DE1072653B - Schaltungsanordnung zum Schalten hoher elektrischer Spannungen mit Hilfe von zwei oder mehr m Reihe liegenden Schalttransistoren - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Schalten hoher elektrischer Spannungen mit Hilfe von Transistoren.

In der Elektronik haben sich Transistoren als Ein-Aus-Schalter bewährt. Besonders vorteilhaft ist dabei der geringe Innenwiderstand des Transistors im geöffneten Zustand. Von seiner Natur her ist der Transistor jedoch nur für die Schaltung relativ niedriger Spannungen geeignet. Der Grund hierfür liegt in der relativ niedrigen Kollektor-Sperrspannung der heute bekannten Transistoren; diese liegt je nach Typ des Transistors zwischen 10' und 80 Volt.

Um Spannungen, die höher als die Kollektor-Sperrspannung des verwendeten Transistortyps sind, schalten zu können, kann man nun bekanntlich zwei oder mehr Transistoren in Reihe legen. Da die in Reihe geschalteten Transistoren nur schlecht gleichzeitig angesteuert werden können, da ihre Emitter auf unterschiedlichen Potentialen liegen, hat man die Anordnung auch schon so getroffen, daß nur einer der Transistoren der Reihenschaltung angesteuert wird, während die übrigen Transistoren dieser Reihenschaltung infolge der Ansteuerung des ersten Transistors mitgesteuert werden.

Wegen der durch diese Reihenschaltung bedingten Anschaltung der Transistoren an die Spannungsquellen für die Basis bzw. den Kollektor entsteht z. B. bei Transistoren vom pnp-Typ im gesperrten Zustand eine hohe positive Basisspannung, die für manche Transistoren schädlich ist.

Ferner ist bei den bekannten Schaltungen die Verwendung eines Spannungsteilers für die Aufgabe, die angesteuerten Basen der in Reihe geschalteten Transistoren im Sperrzustand auf das Potential der zugehörigen Emitter zu legen, nachteilig, da die Größe der Teilwiderstände des Spannungsteilers von der Last, die der Reihenschaltung der Transistoren nachgeschaltet ist, abhängig. Bei einer niederohmigen Last ist daher die Größe des Teilwiderstandes zwischen Basis und negativem Potential nach oben beschränkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung anzugeben, welche bewirkt, daß an den Basen der Transistoren eine für diese erträgliche Spannung im Sperrzustand anliegt und welche von der obigen Beschränkung unabhängig ist.

Gegenstand der Erfindung ist eine Schaltungsanordnung zum Schalten von hohen Spannungen mit Hilfe von zwei oder mehr in Reihe liegenden Scbalttransistoren, von denen nur einer an der Basis angesteuert wird, während die übrigen Transistoren mit ihren Basen so über Spannungsteiler an konstanten Spannungen liegen, daß im Sperrzustand das Basispotential gleich dem oder positiver als das Po-Schaltungsanordnung zum Schalten

hoher elektrischer Spannungen

mit Hilfe von zwei oder mehr

in Reihe liegenden Schalttransistoren

Anmelder:
Standard Elektrik Lorenz

Aktienges ells chaf t,

Stuttgart-Zuff enhausen,

Hellmuth-Hirth-Str. 42

Dr. rer. nat. Werner Schiebeler, Eutingen (Bad.),
ist als Erfinder genannt worden

tential des zugehörigen Emitters ist, und daß beim Öffnen des angesteuerten Transistors die übrigen Transistoren ebenfalls geöffnet werden. Erfindungsgemäß ist der Teilwiderstand des Spannungsteilers zwischen Basis und negativer Potentialklemme durch eine Reihenschaltung von Diode und niederohmigem Widerstand überbrückt.

Die Schaltanordnung gemäß der Erfindung macht die Verwendung einer besonderen Spannungsquelle für die Basen der nicht angesteuerten Transistoren überflüssig, was dann von besonderem Vorteil ist, wenn die erforderliche Spannungsquelle in der Schaltung sonst nicht vorhanden ist.

Die Erfindung wird an Hand der Fig. 1 bis 3 beispielsweise näher erläutert. Die hier dargestellten Fälle beziehen sich dabei auf Transistoren vom pnp-Typ, wie sie heute vorzugsweise Verwendung finden, gelten sinngemäß aber auch für solche vom npn-Typ. Es zeigt

Fig. 1 eine bekannte Reihenschaltung von Transistoren mit Ansteuerung über nur einen Transistor,

Fig. 2 eine Abänderung der Anordnung nach Fig. 1, dahingehend, daß für den nicht angesteuerten Transistor eine eigene Basisspannungsquelle vorgesehen ist,

Fig. 3 eine Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung.

In der in Fig. 1 gezeigten Schaltungsanordnung ist die Spannung t/₃, die beispielsweise mit — 160¹VoIt angenommen ist, die zu schaltende Spannung. Die Kollektor-Sperrspannung des zur Verfügung stehenden Transistortyps ist mit 80· Volt angenommen. Zum

909 708/197

Schalten der Spannung U₃ sind also mindestens zwei in Reihe geschaltete Transistoren T₂ und T₃ erforderlich. R stellt den Verbraucher dar.

Wie aus der Schaltung zu ersehen ist, wird nur der Transistor T₂ an seiner Basis angesteuert, d. h. nur ihm unmittelbar das Signal zum öffnen oder Sperren zugeführt. Hierzu ist der Steuertransistor T₁ vorgesehen, der im allgemeinen zur Vorverstärkung der Steuerspannung U₁, die im vorliegenden Beispiel zwischen —12 und 0 Volt schwanken kann, erforderlieh ist. Solange U₁ genügend negativ ist, bleibt der Transistor T₁ geöffnet und der Transistor T₂ gesperrt. Folglich fließt kein Basisstrom über den Widerstand i?₄ und den Transistor T₂. Geht jedoch die Spannung U₁ gegen 0 Volt, so wird der Transistor T₁ gesperrt, und über den Widerstand 7?₄ und den Transistor T₂ kann ein Basisstrom fließen, welcher den Transistor T₂ öffnet.

Der Transistor T₃, dessen Emitter mit dem Kollektor des Transistor T₂ verbunden ist, liegt mit seiner Basis über den Widerstand R₆ an der konstanten Spannung U₂. Solange der Transistor T₂ geöffnet, d. h. niederohmig ist, liegt der Emitter des Transistors T₃ annähernd auf Spannung Null. Über den Widerstand R₆ kann daher ein Basisstrom durch den Transistor T₃ fließen, welcher hierdurch geöffnet wird. Da nun beide Transistoren geöffnet sind, fließt über den Verbrauchs wider stand i?_£ der volle Strom.

Wenn der Transistor T₂ über den Transistor T₁ durch genügendes Verändern der Steuerspannung U₁ in negativer Richtung gesperrt wird, so wird der Emitter des Transistors T₃ auf eine Spannung gebracht, welche die Sperrung des Transistors T₃ bewirkt.

Damit die Transistoren T₂ und T₃ im Sperrfall infolge ungleicher Sperrwiderstände nicht mit ungleichen Spannungen belastet werden, sind sie durch die im allgemeinen einander gleich großen Widerstände R₇ und R₈ überbrückt. R₇ und R_s sind wesentlich kleiner als die kleinstmöglichen Sperrwiderstände der Transistoren, so daß die Sperrwiderstände keinen merklichen Einfluß auf die Spannungsteilung haben.

Bei der Schaltung gemäß Fig. 1 erhält der Transistor T₃ im gesperrten Zustand eine Basisspannung U₅=—12—(—80)=+68VoIt. Manche Transistoren vertragen eine derartig hohe positive Basisspannung nicht. Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden, kann man, wie die Anordnung nach Fig. 2 zeigt, z. B. eine konstante Spannungsquelle CZ₄=—75 Volt vorsehen. Bei der Sperrung des Transistors T₂ erhält der Transistor T₃ nur noch eine Basisvorspannung U₂₃= -75- (-80) = +5 Volt.

Will man jedoch eine gesonderte Spannungsquelle U₁ vermeiden, so läßt sich die hohe positive Basisvorspannung im Sperrfall des Transistors T₃, gemäß der Erfindung, durch die in Fig. 3 dargestellte Schaltungsanordnung vermeiden. Die Schaltungsanordnung nach Fig. 3 entspricht im großen und ganzen der Schaltungsanordnung nach Fig. 1. Gleiche Teile sind daher mit gleichen Bezugszeichen versehen. Zusätzlich zu der bekannten Schaltungsanordnung ist in Reihe mit dem Widerstand R₆ eine Diode D₁ geschaltet sowie diese Widerstands-Dioden-Strecke durch den Widerstand R₁₀ überbrückt. Ferner ist die Basis-Emitter-Strecke des Transistors T₃ durch den Widerstand R_a überbrückt. Die Basisspannung wird daher im Sperrfall des Transistors T₃ durch den Spannungsteiler R_g, R₁₀ bestimmt und beträgt bei den in der Schaltung angegebenen Widerstandswerten

-12—(—80)
11

ί+6 Volt.

Im Sperrfall ist der Weg über den Widerstand R₆ durch die Diode D₁ gesperrt. Wird jedoch der Transistor T₂ geöffnet, so verändert sich die Spannung am Emitter des Transistors T₃ von — 80 Volt auf 0 \^rolt, so daß ein Basisstrom über die Diode D₁ und den Widerstand R₆ fließt und damit den Transistor T₃ öffnen kann. Im Öffnungsfall sind die Widerstände R₉ und R₁₀ ohne Bedeutung.

Reichen zum Schalten einer hohen Spannung zwei Transistoren nicht aus, so lassen sich auch in diesem Falle drei oder mehr Transistoren hintereinanderschalten.

Claims (1)

1. PatENTANSPBUCH:

   Schaltungsanordnung zum Schalten von hohen Spannungen mit Hilfe von zwei oder mehr in Reihe liegenden Schalttransistoren, von denen nur einer an der Basis angesteuert wird, während die übrigen Transistoren mit ihren Basen so über Spannungsteiler an konstanten Spannungen liegen, daß im Sperrzustand das Basispotential gleich dem oder positver als das Potential des zugehörigen Emitters ist, und daß beim Öffnen des angesteuerten Transistors die übrigen Transistoren ebenfalls geöffnet werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilwiderstand des Spannungsteilers zwischen Basis und negativer Potentialklemme durch eine Reihenschaltung von Diode und niederohmigem Widerstand überbrückt wird.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Auslegeschriften Nr. 1 020673, 1 025 449.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   © 909708/197 12.59