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Diese Erfindung bezieht sich auf Ansteuer- bzw. Treiberschaltungen, welche kapazitive
Lasten, wie z. B. elektrolumineszente bzw. Lumineszenzschirme bzw. -platten (hiernach
als EL-Platten oder EL-Schirme bezeichnet), ansteuern bzw. treiben.
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Der Typ einer Treiber- bzw. Ansteuerschaltung, wie oben beschrieben, ist z. B. aus der
ausführlichen Erläuterung der US-A-5,349,269 bekannt und deren Struktur ist in Fig. 1
gezeigt. Wie in Fig. 1 gezeigt, ist die Serienschaltung der ersten Spule (1a) und des
ersten Transistors (2a) verbunden zwischen den positiven und negativen Anschlüssen der
elektrischen Gleichstromquelle und der Verbindungspunkt zwischen dieser Spule und
dem Transistor ist verbunden mit einem Anschluss der EL-Platte bzw. -Schirm (5)
mittels der ersten Diode (3a) und der ersten Zenerdiode (4a). Der Verbindungspunkt
zwischen der ersten Zenerdiode (4a) und einem Anschluss der EL-Platte (5) ist geerdet
über den zweiten Transistor (6a). Ebenso ist die Serienschaltung der zweiten Spule (1b)
und des dritten Transistors (2b) verbunden zwischen den positiven und negativen
Anschlüssen der elektrischen Gleichstromquelle und der Verbindungspunkt zwischen dieser
Spule und dem Transistor ist verbunden mit dem anderen Anschluss der EL-Platte (5)
über die zweite Diode (3b) und die zweite Zenerdiode (4b). Der Verbindungspunkt
zwischen der zweiten Zenerdiode (4b) und dem anderen Anschluss der EL-Platte (5) ist
geerdet über den vierten Transistor (6b).
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Ein Taktsignal wird angelegt an das Gate des ersten und dritten Transistors (2a) und (2b)
und die Gatesignale, welche entgegengesetzte Phasen zueinander haben, werden an die
Gates des zweiten und vierten Transistors (6a) und (6b) angelegt. Als Ergebnis wird eine
verstärkte bzw. erhöhte (boosted) Spannung angelegt zwischen die Anschlüsse 1 und 2
der EL-Platte (5).
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Mit der weithin bekannten, oben beschriebenen Treiber- bzw. Ansteuerschaltung dienen
diese Zenerdioden (4a) und (4b) dem Zweck zum Verhindern von elektrischen
Leckströmen von der elektrischen Gleichstromquelle, weil die ersten und zweiten
Zenerdioden (4a) und (4b) mit dem Stromweg zwischen der ersten Spule (1a) und der EL-Platte
(5) und dem Stromweg zwischen der zweiten Spule (2a) und der EL-Platte (5) verbunden
sind. Folglich wird der Weg durch den positiven Anschluss der elektrischen
Gleichstromquelle, die erste Spule (1a), die erste Diode (3a), den zweiten Transistor (6a) und
den negativen Anschluss, unterbrochen durch die Zenerdiode (4a), wenn der zweite
Transistor (6a) in einem leitfähigen Zustand ist. Wenn der vierte Transistor (6b) in
einem leitfähigen Zustand ist, wird der Weg durch den positiven Anschluss der
elektrischen Gleichstromquelle, die zweite Spule (1b), die erste Diode (3b), den vierten
Transistor (6b) und den negativen Anschluss, unterbrochen durch die Zenerdiode (4b). Als
Ergebnis wird der Effekt der erheblichen Verringerung des Verlustes der Energie erzielt
durch die Arbeitsweise dieser Zenerdioden, um elektrische Leckströme zu verhindern.
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Jedoch wird ein parasitärer Transistor ausgebildet in der Struktur der Zenerdiode
zwischen dieser und der IC-Leiterplatte, wenn die obige Treiber- bzw. Ansteuerschaltung in
eine IC-Leiterplatte eingebaut ist, und eine Hochgeschwindigkeits-, mit anderen Worten
eine Hochfrequenz-Spannungsspitze (spike) fließt in die Leiterplattenseite über diesen
parasitären Transistor und fließt eventuell zu einer Masse (ist geerdet) mit dem Ergebnis
eines Verlustes von Energie. Wenn diese Art eines Energieverlustes auftritt, kann der
Vorteil der Platzierung einer Zenerdiode nicht realisiert werden.
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Folglich ist das Ziel dieser Erfindung, eine Treiber- bzw. Ansteuerschaltung zur
Verfügung zu stellen, welche die oben erwähnten Schwächen löst und es ermöglicht, den
Verlust an Energie erheblich zu verringern und die EL-Platte bzw. -Schirm in die Lage
versetzt, ein helles Licht über lange Zeitdauern hinweg zu erzeugen.
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Die Treiber- bzw. Ansteuerschaltung für eine kapazitive Last dieser Erfindung ist
verbunden zwischen den positiven und negativen Anschlüssen der elektrischen
Gleichstromquelle und ist dadurch gekennzeichnet, dass sie ausgerüstet ist mit einer ersten
seriellen Zweigschaltung, welche verbunden ist zwischen den positiven und negativen Anschlüssen
einer elektrischen Gleichstromquelle und sie hat eine erste Spule und ein erstes
Schaltelement angesteuert durch ein Taktsignal, weist einen Transformator bzw.
Übertrager auf, eine zweite serielle Zweigschaltung ist verbunden zwischen den positiven
und negativen Anschlüssen der obigen elektrischen Gleichstromquelle, und hat eine
Spule und ein zweites Schaltelement angesteuert durch das obige Taktsignal, weist einen
Transformator bzw. Wandler auf, eine erste Diode, welche verbunden ist zwischen dem
Verbindungspunkt der ersten Spule und des ersten Schaltelements der obigen ersten
seriellen Zweigschaltung, und einem Anschluss der kapazitiven Last, eine zweite Diode ist
verbunden zwischen dem Verbindungspunkt der zweiten Spule und dem zweiten
Schaltelement der obigen zweiten seriellen Zweigschaltung, und dem anderen Anschluss der
obigen kapazitiven Last, eine serielle Zweigschaltung mit einer ersten Zenerdiode ist
verbunden zwischen dem Verbindungspunkt der obigen ersten Diode und der kapazitiven
Last und dem negativen Anschluss der obigen elektrischen Gleichstromquelle, und hat
einen Schwell- bzw. Grenzwert, welcher größer ist als die Sourcespannung der
elektrischen Gleichstromquelle, und ein drittes Schaltelement wird angesteuert durch ein erstes
Gatesignal mit einer relativen Einschaltdauer (duty ratio) von 50% und eine serielle
Zweigschaltung mit einer zweiten Zenerdiode ist verbunden zwischen der obigen
zweiten Diode und der kapazitiven Last, und diese hat einen Schwell- bzw. Grenzwert größer
als die Sourcespannung der elektrischen Gleichstromquelle, und ein viertes
Schaltelement wird angesteuert durch ein zweites Gatesignal mit der entgegengesetzten Phase zu
dem obigen ersten Gatesignal.
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Bei dieser Erfindung sind Zenerdioden parallel verbunden bzw. geschaltet in Bezug auf
die kapazitive Last. Wenn die Zenerdioden parallel geschaltet bzw. verbunden sind,
zusammen mit der kapazitiven Last, wird eine Art einer integrierten Schaltung ausgebildet.
Folglich nimmt die Spitze (spike) eine integrierte Form an, selbst wenn eine
hochfrequente Spitze (spike) durch die elektrische Quelle erzeugt wird; als Ergebnis wird
verhindert, dass selbst, wenn eine Treiber- bzw. Ansteuerschaltung auf einer
IC-Schaltungs- bzw. -Leiterplatte ausgebildet ist, diese Spitze in die Schaltungsplatte durch den
parasitären Transistor der Zenerdiode fließt. Gleichzeitig wird der Weg von der
elektrischen Quelle zu dem negativen Anschluss mittels dieser schaltenden Wege unterbrochen
durch die Zenerdioden und elektrische Leckströme werden verhindert, weil die Zenerdioden
in Serie mit den schaltenden bzw. Schaltungswegen verbunden sind, welche
verbunden sind zwischen den zwei Anschlüssen der kapazitiven Last und dem negativen
Anschluss der elektrischen Gleichstromquelle. Als Ergebnis ist es möglich beides zu
eliminieren, den Verlust an Energie durch elektrische Leckströme und den Verlust an
Energie durch hochfrequente Spitzen (spikes), selbst wenn eine Treiber- bzw.
Ansteuerschaltung auf der IC-Schaltungsplatte ausgebildet ist, was es ermöglicht, die
Lebensdauer der elektrischen Gleichstromquelle erheblich zu erhöhen.
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Die neuen Merkmale, von denen angenommen wird, dass sie kennzeichnend für die
Erfindung sind, sind in den beiliegenden Ansprüchen ausgeführt. Die Erfindung selbst
jedoch sowie eine bevorzugte Art der Verwendung und weitere Ziele und Vorteile davon,
wird am besten verstanden werden durch Bezugnahme auf die folgende ausführliche
Beschreibung einer veranschaulichenden Ausführungsform, wenn diese in Verbindung mit
den beiliegenden Zeichnungen gelesen wird, wobei:
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Fig. 1 ein Schaltplan ist, welcher die Struktur eines Beispiels eines bekannten
Gleichstrom-Boost-Konverters zum Treiben bzw. Ansteuern eines EL-Schirms bzw.
einer EL-Platte zeigt.
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Fig. 2 ein Schaltplan ist, welcher die Struktur einer Treiber- bzw.
Ansteuerschaltung für eine kapazitive Last gemäß dieser Erfindung zeigt.
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Fig. 3 ein Signalverlaufsdiagramm ist zum Erläutern der Arbeitsweise der in Fig.
2 gezeigten Treiber- bzw. Ansteuerschaltung.
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Fig. 4 ein Schaltplan ist, welcher die Struktur einer Abwandlung der
Ansteuerschaltung zeigt zum Ansteuern des El-Schirms bzw. der EL-Platte gemäß dieser
Erfindung.
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Fig. 5 ein Signalverlaufsdiagramm ist zum Erläutern der Arbeitsweise der in Fig.
4 gezeigten Ansteuerschaltung.
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Fig. 2 ist ein Schaltplan und zeigt die Struktur eines Anwendungsbeispiels der Treiber-
bzw. Ansteuerschaltung für eine kapazitive Last gemäß dieser Erfindung. Die erste
serielle Zweigschaltung (14), in welcher die erste Spule (12) und der erste Schalttransistor
(13) in Serie verbunden sind, ist zwischen dem positiven Anschluss (11) der elektrischen
Gleichstromquelle und dem geerdeten negativen Anschluss verbunden. Auf die gleiche
Art sind die zweite serielle Zweigschaltung (17), in welcher die zweite Spule (15) und
der zweite Schalttransistor (16) in Serie verbunden sind, zwischen dem 1> ositiven
Anschluss (11) der elektrischen Gleichstromquelle und dem negativen Anschluss
verbunden. Der Verbindungspunkt (A) der ersten Spule (12) und des ersten Schalttransistors
(13) der ersten seriellen Zweigschaltung (14) sind mit einem Anschluss des EL-Schirms
bzw. der EL-Platte (19) verbunden über die erste Diode (18) und der Verbindungspunkt
(B) der zweiten Spule (15) und des zweiten Schalttransistors (13) der zweiten seriellen
Zweigschaltung (17) sind mit dem anderen Anschluss der EL-Platte bzw. EL-Schirm
(19) verbunden über die zweite Diode (20). Der Verbindungspunkt (C) der Kathode der
ersten Diode (18) und der EL-Platte (19) sind geerdet über die erste Zenerdiode (21),
welche ein Konstant-Spannungs-Element ist und den dritten Schalttransistor (22); der
Verbindungspunkt (D) zwischen der Kathode der zweiten Diode (20) und der EL-Platte
bzw. dem EL-Schirm (19) ist geerdet über die zweite Zenerdiode (23) und den vierten
Schalttransistor (24). Die Kathoden dieser ersten und zweiten Zenerdioden (21) und (23)
sind in der Richtung der EL-Platte verbunden und ihre Grenzwertspannung wird höher
gemacht als diejenige der Sourcespannung der elektrischen Gleichstromquelle.
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Fig. 3 zeigt den Signalverlauf bzw. die Signalform des Signals, welches an das Gate des
Schalttransistors der oben beschriebenen Treiber- bzw. Ansteuerschaltung angelegt wird.
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Fig. 3A zeigt das Taktsignal, welches an die Gates der ersten und zweiten
Schalttransistoren angelegt wird.
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Fig. 3B zeigt das Gatesignal (V2), welches an das Gate des vierten Schalttransistors
angelegt wird.
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Fig. 3C zeigt das Gatesignal (V3), welches an das Gate des dritten Schalttransistors
angelegt wird, und dessen Phase ist das Gegenteil bzw. entgegengesetzt zu dem Gatesignal
in Fig. 3B.
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Wenn ein Taktsignal (V1) an das Gate des Schalttransistors (13) der ersten seriellen
Zweigschaltung (14) angelegt wird und das Gatesignal (V2) an das Gate des dritten
Schalttransistors (22) angelegt wird, gehen diese in die Aus-Position über; wenn das
Gatesignal (V3) an das Gate des vierten Schalttransistors (24) angelegt wird, geht dieser
in die An-Position. In diesem Fall erhöht sich die Spannung beim Verbindungspunkt (A)
allmählich, wie in Fig. 3D gezeigt, und diese wird an den EL-Schirm bzw. die EL-
Platte (19) angelegt. In diesem Fall ist die Spannung beim Verbindungspunkt (D)
ungefähr Null und beim Verbindungspunkt (C) ist diese positiv.
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Als Nächstes geht der vierte Schalttransistor (24) in die Aus-Position und der dritte
Schalttransistor (22) geht in die An-Position. In diesem Zustand erhöht sich die
Spannung beim Verbindungspunkt (B) allmählich auf 120 Volt, wie in Fig. 3E gezeigt, und
diese erhöhte (boosted) Spannung wird an den EL-Schirm bzw. die EL-Platte (19)
angelegt. In diesem Fall ist der Verbindungspunkt (C) ungefähr bei Null, aber die
Spannung beim Verbindungspunkt (D) ist positiv. Als Ergebnis ist der Wirkungsgrad der
Lichtemission der EL-Platte hoch, weil eine Treiber- bzw. Ansteuerspannung, welche
bezüglich der Polarität wechselt, an die EL-Platte (19) angelegt wird.
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Als Nächstes wird das Verhindern von elektrischen Leckströmen erläutert werden. Der
dritte Schalttransistor (22) ist in der Aus-Position und der vierte Schalttransistor (24) ist
in der An-Position. In dem Fall der weithin bekannten, in Fig. 1 gezeigten
Ansteuerschaltung, wenn diese von der Seite der elektrischen Quelle betrachtet wird, fließt die
Energie in die Schaltungs- bzw. Leiterplatte über den parasitären Transistor
insbesondere zu der Zenerdiode, was einen Energieverlust verursacht, weil die Zenerdioden mit
der EL-Platte in Serie verbunden sind, wenn eine hochfrequente Spitze (spike), mit
anderen Worten eine Hochgeschwindigkeits-Energie, in die Richtung der EL-Platte von
der elektrischen Quelle zugeführt wird. Im Gegensatz hierzu wird eine Art einer
integrierten Schaltung ausgebildet mit der in Fig. 2 gezeigten Ansteuerschaltung, weil die
Zenerdiode (21) in einer parallelen Position in Bezug auf die EL-Platte (19) liegt.
Folglich nimmt die hochfrequente Spitze (spike) eine integrierte Form an; als Ergebnis wird
verhindert, dass diese in die Leiterplatte über den parasitären Transistor fließt.
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Ebenso wird der Weg durch bzw. über den positiven Anschluss (11), die zweite Spule
(15), den Verbindungspunkt (B), die zweite Diode (20), den Verbindungspunkt (D), die
zweite Zenerdiode (23) und den vierten Schalttransistor abgeschnitten von dem
Niederspannungsstrom von der elektrischen Gleichstromquelle durch die Zenerdiode (23), was
elektrische Leckströme durch diesen Weg verhindert.
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Fig. 4 ist ein Schaltplan, welcher die Struktur eines abgewandelten Beispiels der
Ansteuerschaltung gemäß dieser Erfindung zeigt. Die erste serielle Zweigschaltung (24), in
welcher die ersten und zweiten Schalttransistoren (22) und (23) in Serie verbunden sind,
ist parallel mit der zweiten seriellen Zweigschaltung (27) verbunden, in welcher die
dritten und vierten Schalttransistoren (25) und (26) in Serie verbunden sind, zwischen
geerdeten negativen Anschlüssen und einem positiven DC-Anschluss (21). Die Spule
(28) ist verbunden zwischen dem Verbindungspunkt (A) der ersten und zweiten
Schalttransistoren (22) und (23) der ersten seriellen Zweigschaltung (24) und dem
Verbindungspunkt (B) der dritten und vierten Schalttransistoren (25) und (26) der zweiten
seriellen Zweigschaltung (27).
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Weiterhin ist der obige Verbindungspunkt (A) verbunden mit einem Anschluss der EL-
Platte (31) über die erste Diode (29) und der Verbindungspunkt (B) ist mit dem anderen
Anschluss der EL-Platte verbunden über die zweite Diode (30). Der Verbindungspunkt
(C) der Kathode der ersten Diode (29) und eines Anschlusses der EL-Platte (31) ist
geerdet über die erste Zenerdiode (32) und den fünften Schalttransistor (33). Der
Verbindungspunkt (D) der Kathode der zweiten Diode (30) und der andere Anschluss der EL-
Platte (31) sind geerdet über die zweite Zenerdiode (34) und den sechsten
Schalttransistor (35).
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Fig. 5 zeigt den Signalverlauf des Signals, welches an das Gate des Schalttransistors der
oben beschriebenen Ansteuerschaltung angelegt wird.
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Fig. 5A zeigt das Taktsignal (V 1), welches an das Gate des ersten Schalttransistors (22)
der ersten Gleichstrom-Zweigschaltung (24) angelegt wird; in diesem Beispiel ist dessen
Amplitude 5 Volt, die Wiederholungsfrequenz ist 8 kHz und die relative Einschaltdauer
(duty cycle) ist 3 : 1. Ebenso beträgt die Spannung der elektrischen Gleichstromquelle 3
Volt.
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Fig. 5B zeigt das Gatesignal (V2), welches an das Gate des zweiten Schalttransistors
(23) angelegt wird, wobei dessen Amplitude 5 Volt beträgt, und dessen
Wiederholungsfrequenz ist 512 Hz.
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Fig. 5C zeigt das Taktsignal, welches an das Gate des dritten Schalttransistors (25) der
zweiten Gleichstrom-Zweigschaltung (27) angelegt wird.
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Fig. 5D zeigt das Gatesignal, welches an das Gate des vierten Schalttransistors (26) der
zweiten Gleichstrom-Zweigschaltung (27) angelegt wird; dessen Phase ist
entgegengesetzt zu dem Gatesignal, welches in Fig. 5B gezeigt ist.
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Wiederum wird ein Gatesignal, welches das gleiche ist wie das Gatesignal (V2), welches
an das Gate des zweiten Schalttransistors (23), wie oben beschrieben, angelegt wird, an
das Gate des fünften Schalttransistors (33) angelegt; ein Gatesignal, welches das gleiche
ist wie das Gatesignal (V4), welches an das Gate des vierten Schalttransistors (26), wie
oben beschrieben, angelegt wird, wird an das Gate des sechsten Schalttransistors (35)
angelegt.
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Das erste Taktsignal (V1) wird an das Gate des ersten Schalttransistors (22) der ersten
Gleichstrom-Zweigschaltung (24) angelegt und der zweite Schalttransistor (23) geht in
die Aus-Position auf Grund des ersten Gatesignals (V2), welches an den zweiten
Schalttransistor (23) angelegt wird. In diesem Fall ist der dritte Schalttransistor (25) der
zweiten Gleichstrom-Zweigschaltung (27) in der Aus-Position, aber der vierte
Schalttransistor (26) ist in der An-Position, und während der fünfte Schalttransistor (33) in der
Aus-Position ist, ist der sechste Schalttransistor (35) in der An-Position. Als Ergebnis
erhöht sich die Spannung beim Verbindungspunkt (A) allmählich wie in Fig. 5E gezeigt;
diese wird an die EL-Platte bzw. -Schirm (31) angelegt. In diesem Fall ist das
elektrische Potenzial beim Verbindungspunkt (D) Null, aber die Spannung beim
Verbindungspunkt (C) wird positiv sein. In diesem Fall ist der maximale Wert der Ansteuerspannung
120 Volt.
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Als Nächstes steigt das erste Gatesignal (V2), welches an das Gate des zweiten
Schalttransistors (23) der ersten Gleichstrom-Zweigschaltung (24) angelegt wird, auf einen
High-Pegel; dieser Transistor geht bzw. schaltet sich an und in einem Zustand, bei
welchem das zweite Taktsignal (V3) angelegt ist bzw. wird, an das Gate des dritten
Schalttransistors (25) der zweiten Gleichstrom-Zweigschaltung (27), gehen beide, der erste
Schalttransistor (22) der ersten Gleichstrom-Zweigschaltung (24) und der vierte
Schalttransistor (26) der zweiten Gleichstrom-Zweigschaltung (27) in die Aus-Position über.
Zusätzlich schaltet der fünfte Schalttransistor (33) an, während der sechste
Schalttransistor (35) ausschaltet. In diesem Zustand wird sich die Spannung beim
Verbindungspunkt (B) allmählich auf 120 Volt erhöhen, wie in Fig. 5F gezeigt; diese wird an die
EL-Platte (31) angelegt. In diesem Fall ist das elektrische Potenzial beim
Verbindungspunkt (C) Null, weil der fünfte Schalttransistor (33) in der An-Position ist, aber die
Spannung beim Verbindungspunkt (D) ist positiv.
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Mit der Treiber- bzw. Ansteuerschaltung dieses Beispiels, wie oben beschrieben, ist es
möglich, dass elektrische Leckströme effektiv verhindert werden durch die ersten und
zweiten Zenerdioden, welche parallel verschaltet bzw. verbunden sind in Bezug auf die
EL-Platte (31). Tatsächlich ist der Wirkungsgrad der Lichtemission hoch, weil eine
Ansteuerspannung, welche bezüglich der Polarität umgekehrt ist, an die EL-Platte (31)
angelegt wird, welche eine kapazitive Last ist, und selbst mit einer niedrigen
Gleichstromquellenspannung ist es für die EL-Platte möglich, Licht zu erzeugen, welches über lange
Zeitdauern hell ist. Ebenso ist die Struktur der EL-Platte einfach, weil nur eine Spule
verwendet wird, und es ist möglich, die Kosten niedrig zu halten.
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Diese Erfindung muss nicht auf das oben beschriebene Anwendungsbeispiel begrenzt
werden und verschiedene Abwandlungen und Veränderungen sind möglich. Zum
Beispiel wurde bei dem obigen Anwendungsbeispiel ein Feldeffekttransistor eines MOS-
Typs verwendet als das Schaltelement, jedoch kann auch ein Bipolartransistor verwendet
werden. Des Weiteren wurde eine EL-Platte als die kapazitive Last angesteuert bzw.
getrieben, mit dem obigen Anwendungsbeispiel, jedoch können auch andere kapazitive
Lasten getrieben bzw. angesteuert werden.
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Mit der Erfindung, wie oben beschrieben, ist es möglich, beides zu eliminieren, die
elektrischen Leckströme, welche durch diese Schaltungen fließen, und den.
Energieverlust, welcher in die IC-Schaltungs- bzw. Leiterplatte fließt durch die parasitäre
Transistorstruktur, weil Zenerdioden in Serie zu den schaltenden Schaltungen verbunden
werden, welche mit beiden Seiten der kapazitiven Last verbunden sind.