hervorgerufen werden, was zur Verursachung elektrischer Störungen fuhren kann, die zum einem fehlerhaften Betrieb weiterer zugehöriger Schaltungen führen kann.

In einer US-Patentanmeldung 6 48 852 von Y. Idaca und ande­ ren (oder der europäischen Patentanmeldung 04 42 561 oder der koreanischen Patentanmeldung 91-16 146) ist ein Festkörperre­ lais vorgeschlagen worden, bei dem eine photovoltaische Dio­ dengruppe optisch mit einer lichtemittierenden Diode gekop­ pelt ist, die mit einem Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistor in Serie geschaltet ist. Eine Steuervorrichtung ist zwischen den Gate-Anschluß und den Source-Anschluß des Ausgangs-MOS-Feld­ effekttransistors eingefügt, wobei sie beim Auftreten eines photovoltaischen Ausgangssignals einen Zustand mit hoher Im­ pedanz annimmt, während sie beim Verschwinden des photovol­ taischen Ausgangssignals als einen Zustand mit niedriger Im­ pedanz annimmt. Ein Widerstand ist in Serie zu einem Lade­ stromweg aus der photovoltaischen Diodengruppe zu den Gate- Anschlüssen und Source-Anschlüssen des Ausgangs-MOS-Feldef­ fekttransistors und zu einem weiteren Entladestromweg aus einer Kapazität zwischen dem Gate-Anschluß und dem Source- Anschluß des Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistors zu der Steu­ ervorrichtung geschaltet.

Bei diesem Relais wird die Kapazität zwischen dem Gate-An­ schluß und dem Source-Anschluß des Ausgangs-MOS-Feldeffekt­ transistors über den eingefügten Widerstand beim Einschalten aufgeladen, so daß eine relativ lange Reaktionszeit zwischen dem Anstieg des Eingangssignals und dem Anstieg des Ausgangs­ signals verursacht wird, was den Anstiegsgradienten des Ausgangssignals klein macht. Beim Abschalten entlädt sich die angesammelte Ladung an der Kapazität zwischen den Gate-An­ schlüssen und den Source-Anschlüssen des Ausgangs-MOS-Feld­ effekttransistors über die Steuervorrichtung und den in Serie geschalteten Widerstand, so daß die Reaktionszeit zwischen dem Abfall des Eingangssignals und dem Abfall des Ausgangs­ signals lang genug ist, um den Gradienten des Abfalls des Ausgangssignals klein zu machen. Bei einer solchen Anordnung wird das Auftreten elektrischer Störungen verhindert, und es wird ermöglicht, die Anstiegszeit beim Einschalten und auch die Abfallzeit beim Ausschalten mit Hilfe des zwischen die Steuervorrichtung und den Source-Anschluß des Ausgangs-MOS- Feldeffekttransistors und mittels einer Parallel zu dem Wi­ derstand geschalteten Diode unabhängig zu machen.

Bei dem Relais gemäß den genannten Patentanmeldungen von Ida­ ka wirkt der Widerstand zum Regeln der Anstiegszeit jedoch als ein Element zum Festlegen des niedrigsten benötigten Ein­ gangsstroms zum Einschalten des Festkörperrelais mittels ei­ ner Schwellenspannung eines steuernden Feldeffekttransistors, d. h. des Arbeitsstroms, und dieser Arbeitsstrom ist wegen der Regelung der Anstiegszeit einer Einschränkung unterworfen. Das Anschließen der Diode parallel zu dem Widerstand zum Re­ geln der Abfallzeit hat zur Folge, daß die Spannung zwischen den Gate-Anschlüssen und den Source-Anschlüssen des Ausgangs- MOS-Feldeffekttransistors beim Einschalten um eine Durchlaß­ spannung dieser Diode abgesenkt wird, so daß es notwendig wird, die Anzahl der Zellen, die die photovoltaischen Dioden­ gruppe bilden, um eine Zelle zu erhöhen. Außerdem ist die Entladung der angesammelten Ladung in der Gate- und Source- Kapazität des Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistors beim Ver­ schwinden des photovoltaischen Ausgangssignals nicht nur über die Steuervorrichtung, sondern auch über die photovoltaische Diodengruppe in einen Anfangszustand der Entladung durchzu­ führen, dh. solange die Gate-Spannung des Ausgangs-MOS-Feld­ effekttransistors höher als die Durchlaufspannung der photo­ voltaischen Diodengruppe ist. Im zuletzt genannten Fall er­ gibt sich ein Problem, da der Entladestrom durch die photo­ voltaische Diodengruppe durch den Widerstand für das Regeln der Abfallzeit beschränkt ist und die Reaktionszeit des Re­ laisbetriebs beim Abschalten länger als erforderlich ist.

Es ist somit die Aufgabe der Erfindung, ein Festkörperrelais zu schaffen, bei dem die obigen Probleme nicht mehr auftreten und bei dem das Auftreten elektrischer Störungen verhindert werden kann, indem der abfallende Gradient des Ausgangsignals beim Abschalten kleingemacht wird und die Reaktionszeit des Relaisbetriebs beim Abschalten minimal gemacht wird, ohne daß der Einschaltvorgang beeinflußt wird.

Nach der Erfindung ist ein Festkörperrelais, bei dem eine photovoltaische Diodengruppe optisch mit einem lichtemittie­ renden Element zur Erzeugung eines photovoltaischen Ausgangs­ signals aus einem von dem lichtemittierenden Element empfan­ genen Lichtsignal gekoppelt ist, das in diesem erzeugt und von diesem abgestrahlt wird, wenn es einen Eingangsstrom emp­ fängt, wobei mit der photovoltaischen Diodengruppe ein Impe­ danzelement in Serie geschaltet ist, ein Ausgangs-MOS-Feldef­ fekttransistsor mit der photovoltaischen Diodengruppe so ver­ bunden ist, daß er seinen Zustand von einem ersten Impedanz­ zustand zu einem zweiten Impedanzzustand ändert, wenn das photovoltaische Ausgangssignal zwischen den Gate-Anschluß und dem Source-Anschluß des MOS-Feldeffekttransistors angelegt wird, und eine Steuervorrichtung zwischen dem Gate-Anschluß und dem Source-Anschluß des MOS-Feldeffekttransistors ange­ schlossen ist, damit dieser bei Anlegen des photovoltaischen Ausgangssignals in einen Zustand mit hoher Impedanz und bei Verschwinden des photovoltaischen Ausgangssignals in einen Zustand mit niedriger Impedanz versetzt wird, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Steuervorrichtung einen normalerweise ein­ geschalteten Ansteuertransistor aufweist, der durch eine Spannung in den Zustand mit hoher Impedanz vorgespannt wird, die an dem Impedanzelement bei Erzeugung des photovoltaischen Ausgangssignals an der photovoltaischen Diodengruppe entsteht und daß der Ansteuertransistor mit seiner Steuerelektrode an einen Verbindungspunkt zwischen der photovoltaischen Dioden­ gruppe und dem Impedanzelement angeschlossen ist, während der Ansteuertransistor zwischen dem Gate-Anschluß und dem Source- Anschluß des Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistors mit einem dazwischen eingefügten Widerstand angeschlossen ist.

Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der die bevorzugten Ausführungsbeispiele, die in den Zeichnungen dargestellt sind. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild einer Ausführungsform des Festkörperrelais nach der Erfindung,

Fig. 2 ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform des Festkörperrelais nach der Erfindung,

Fig. 3 ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform des Festkörperrelais nach der Erfindung,

Fig. 4a-4d Signaldiagramme zur Erläuterung des Betriebs des Festkörperrelais nach den Fig. 1-3.

Fig. 5 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Spannung und dem Strom der in dem Festkörperrelais nach der Erfindung verwendeten photovoltaischen Dio­ dengruppe und

Fig. 6 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Spannung und dem Strom des in dem Festkörperrelais nach der Erfindung verwendeten Feldeffekttransistors vom Verarmungstyp.

Die Erfindung wird zwar im Zusammenhang mit bevorzugten Aus­ führungsbeispielen beschrieben, wie sie in der Zeichnung dar­ gestellt sind, doch ist zu erkennen, daß sie nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern alle Abwandlun­ gen, Modifikationen und äquivalente Ausführungen umfaßt, die innerhalb des Rahmens der Ansprüche möglich sind.

In Fig. 1 ist eine Ausführungsform eines Festkörperrelais nach der Erfindung dargestellt, bei der als lichtemittieren­ des Element 12 eine lichtemittierende Diode an Eingangsklem­ men 11 und 11A des Festkörperrelais angeschlossen ist; eine photovoltaische Diodengruppe 13 ist optisch mit der licht­ emittierenden Diode 12 gekoppelt. Die Anzahl der Dioden, die in der photovoltaischen Diodengruppe 13 in Serie geschaltet ist, ist so eingestellt, daß die Gruppe eine Spannung er­ zeugt, die höher als die Schwellenspannung eines Ausgangs- MOS-Feldeffekttransistors 15 ist, der mit seinem Gate-An­ schluß G und seinem Source-Anschluß S in Serie zur photovol­ taischen Diodengruppe 13 über ein von einem Widerstand gebil­ deten Impedanzelement 14 geschaltet ist. Dieser Ausgangs-MOS- Feldeffekttransistor 15 ist ein N-Kanal-Transistor vom Anrei­ cherungstyp, und sein Drain-Anschluß D und Source-Anschluß S bilden zwei Ausgangsklemmen 16 und 16A des Festkörperrelais.

Parallel zum Gate-Anschluß G und zum Source-Anschluß S des Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistor 15 liegt ein normalerweise eingeschalteter Ansteuertransistor 17, bei dem es sich um einen N-Transistor vom Verarmungstyp handelt, wobei dieser Transistor parallel zur photovoltaischen Diodengruppe 13 liegt. In diesem Fall ist der Ansteuertransistor 17 mit sei­ nem Drain-Anschluß über einen Widerstand 18 mit dem Gate- Anschluß G des Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistors 15 verbun­ den; mit seinem Gate-Anschluß ist er an einen Verbindungs­ punkt zwischen der photovoltaischen Diodengruppe 13 und dem Widerstand 14 angeschlossen, und mit seinem Source-Anschluß ist er an den Source-Anschluß des Ausgangs-MOS-Feldeffekt­ transistors 15 angeschlossen.

Es wird nun der Betrieb des Festkörperrelais von Fig. 1 er­ läutert. Wenn zwischen den Eingangsklemmen 11 und 11A des Relais ein Eingangsstrom hervorgerufen wird, erzeugt die lichtemittierende Diode 12 ein Lichtsignal, das von der pho­ tovoltaischen Diodengruppe 13 empfangen wird; an beiden Enden der Diodengruppe 13 wird ein photovoltaisches Ausgangssignal erzeugt. Dieses photovoltaische Ausgangssignal wird zwischen den Gate-Anschluß und dem Source-Anschluß S des Ausgangs-MOS- Feldeffekttransistors 15 angelegt. Ferner wird es an den nor­ malerweise eingeschalteten Ansteuertransistor 17 und den Wi­ derstand 18 angelegt. An diesem Zeitpunkt beginnen ein Strom zum Aufladen einer elektrostatischen Kapazität am Gate-An­ schluß G des Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistors 15 und ein Strom durch den Ansteuertransistor 17 sowie den Widerstand 18 über den das Impedanzelement bildenden Widerstand 14 zu fließen. Eine am Widerstand 14 erzeugte Spannung verursacht eine negative Vorspannung der Gate-Elektrode des Ansteuer­ transistors 17, so daß dieser Ansteuertransistor 17 augen­ blicklich in einen Zustand mit hoher Impedanz umgeschaltet wird. Als Reaktion darauf ändert sich der Zustand mit hoher Impedanz an den Ausgangsklemmen 16 und 16a in einen Zustand mit niedriger Impedanz. Der Widerstand 18 bewirkt hier keine Begrenzung der Ladung der elektrostatischen Kapazität am Gate-Anschluß G des Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistors 15, und das Relais wird beim Einschaltvorgang durch die Anwesen­ heit des Widerstands 18 nicht beeinflußt.

Falls der Eingangsstrom zu den Eingangsklemmen 11A des Relais unterbrochen wird, erzeugt die photovoltaische Diodengruppe 13 kein photovoltaisches Ausgangssignal mehr, so daß das Fließen des Stroms durch den Widerstand 14 aufhört, die Vor­ spannung des Gate-Anschlusses des Ansteuertransistors 17 en­ det und der Ansteuertransistor 17 in den eingeschalteten Zu­ stand zurückkehrt. Als Reaktion darauf wird die in der elek­ trostatischen Gatekapazität des Ausgangs-MOS-Feldeffekttran­ sistors 15 angesammelte Ladung allmählich über den Widerstand 18 und den Ansteuertransistor 17 entladen. An den Ausgangs­ klemmen 16 und 16A des Relais erscheint dadurch wieder der Zustand mit hoher Impedanz.

Bei Fehlen des Widerstandes 18 würde das Entladen der ange­ sammelten Ladung an der elektrostatischen Gate-Kapazität des Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistor 15 augenblicklich vollen­ det. Durch das Einfügen des Widerstands 18 mit einem optima­ len Wert von mehreren MEG-Ohm wird der Entladestrom der elek­ trostatischen Gate-Kapazität des Ausgangs-Feldeffekttransi­ stors 15 durch den Widerstand 18 begrenzt, so daß die Aus­ schaltzeit verlängert und der Abfall der Ausgangssignalform des Relais flacher gemacht wird.

Mit spezieller Bezugnahme auf die Arbeitsweise führt ein an die Eingangsklemmen 11 und 11A des Relais angelegtes Impuls­ signal gemäß Fig. 4a bei Fehlen des Widerstandes 18 zu einem Ausgangssignal an den Ausgangsklemmen 16 und 16A des Relais, wie es in Fig. B dargestellt ist, bei dem der Abfall des Sig­ nalverlaufs beim Abschalten des Relais sehr steil ist, so daß sicherlich Störungen erzeugt werden. Durch Einfügen des Wi­ derstandes 18 erhält das Ausgangssignal an den Ausgangsklem­ men 16 und 16A den in Fig. 4c dargestellten Verlauf, bei dem Ausschaltzeit des Relais verlängert ist und der Abfall des Signals flacher wird, so daß die Störungserzeugung einge­ schränkt wird. Bei der in Fig. 4c dargestellten Kurvenform ist td die Zeitperiode von der Unterbrechung des Eingangs­ stroms bis zu einem Startpunkt des Abschaltens, und t_f ist die Zeitperiode von diesem Startpunkt zum Endpunkt der Ab­ schaltung. Dies heißt, daß die Zeitperiode t_d diejenige Zeit­ periode ist, für deren Dauer die Spannung zwischen dem Gate- Anschluß und dem Source-Anschluß des Ausgangs-MOS-Feldeffekt­ transistors 15 von der photovoltaischen Spannung an der Dio­ dengruppe 13 zu einer erforderlichen Gate-Source-Spannung V_gs(on) zum Einschalten des Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistors 15 in den Einschaltzustand abnimmt, und die Zeitperiode t_f ist diejenige Zeitperiode, für deren Dauer die Spannung zwi­ schen dem Gate-Anschluß und dem Source-Anschluß Ausgangs-MOS- Feldeffekttransistors 15 von der Spannung V_gs(on) zur Schwellenspannung V_th des Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistors 15 abnimmt.

Unter der Annahme, daß der Widerstand im Entladeweg der elek­ trostatischen Gate-Kapazität des Ausgangs-MOS-Feldeffekttran­ sistors 15, insbesondere im Entladeweg des Gate-Anschlusses G und des Source-Anschlusses S des Ausgangs-MOS-Feldeffekttran­ sistors 15 nicht vorhanden war, wenn eine induktive Last an die Ausgangsanschlüsse angeschlossen wird, würde beim Schalt­ vorgang des Relais eine über einer Durchbruchsspannung des Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistors 15 liegende elektromotori­ sche Gegenspannung auftreten, die eine Lastspannung über­ schreiten würde, so daß es erforderlich gewesen wäre, eine Schutzschaltung vorzusehen. Durch Einfügung des Widerstandes 18 in den Entladeweg des Gate-Anschlusses G und des Source- Anschlusses S des Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistors 15 gemäß der Ausführung von Fig. 1 wird erreicht, daß die elektromoto­ rische Gegenspannung die beim Schaltvorgang des Relais er­ zeugt wird, kleiner als die des Ausgangs-MOS-Feldeffekttran­ sistors 25 ist, so daß keine Schutzschaltung benötigt wird.

In Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform des Festkörperre­ lais nach der Erfindung dargestellt. Bei dieser Ausführungs­ form liegt ein Konstant-Spannungselement 29 zusätzlich paral­ lel zum Widerstand 28, der in Serie zum Ansteuertransistor 27 liegt, wie sich aus einem Vergleich der zuvor beschriebenen Ausführungsform von Fig. 1 erkennen läßt. Für dieses Kon­ stant-Sparlnungselement 29 wird vorzugsweise eine Zenerdiode verwendet, die so angeschlossen ist, daß sie vom Source-An­ schluß zu:n Gate-Anschluß des Ausgangs-MOS-Feldeffekttransi­ stors 25 in Vorwärtsrichtung liegt. Die Zehnerspannung V_z dieser Zenerdiode 29 ist so eingestellt, daß sie dem Rest der Subtraktion des Spannungsabfalls beim Einschalten des Ansteuertransistors 27 von der Gate-Source-Spannung V_gs(on) des Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistors 25 ist, und die Entla­ dung der angesammelten Ladung in der elektrostatischen Gate- Kapazität des Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistors 25 erfolgt in der Weise, wie anschließend beschrieben wird.

Wenn die Gate-Source-Spannung des Ausgangs-MOS-Feldeffekt­ transistors 25 über V_gs(on) liegt, ist die Spannung an bei­ den Enden der Zenerdiode 29 größer als die Zehnerspannung V_z, so daß die Entladung der angesammelten an der elektrosta­ tischen Gate-Kapazität des Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistors 25 durch die Zenerdiode 29 und den Ansteuertransistor 27 schnell erfolgen kann. In diesem Anfangszustand der Entladung wird an die photovoltaische Diodengruppe 23 eine ausreichend große Spannung angelegt, um die Gruppe im eingeschalteten Zustand zu erhalten, und der Entladestrom fließt auch durch die photovoltaische Diodengruppe 23 und den Widerstand 24. Zu diesem Zeitpunkt ist die Gate-Elektrode des Ansteuertransi­ stors 27 positiv vorgespannt, und der Ansteuertransistor 27 wird in einen weiteren niederohmigen Zustand mit einem ver­ stärkten Effekt des Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistors ver­ setzt, so daß die Entladung beschleunigt wird.

Wenn die Spannung zwischen dem Gate-Anschluß G und dem Source-S des Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistors 25 kleiner als V_GS(on) wird, fällt die Spannung an der Zenerdiode 29 unter die Zehnerspannung V_z, so daß die Zenerdiode 29 da­ durch in den gesperrten Zustand versetzt wird; die Entladung der elektrostatischen Gate-Kapazität des Ausgangs-MOS-Feld­ effekttransistors 25 erfolgt dadurch allmählich durch den Widerstand 28 und den Ansteuertransistor 27.

In der Ausführung von Fig. 2 wird bei Anlegen eines in Fig. 4a dargestellten Impulssignals an die Eingangsklemmen 21 und 21A zur Erzeugung eines Lichtsignals durch lichtemittierende Element 22 das Ausgangssignal an den Ausgangsklemmen 26 und 28 einen Verlauf haben, wie in Fig. 4d dargestellt ist. Dies bedeutet, daß die Entladung der angesammelten Ladung an der elektrostatischen Gate-Kapazität des Ausgangs-MOS-Feldeffekt­ transistors 25 für die Zeitdauer T₀-T₁ schnell erfolgt und dann für die Zeitperiode T₁-T₂ langsamer stattfindet, so daß die Verzögerungszeit t₄ im Ausgangssignalsverlauf beim Abschalten des Relais verkürzt werden kann, während die Ab­ fallzeit t_f verlängert werden, damit der abfallende Gradient flacher wird.

In der oben beschriebenen Anordnung ist der Widerstand 28 mit dem Drain-Anschluß des Ansteuertransistors 27 verbunden, je­ doch kann dieser Widerstand 28 auch den Source-Anschluß des Ansteuertransistors 27 angeschlossen werden. Wenn der Wider­ stand jedoch in Serie mit dem das Impedanzelement bildenden Widerstand 24 zwischen dem Verbindungspunkt des Source-An­ schlusses des Ansteuertransistors 27 mit dem Widerstand 24 und dem Source-Anschluß S des Ausgangs-MOS-Feldeffekttransi­ stors 25 angeschlossen wird, d. h. so angeschlossen wird wie in dem oben erwähnten bekannten Relais von Idaka und anderen, wird beim Übergang des Ansteuertransistors 27 in den einge­ schalteten Zustand eine zwischen dem Gate-Anschluß G und dem Source-Anschluß S des Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistors 25 auftretende Potentialdifferenz an die beiden Enden dieses Widerstandes angelegt, der in Serie zum Widerstand 24 liegt, was bedeutet, daß ein Potential am Verbindungspunkt zwischen dem Source-Anschluß des Ansteuertransistors 27 und dem Wider­ stand 24 ansteigt, so daß dann der Entladestrom in diesem anfänglichen Zustand der Entladung nicht durch die photovol­ taische Diodengruppe 23 und den Widerstand 24 fließen kann. Unter Bezugnahme auf Fig. 5 fließt ein Entladestrom gemäß einer Potentialdifferenz DDC zwischen einer Stromkurve O ab­ hängig von einer Zunahme der Spannung bei Abwesenheit des Eingangssignals an den Eingangsklemmen 21 und 21A des Relais und der anderen Stromkurve N abhängig vom Anstieg der Span­ nung in Anwesenheit des Eingangssignals, wie in der Strom­ Spannungs-Kennlinie der photovoltaischen Diodengruppe 23 von Fig. 5 dargestellt ist, jedoch ist die Potentialdifferenz zwischen dem Gate-Anschluß G des Ausgangs-MOS-Feldeffekttran­ sistors 25 und dem Verbindungspunkt zwischen dem Source-An­ schluß des Ansteuertransistors 27 und dem Widerstand 24 wegen des Potentialanstiegs am Verbindungspunkt zwischen dem Sour­ ce-Anschluß des Ansteuertransistors 27 und dem Widerstand 24 kleiner, so daß die Entladung der elektrostatischen Gate­ Kapazität des Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistors 25 nicht über den Weg der photovoltaischen Diodengruppe 23 und dem Widerstand 24 fließt und die Verzögerungszeit des Relais ver­ längert wird, was zur Folge hat, daß das Schalten des Relais übermäßig viel Zeit in Anspruch nimmt. In der in Fig. 2 dar­ gestellten Ausführung fließt der Entladestrom jedoch durch die photovoltaische Diodengruppe 23 und den Widerstand 24, und die Gate-Elektrode des Ansteuertransistors 27 wird vom Entladestrom durch den Transistor 24 positiv vorgespannt, so daß der Ansteuertransistor 27 durch den Verstärkungseffekt des Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistors gemäß der obigen Be­ zugnahme (sh. Fig. 6) in einen Zustand noch niedrigerer Impe­ danz versetzt wird, wobei die Entladung durch eine Zunahme des Entladestroms beschleunigt werden kann, der durch den Weg des Gate-Anschlusses des Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistors 25, der Zenerdiode 29 des Ansteuertransistors 27 und des Source-Anschlusses des Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistors 25 fließt. Wenn die Spannung zwischen dem Gate-Anschluß G und dem Source-Anschluß S des Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistors 25 abnimmt und V_GS(on) erreicht, erfolgt die Entladung über den Widerstand 28 und den Ansteuertransistor 27 allmählich, wie oben erwähnt wurde.

Weitere Bauteile und ihre Funktion in der Ausführung von Fig. 2 sind dieselben wie in der Ausführungsform von Fig. 1 Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 3 dar­ gestellt. Das Konstant-Spannungselement der zuvor beschriebe­ nen Ausführung von Fig. 2 ist dabei durch einen MOS-Feldef­ fekttransistor 39 vom Anreicherungstyp ersetzt, der parallel zum Widerstand 38 in der Serienschaltung mit dem Ansteuer­ transistor 37 liegt und dessen Gate-Anschluß und Drain-An­ schluß kurzgeschlossen sind. Im vorliegenden Fall wird der MOS-Feldeffekttransistor 39 vom Anreicherungstyp im Zustand mit niedriger Impedanz gehalten, bis die Spannung am Wider­ stand 38 auf einen vorbestimmten Wert abnimmt, so daß die Entladung der angesammelten Ladung an der elektrostatische Gate-Kapazität des Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistors 35 schnell erfolgen kann. Wenn die Spannung am Widerstand 38 unter den vorbestimmten Wert sinkt, geht der MOS-Feldeffekt­ transistor 39 vom Anreicherungstyp in den Zustand mit hoher Impedanz über, und die Entladung der an der elektrostatischen Gate-Kapazität des Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistors 35 an­ gesammelten Ladung erfolgt langsam durch den Widerstand 38. Es sei bemerkt, daß ähnlich wie bei der Ausführung von Fig. 2 die Verzögerungszeit td im Ausgangssignalverlauf beim Ab­ schalten des Relais verkürzt werden kann, während die Abfall­ zeit tf verlängert wird, so daß der abfallende Gradient flach wird.

In der Ausführung von Fig. 3 gleichen alle weiteren Bauteile und ihre Funktion denen in der Ausführung von Fig. 1, und die gleichen Bauteile von Fig. 3 wie in der Ausführung von Fig. 1 sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 bezeichnet, jedoch ist jeweils der Wert 20 hinzuaddiert.

Claims (5)

1. Festkörperrelais, bei dem eine photovoltaische Diodengrup­ pe optisch mit einem lichtemittierenden Element zur Erzeugung eines photovoltaischen Ausgangssignals aus einem von dem lichtemittierenden Element empfangenen Lichtsignal gekoppelt ist, das in diesem erzeugt und von diesem abgestrahlt wird, wenn es einen Eingangsstrom empfängt, wobei mit der photovol­ taischen Diodengruppe ein Impedanzelement in Serie geschaltet ist, ein Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistor mit der photovol­ taischen Diodengruppe so verbunden ist, daß er seinen Zustand von einem ersten Impedanzzustand zu einem zweiten Impedanzzu­ stand ändert, wenn das photovoltaische Ausgangssignal zwi­ schen den Gate-Anschluß und den Source-Anschluß des MOS-Feld­ effekttransistors angelegt wird, und eine Steuervorrichtung zwischen dem Gate-Anschluß und dem Source-Anschluß des MOS- Feldeffekttransistors angeschlossen ist, damit dieser bei Anlegen des photovoltaischen Ausgangssignals in einen Zustand mit hoher Impedanz und bei Verschwinden des photovoltaischen Ausgangssignals in einen Zustand mit niedriger Impedanz ver­ setzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung einen normalerweise eingeschalteten Ansteuertransistor auf­ weist, der durch eine Spannung in den Zustand mit hoher Impe­ danz vorgespannt wird, die an dem Impedanzelement bei Erzeu­ gung des photovoltaischen Ausgangssignals an der photovoltai­ schen Diodengruppe entsteht und daß der Ansteuertransistor mit seiner Steuerelektrode an einen Verbindungspunkt zwischen der photovoltaischen Diodengruppe und dem Impedanzelement angeschlossen ist, wobei der Ansteuertransistor zwischen dem Gate-Anschluß und dem Source-Anschluß des Ausgangs-MOS-Feld­ effekttransistors mit einem dazwischen eingefügten Widerstand angeschlossen ist.

2. Relais nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Konstant­ spannungselement (29, 39) parallel zu dem Widerstand (28, 38), der in die Verbindung zwischen den normalerweise einge­ schalteten Ansteuertransistor (27, 37) zwischen dem Gate- Anschluß und dem Source-Anschluß des Ausgangs-MOS-Feldeffekt­ transistors (25, 35) eingefügt ist.

3. Relais nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Konstantspannungselement eine Zenerdiode (29) ist, die einen Durchlaßweg vom Source-Anschluß zum Gate-Anschluß des Aus­ gangs-MOS-Feldeffekttransistors erzeugt.

4. Relais nach Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch einen MOS-Feldeffekttransistor (39) vom Anreicherungstyp, der pa­ rallel zu dem Widerstand (38) geschaltet ist, der in die Ver­ bindung zwischen dem normalerweise eingeschalteten Ansteuer­ transistor (37) zwischen dem Gate-Anschluß und dem Source- Anschluß des Ausgangs-MOS-Feldeffekttransistors (35) einge­ fügt ist.

5. Relais nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der MOS-Feldeffekttransistor (39) vom Anreicherungstyp mit seinen Drain-Anschluß und seinem Source-Anschluß parallel zu dem Widerstand (38) liegt und zwischen seinem Gate-Anschluß und seinem Drain-Anschluß kurzgeschlossen ist.