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DE1072653B - Circuit arrangement for switching high electrical voltages with the aid of two or more switching transistors in a row - Google Patents

Circuit arrangement for switching high electrical voltages with the aid of two or more switching transistors in a row

Info

Publication number
DE1072653B
DE1072653B DENDAT1072653D DE1072653DA DE1072653B DE 1072653 B DE1072653 B DE 1072653B DE NDAT1072653 D DENDAT1072653 D DE NDAT1072653D DE 1072653D A DE1072653D A DE 1072653DA DE 1072653 B DE1072653 B DE 1072653B
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
transistors
transistor
switching
base
voltage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DENDAT1072653D
Other languages
German (de)
Inventor
Eutmgen Dr rer nat Werner Schiebeier (Bad)
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Alcatel Lucent Deutschland AG
Original Assignee
Standard Elektrik Lorenz AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Publication date
Publication of DE1072653B publication Critical patent/DE1072653B/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/10Modifications for increasing the maximum permissible switched voltage

Landscapes

  • Electronic Switches (AREA)

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Schalten hoher elektrischer Spannungen mit Hilfe von Transistoren.The invention relates to a circuit arrangement for switching high electrical voltages with the help of transistors.

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.In electronics, transistors have proven themselves as on-off switches. Is particularly advantageous the low internal resistance of the transistor in the open state. By its nature it is However, transistor is only suitable for switching relatively low voltages. The reason for that lies in the relatively low collector reverse voltage of today's known transistors; depending on the type of transistor, this is between 10 'and 80 volts.

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.To switch to voltages that are higher than the collector reverse voltage of the transistor type used As is well known, it is now possible to put two or more transistors in series. Because those connected in series It is difficult to control transistors at the same time because their emitters are on different ones Potentials are, the arrangement has already been made so that only one of the transistors the series circuit is controlled, while the other transistors of this series circuit be controlled as a result of the control of the first transistor.

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.Because of the connection of the transistors to the voltage sources for the base or the collector caused by this series connection, z. B. with transistors of the pnp type in the blocked state a high positive base voltage, which for some Transistors is harmful.

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.Furthermore, in the known circuits, the use of a voltage divider for the task that controlled bases of the series-connected transistors in the blocking state to the potential of the associated To put emitter, disadvantageous, since the size of the partial resistances of the voltage divider of the Load, which is connected downstream of the series connection of the transistors, depends. With a low-resistance load the size of the partial resistance between the base and negative potential is therefore limited upwards.

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.The invention is based on the object of specifying a circuit which causes the Bases of the transistors a tolerable voltage for this is applied in the off state and which of is independent of the above limitation.

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 SchaltenThe invention relates to a circuit arrangement for switching high voltages with the help of two or more switching transistors in series, only one of which is at the base is controlled, while the other transistors with their bases so via voltage dividers at constant Voltages are that in the blocking state the base potential is equal to or more positive than the Po circuit arrangement for switching

hoher elektrischer Spannungenhigh electrical voltages

mit Hilfe von zwei oder mehrwith the help of two or more

in Reihe liegenden Schalttransistorenswitching transistors in series

Anmelder:
Standard Elektrik Lorenz
Applicant:
Standard electrical system Lorenz

Aktienges ells chaf t,Aktiengesellschaft,

Stuttgart-Zuff enhausen,Stuttgart-Zuff enhausen,

Hellmuth-Hirth-Str. 42Hellmuth-Hirth-Str. 42

Dr. rer. nat. Werner Schiebeler, Eutingen (Bad.),
ist als Erfinder genannt worden
Dr. rer. nat. Werner Schiebeler, Eutingen (Bad.),
has been named as the inventor

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.potential of the associated emitter, and that when the controlled transistor opens, the rest Transistors are also opened. According to the invention is the partial resistance of the voltage divider between base and negative potential terminal by a series connection of diode and low resistance Resistance bridged.

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.The switching arrangement according to the invention makes the use of a special voltage source superfluous for the bases of the non-activated transistors, which is then of particular advantage, if the required voltage source is otherwise not available in the circuit.

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 zeigtThe invention is explained in more detail with reference to FIGS. 1 to 3, for example. The ones shown here Cases relate to transistors of the pnp type, as they are preferably used today find, apply mutatis mutandis to those of the npn type. It shows

Fig. 1 eine bekannte Reihenschaltung von Transistoren mit Ansteuerung über nur einen Transistor,1 shows a known series connection of transistors with control via just one transistor,

Fig. 2 eine Abänderung der Anordnung nach Fig. 1, dahingehend, daß für den nicht angesteuerten Transistor eine eigene Basisspannungsquelle vorgesehen ist,FIG. 2 shows a modification of the arrangement according to FIG. 1, to the effect that for the transistor that is not activated a separate base voltage source is provided,

Fig. 3 eine Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung. 3 shows a circuit arrangement according to the invention.

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. ZumIn the circuit arrangement shown in FIG. 1, the voltage t / 3 , which is assumed to be −160 1 VoIt, for example, is the voltage to be switched. The collector reverse voltage of the available transistor type is assumed to be 80 volts. To the

909 708/197909 708/197

Schalten der Spannung U3 sind also mindestens zwei in Reihe geschaltete Transistoren T2 und T3 erforderlich. R stellt den Verbraucher dar.Switching the voltage U 3 therefore requires at least two series-connected transistors T 2 and T 3 . R represents the consumer.

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.As can be seen from the circuit, only the transistor T 2 is driven at its base, that is, the signal for opening or blocking is only supplied to it directly. For this purpose, the control transistor T 1 is provided, which is generally required for preamplifying the control voltage U 1 , which in the present example can fluctuate between -12 and 0 volts. As long as U 1 is sufficiently negative, transistor T 1 remains open and transistor T 2 is blocked. As a result, no base current flows through the resistor i? 4 and the transistor T 2 . If, however, the voltage U 1 approaches 0 volts, the transistor T 1 is blocked, and via the resistor 7? 4 and the transistor T 2 , a base current can flow, which opens the transistor T 2.

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.The transistor T 3 , the emitter of which is connected to the collector of the transistor T 2 , has its base connected to the constant voltage U 2 via the resistor R 6 . As long as the transistor T 2 is open, ie has a low resistance, the emitter of the transistor T 3 is approximately at zero voltage. A base current can therefore flow through the transistor T 3 via the resistor R 6 , which is thereby opened. Since both transistors are now open, the consumption resistance flows through i? £ the full stream.

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. When the transistor T 2 is turned off via the transistor T 1 by sufficiently changing the control voltage U 1 in the negative direction, the emitter of the transistor T is brought to a voltage 3, which causes the blocking of the transistor T3.

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 Rs sind wesentlich kleiner als die kleinstmöglichen Sperrwiderstände der Transistoren, so daß die Sperrwiderstände keinen merklichen Einfluß auf die Spannungsteilung haben.So that the transistors T 2 and T 3 are not loaded with unequal voltages in the blocking case as a result of unequal blocking resistances, they are bridged by the resistors R 7 and R 8, which are generally equal to one another. R 7 and R s are much smaller than the smallest possible blocking resistances of the transistors, so that the blocking resistances have no noticeable influence on the voltage division.

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.In the circuit according to FIG. 1, the transistor T 3 receives a base voltage U 5 = −12 - (−80) = + 68VoIt in the blocked state. Some transistors cannot tolerate such a high positive base voltage. In order to avoid these difficulties, one can, as the arrangement according to FIG. B. provide a constant voltage source CZ 4 = -75 volts. When the transistor T 2 is blocked, the transistor T 3 only receives a base bias voltage U 23 = -75- (-80) = +5 volts.

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 Ra überbrückt. Die Basisspannung wird daher im Sperrfall des Transistors T3 durch den Spannungsteiler Rg, R10 bestimmt und beträgt bei den in der Schaltung angegebenen WiderstandswertenIf, however, a separate voltage source U 1 is to be avoided, the high positive base bias in the blocking case of the transistor T 3 can , according to the invention, be avoided by the circuit arrangement shown in FIG. The circuit arrangement according to FIG. 3 corresponds by and large to the circuit arrangement according to FIG. 1. Identical parts are therefore provided with the same reference numerals. In addition to the known circuit arrangement, a diode D 1 is connected in series with the resistor R 6 and this resistor-diode path is bridged by the resistor R 10. Furthermore, the base-emitter path of the transistor T 3 is bridged by the resistor R a. When the transistor T 3 is blocked, the base voltage is therefore determined by the voltage divider R g , R 10 and is at the resistance values specified in the circuit

-12—(—80)
11
-12 - (- 80)
11

ί+6 Volt.ί + 6 volts.

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.In the blocking case, the path via the resistor R 6 through the diode D 1 is blocked. However, if the transistor T 2 is opened, the voltage at the emitter of the transistor T 3 changes from -80 volts to 0 \ r olt, so that a base current flows through the diode D 1 and the resistor R 6 and thus the transistor T 3 can open. In the case of opening, the resistors R 9 and R 10 are irrelevant.

Reichen zum Schalten einer hohen Spannung zwei Transistoren nicht aus, so lassen sich auch in diesem Falle drei oder mehr Transistoren hintereinanderschalten. If two transistors are not sufficient to switch a high voltage, this can also be used Trap three or more transistors connected in series.

Claims (1)

PatENTANSPBUCH:PATENT APPLICATION: 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.Circuit arrangement for switching high voltages using two or more in Series lying switching transistors, of which only one is controlled at the base, while the remaining transistors with their bases are connected to constant voltages via voltage dividers, that in the blocking state the base potential is equal to or more positive than the potential of the associated The emitter is, and that when the controlled transistor opens, the remaining transistors are also opened, characterized in that the partial resistance of the voltage divider between Base and negative potential terminal through a series connection of diode and low resistance Resistance is bridged. In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1 020673, 1 025 449.
Considered publications:
German Auslegeschriften No. 1 020673, 1 025 449.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings © 909708/197 12.59© 909708/197 12.59
DENDAT1072653D 1958-04-26 Circuit arrangement for switching high electrical voltages with the aid of two or more switching transistors in a row Pending DE1072653B (en)

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DE1025449B (en) * 1956-02-29 1958-03-06 Raymond Chollet Transistor switching device with high switching capacity

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