DE1090717B

DE1090717B - Circuit arrangement for a transistor switching stage

Info

Publication number: DE1090717B
Application number: DEST14520A
Authority: DE
Inventors: Hans-Ulrich Knauer
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1958-12-04
Filing date: 1958-12-04
Publication date: 1960-10-13

Description

In der Fernmeldetechnik ist es bekannt, Relais, die irgendwelche Vorgänge auslösen oder Stromkreise schalten sollen, nicht unmittelbar an die Steuerleitung anzuschalten, sondern die sogenannten Röhrenrelais einzusetzen, die aus der Kombination einer Elektronenröhre und eines Relais bestehen. In den Anodenkreis der Röhre ist das Relais eingefügt. Im Ruhezustand ist der Anodenstrom durch eine Gittervorspannung gesperrt und somit das. Relais nicht erregt. Durch Gitterbeeinflussung, z. B. durch eine transformatorisch zugeführte Wechselspannung, wird im Anodenkreis ein Strom hervorgerufen, der das Relais erregt. Über die Kontakte des Relais werden dann die verschiedensten Schaltvorgänge ausgelöst. Auf diese Weise können mit verhältnismäßig geringen Spannungen bzw. Strömen die Relais geschaltet werden. So kann beispielsweise die Steuerung des Relais durch eine Fotozelle erfolgen.In telecommunications technology, it is known to have relays that trigger certain processes or circuits should not switch directly to the control line, but rather the so-called tube relays use, which consist of the combination of an electron tube and a relay. In the anode circle the relay is inserted into the tube. In the quiescent state, the anode current is through a grid bias locked and thus the relay not energized. By influencing the grid, e.g. B. by a transformer supplied AC voltage, a current is generated in the anode circuit, which the relay excited. A wide variety of switching processes are then triggered via the contacts of the relay. To this The relays can be switched with relatively low voltages or currents. For example, the relay can be controlled by a photocell.

An Stelle der Hochvakuumröhren finden auch Gasentladungsröhren in entsprechender Schaltung Verwendung. Bei diesen Röhren ist der Spannungsabfall in der Röhre im gezündeten Zustand sehr niedrig und unabhängig von der Stromstärke. Praktisch steht daher die gesamte Anodenspannung für das zu steuernde Relais zur Verfügung. Es können daher auch ohne weiteres robuste Relais geschaltet werden. Die Gasentladungsröhren weisen aber eine Eigenart auf, die ihre Verwendung manchmal einschränkt. Nach der Zündung kann die Röhre nicht mehr von selbst erlöschen, auch wenn die steuernde Gitterspannung abgeschaltet ist. Die Löschung der Röhre muß daher durch besondere Maßnahmen erreicht werden. Ein anderer Nachteil der Gasentladungsröhren liegt in den erforderlichen hohen Betriebsspannungen begründet, die nicht immer zur Verfügung stehen bzw. aus anderen Gründen, wie z. B. aus Gründen der Funkensicherheit in explosionsgefährdeten Räumen, nicht angewendet werden· können.In place of the high vacuum tubes, gas discharge tubes are also used in a corresponding circuit. With these tubes, the voltage drop in the tube in the ignited state is very low and regardless of the current strength. In practice, therefore, the entire anode voltage represents that to be controlled Relays available. Robust relays can therefore also be switched without further ado. The gas discharge tubes but have a quirk that sometimes limits their use. After Ignition, the tube can no longer go out by itself, even if the controlling grid voltage is switched off is. The extinction of the tube must therefore be achieved by special measures. A Another disadvantage of gas discharge tubes is the high operating voltages required, which are not always available or for other reasons, such as B. for reasons of spark safety cannot be used in potentially explosive areas.

Eine Verbesserung brachte die Verwendung von Transistoren an Stelle der Röhren. Bei diesen Schaltelementen kann mit wesentlich geringeren Spannungen gearbeitet werden. Die Erfindung befaßt sich mit einer Schaltungsanordnung, die Transistoren enthält und bei der durch Anlegen einer Steuerspannung im Basiskreis der Transistor vom Sperrzustand in den leitenden Zustand gesteuert wird. Im Kollektorkreis des Transistors wird dadurch ein Relais geschaltet. Derartige Transistoranordnungen weisen aber noch den Nachteil auf, daß der Transistor gegenüber Temperaturschwankungen empfindlich ist und daß es aus diesem Grunde zu Fehlschaltungen· kommen kann. Außerdem sind die bekannten Transistorschaltungen empfindlich gegenüber Schwankungen der Steuerspannung. Dies fällt besonders dann ins Gewicht, wenn Schaltungsanordnung
für eine Transistor-SchaltstufeOne improvement was the use of transistors instead of tubes. With these switching elements it is possible to work with significantly lower voltages. The invention is concerned with a circuit arrangement which contains transistors and in which the transistor is controlled from the blocking state to the conducting state by applying a control voltage in the base circuit. This switches a relay in the collector circuit of the transistor. However, such transistor arrangements still have the disadvantage that the transistor is sensitive to temperature fluctuations and that for this reason incorrect switching can occur. In addition, the known transistor circuits are sensitive to fluctuations in the control voltage. This is particularly important when arranging circuitry
for a transistor switching stage

Anmelder:
Standard Elektrik LorenzApplicant:
Standard electrical system Lorenz

Aktiengesellschaft,Corporation,

Stuttgart-Zuffenhausen,Stuttgart-Zuffenhausen,

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

Hans-Ulrich Knauer, Kornwestheim (Würti),
ist als Erfinder genannt wordenHans-Ulrich Knauer, Kornwestheim (Würti),
has been named as the inventor

lange Steuerleitungen mit schwankenden Widerstandswerten an die Transistorschaltung angeschlossen sind, wie es z. B. in Fernsprechanlagen der Fall sein kann, wenn die Transistorschaltung zur Aufnahme der Wählimpulse dienen soll. Es kommt hier noch die Forderung hinzu, daß neben der nötigen Steilheit der Schaltstufe keine Impulsverzerrungen hervorgerufen werden sollen.long control lines with fluctuating resistance values are connected to the transistor circuit, how it z. B. in telephone systems can be the case when the transistor circuit for receiving the Dialing pulses should serve. There is also the requirement that, in addition to the necessary steepness, the Switching stage no pulse distortions should be caused.

Diese Forderungen werden erfindungsgemäß dadurch erfüllt, daß im Ruhezustand an Emitter und Basis des Transistors über einen Spannungsteiler, der zwischen den Polen einer Spannungsquelle liegt und von dem ein Glied zwischen Emitter und Kollektor des Transistors angeordnet ist, eine auch bei Temperaturschwankungen den Transistor mit Sicherheit sperrende Potentialverteilung herrscht und daß in den vom Spannungsteiler zum Kollektor führenden Abzweig die Arbeitswicklung des zu schaltenden Relais und in einen weiteren, vom gleichen Punkt zu dem einen Pol der Spannungsquelle führenden Abzweig eine den Schwellwert für das Ansprechen des Relais bestimmende Gegenswicklung des Relais eingefügt ist, deren Erregung nach der Aussteuerung des Transistors durch die dabei auftretende Potentialverschiebung am Spannungsteiler herabgesetzt wird.According to the invention, these requirements are met in that, in the idle state, the emitter and Base of the transistor via a voltage divider, which is between the poles of a voltage source and one element of which is arranged between the emitter and collector of the transistor, one also in the event of temperature fluctuations the transistor with security blocking potential distribution prevails and that in the The branch leading from the voltage divider to the collector is the working winding of the relay to be switched and into another branch leading from the same point to one pole of the voltage source an opposing winding of the relay that determines the threshold value for the response of the relay is inserted, their excitation after the transistor has been driven by the potential shift that occurs in the process is reduced at the voltage divider.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sei nachstehend an Hand der Zeichnung erläutert. Ein Spannungsteiler, der aus den drei Gliedern Rl₁ R2, R3 besteht, wird von der Betriebsspannung U_B gespeist. Das mittlere Glied des Spannungsteilers, d. h. der Widerstand R2, ist zwischen den Emitter und Kollektor des Transistors T eingefügt. An der Basis des Transistors liegt über den Widerstand R 5 positives Potential der Betriebsspannung. Das Potential am Emitter, d. h. das zwischen den Widerständen R1 und R2 liegende Potential, ist wesentlich negativer alsAn embodiment of the invention is explained below with reference to the drawing. A voltage divider, which consists of the three elements Rl ₁ R2, R3 , is fed by the operating voltage U _B. The middle element of the voltage divider, ie the resistor R2, is inserted between the emitter and collector of the transistor T. At the base of the transistor there is a positive potential of the operating voltage via the resistor R 5. The potential at the emitter, ie the potential between the resistors R 1 and R2 , is significantly more negative than

009 627/288009 627/288

das Potential an der Basis. Der Transistor ist daher im Ruhezustand gesperrt. Die Werte der Widerstände und- damit die Spannung zwischen Basis und Emitter sind so gewählt, daß Temperatureinflüsse auf den Transistor ausgeschaltet sind und der Transistor T auch bei starken Temperaturschwankungen nicht von selbst in den leitenden Zustand gelangt. Durch diese Anordnung erhält die Transistorschaltung außerdem eine größere Steilheit, d. h., unterhalb eines bestimmten Wertes der Steuerspannung sperrt der Transistor noch mit Sicherheit, während er beim Überschreiten dieses Wertes sprungartig seinen Schaltzustand ändert und leitend wird.the potential at the base. The transistor is therefore blocked in the idle state. The values of the resistors and- thus the voltage between base and emitter are chosen so that temperature influences on the The transistor are switched off and the transistor T is not switched off even in the event of strong temperature fluctuations even gets into the conductive state. This arrangement also provides the transistor circuit a greater steepness, d. That is, below a certain value of the control voltage, the transistor blocks with certainty, while it suddenly changes its switching state when this value is exceeded and becomes leading.

An den zwischen den Widerständen R2 und R3 des Spannungsteilers liegenden Punkt ist einerseits die Arbeitswicklung I des Relais A angeschlossen. Dieser Abzweig führt weiter zum Kollektor des Transistors. Andererseits ist an demselben Punkt des Spannungsteilers auch noch die Wicklung II des Relais A angeschlossen. Die Verbindung führt von hier aus weiter über den Widerstand i?4 zur positiven Klemme der Betriebsspannungsquelle U_B. Diese Wicklung II ist zur Arbeitswicklung I des Relais gegensinnig gewickelt. Sie ist dauernd erregt, doch reicht im Ruhezustand diese Erregung nicht aus, um das Relais A zum Ansprechen zu bringen. Besonders vorteilhaft ist diese Anordnung bei einem polarisierten Relais, z. B. Telegraphenrelais.On the one hand, the working winding I of the relay A is connected to the point lying between the resistors R2 and R3 of the voltage divider. This branch leads on to the collector of the transistor. On the other hand, winding II of relay A is also connected to the same point of the voltage divider. The connection continues from here via the resistor i? 4 to the positive terminal of the operating voltage source U _B. This winding II is wound in opposite directions to the working winding I of the relay. It is constantly excited, but in the idle state this excitation is not sufficient to make relay A respond. This arrangement is particularly advantageous in the case of a polarized relay, e.g. B. Telegraph Relay.

Um den Transistor auszusteuern, wird an seine Basis die Steuerspannung Ug durch den Schalter 5¹ angelegt. Die Steuerleitung kann verhältnismäßig lang und der Schalter S verhältnismäßig weit vom Transistor T entfernt sein. Als Beispiel seien hier nochmals die bereits erwähnten Fernsprechleitungen genannt.In order to control the transistor, the control voltage Ug is applied to its base by the switch 5 ¹ . The control line can be relatively long and the switch S relatively far away from the transistor T. The telephone lines already mentioned are again mentioned here as an example.

Durch Schließen des Schalters 6" tritt an der Basis des Transistors ein solches negatives Potential auf, daß infolge der jetzt zwischen Basis und Emitter liegenden Spannung der Transistor in den leitenden Zustand gesteuert wird. Dadurch wird die Emitter-Kol-Iektor-Strecke niederohmig, und der Widerstand R 2 des Spannungsteilers wird jetzt durch die Emitter-Kollektor-Strecke und die Arbeitswicklung I des Relais A überbrückt. Der Kollektorstrom durchfließt die Arbeitswicklung I des Relais A. Die hier hervorgerufene Erregung überwiegt die Grunderregung der Gegenwicklung II, so daß das Relais A anzieht. Die Gegenwicklung bildet einen Schwellwert für das Ansprechen des Relais. Das Relais spricht also auf kleine Spannungsstöße, die z. B. durch Störungen in der Steuerleitung u. dgl. auftreten können, nicht an.By closing switch 6 ″, such a negative potential occurs at the base of the transistor that, as a result of the voltage now lying between the base and emitter, the transistor is switched to the conductive state the resistance R 2 of the voltage divider is now bridged by the emitter-collector path and the working winding I of the relay A. the collector current flowing through the working winding I of relay A. the evoked here excitation outweighs the basic excitation of the counter-wound II, so that the relay A The counter-winding forms a threshold value for the relay to respond, so the relay does not respond to small voltage surges that can occur, for example, due to faults in the control line and the like.

Durch die Aussteuerung des Transistors ist, wie erwähnt, die Wicklung I des Relais ^i dem Spannungsteilerwiderstand R2 parallel geschaltet worden. Dadurch erfolgt am Spannungsteiler eine Potentialverschiebung. Diese Potentialverschiebung wirkt sich an dem Anschaltepunkt für die Wicklungen des Relais A derart aus, daß die Gegenerregung eine Verminderung erfährt. Das Relais zieht deswegen gut durch und bleibt in der Folgezeit auch bei großen Schwankungen der S teuer spannung Ug mit Sicherheit gehalten. Zwischen Basis und Kollektor des Transistors ist ein Kondensator C eingefügt, der gegebenenfalls regelbar sein kann. Er dient gleichzeitig als Ladekondensator für die Steuerspannung C/_s und bewirkt zwar eine geringe zeitliche Verschiebung des aufgenommenen Impulses, jedoch wird durch ihn keine Verzerrung hervorgerufen. Es sind somit durch die Schaltung die beiden eingangs aufgestellten Forderungen, nämlich Temperaturunabhängigkeit und Unempfindlichkeit gegen Schwankungen der Steuerspannung, erfüllt.By modulating the transistor, as mentioned, the winding I of the relay ^ i has been connected in parallel to the voltage divider resistor R2. This results in a potential shift at the voltage divider. This potential shift has an effect at the connection point for the windings of relay A in such a way that the counter-excitation is reduced. This means that the relay pulls through well and is reliably maintained in the subsequent period even in the event of large fluctuations in the expensive voltage Ug. A capacitor C , which can optionally be regulated, is inserted between the base and collector of the transistor. It also serves as a charging capacitor for the control voltage C / _s and although it causes a slight time shift in the recorded pulse, it does not cause any distortion. The two requirements set out at the beginning, namely temperature independence and insensitivity to fluctuations in the control voltage, are thus met by the circuit.

Claims

PATENT CLAIM:

Circuit arrangement for a transistor switching stage in which the transistor is switched from the blocking state to the conducting state by applying a control voltage in the base circuit, characterized in that in the idle state at the emitter and base of the transistor (T) via a voltage divider (Rl, R2, R3 ), which lies between the poles of a voltage source (U _B ) and of which a member (i? 2) is arranged between the emitter and collector of the transistor, there is a potential distribution that will certainly block the transistor even in the event of temperature fluctuations and that in the voltage divider to the Collector branch leading to the working winding (I) of the relay to be switched (A) and in another branch leading from the same point to one pole of the voltage source (U _B ) a counter winding (II) of the which determines the threshold value for the response of the relay Relay is inserted, the excitation of which after the control of the transistor due to the potential shift that occurs is reduced at the voltage divider.

1 sheet of drawings