DE1020672B

DE1020672B - Schaltung zum Ein- und Ausschalten des Stromes durch eine induktive Impedanz

Info

Publication number: DE1020672B
Application number: DEN9783A
Authority: DE
Inventors: Johannes Wilhelmus Ma Adrianus; Hendrik Van De Weg; Wilhelmus Antonius Jos Zwijsen
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1954-11-19
Filing date: 1954-11-19
Publication date: 1957-12-12
Also published as: US3084263A; FR1135638A; GB789478A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zum Ein- und Ausschalten des Stromes durch eine vorwiegend induktive Impedanz, ζ. Β. eine statische magnetische Kippschaltung, mittels eines Grenzschichttransistors, in dessen Kollektor-Emitter-Kreis die Impedanz eingeschaltet ist.

Bekanntlich werden statische magnetische Kippschaltungen unter anderem zur Aufzeichnung kodierter Informationen verwendet, wobei die Information durch den Remanenzzustand des ferromagnetischen Materials bestimmt ist. Mittels Stromimpulsen, die durch mindestens eine mit dem ferromagnetischen Kreis gekoppelte Eingangswicklung hindürcbgeführt werden, kann ein bestimmter, dem Wert »0« oder »1« der kodierten Information entsprechender Remanenzzustand eingestellt werden; »0« wird z. B. durch positive Remanenz, »1« durch negative Remanenz gekennzeichnet. Durch Messung der Spannung, die an einer mit dem Kern gekoppelten Ausgangswicklung, infolge des nächstfolgenden Stromimpulses in der Eingangswicklung, entsteht, kann derRenranenzzustand bestimmt werden, oder mit anderen Worten, die im Kern enthaltene Information kann, wieder abgelesen werden.

Diese Stromimpulse zum Ein- und Ausschalten liegen sehr hoch, während die zur Erregung dieses Stromes erforderliche Spannung mit Rücksicht auf die Selbstinduktion der statischen magnetischen Kippschaltungen einen solchen Wert hat, daß, falls keine besonderen Maßnahmen getroffen werden, die durch den Transistor zu liefernde Leistung größer als die maximal zulässige Leistung ist.

Es sind Schaltungsano-rdnungen bekannt, bei denen in Reihe mit einer Impedanz im Kollektor-Basis-Kreis ein Widerstand liegt, der bewirkt, daß der Spannungsunterschied zwischen der Basis und der Kollektorelektrode bei eingeschaltetem Strom relativ klein ist gegenüber dem Spannungsabfall am Widerstand. Bei diesen mit Wechselstrom betriebenen Schaltungen darf die Linie maximaler Leistung am Transistor aber nicht von der Belastungslinie überschritten werden, da der zur Speisung dienende Wechselstrom die Belastungslinie kontinuierlich durchläuft. Die abgegebene Leistung bleibt bei diesen Schaltungen relativ klein.

Die Erfindung weist nun das Merkmal auf, daß in Reihe mit der Impedanz der Eingangswicklung ein Widerstand geschaltet ist, der so* bemessen ist, daß beim eingeschalteten Strom der Spannungsunterschied zwischen Emitter- und Kollektorelektrode klein ist gegenüber dem Spannungsabfall am Widerstand, wobei di'e an den Widerstand und die statische magnetische Kippschaltung abgegebene Leistung die maximal zulässige Leistung des Transistors bedeutend übersteigt.

Schaltung

zum Ein- und Ausschalten des Stromes
durch eine induktive Impedanz

Anmelder:

N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Niederlande)

Vertreter: Dipl.-Ing. K. Lengner, Patentanwalt,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Hendrik van de Weg,

Adrianus Johannes Wilhelmus Marie van Overbeek und Wilhelmus Antonius Joseph Marie Zwijsen,

Eindhoven (Niederlande),
sind als Erfinder genannt worden

Bei der Schaltungsanordnung nach der Erfindung werden der Widerstand und die statische magnetische Kippschaltung mit Gleichstrom gespeist. Auf diese Weise ist erreicht, daß der Arbeitsbereich des Transistors zwischen den beiden unterhalb der Linie maximaler Leistung liegenden. Arbeitspunkten hin- und herspringt. Da nun der Wechsel des Arbeitspunktes sehr rasch erfolgt, kann die Belastungslinie ohne die Gefahr, daß der Transistor unzulässigen Belastungen ausgesetzt ist, die Linie maximaler Leistung des Transistors überschreiten.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 eine Reihe von Transistorkennlinien, und

Fig. 3, 4 und 5 zeigen andere Ausführungsbeispiele, wobei gleiche Elemente wie in der Fig. 1 mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind.

In Fig. 1 ist eine Schaltung nach der Erfindung dargestellt. Steuerimpulse 1 werden über eine Leitung 2 dem Basiskreis eines Grenzschichttransistors 3 zugeführt. Im Kollektorkreis des Grenzschichttransistors 3 liegt die Eingangswicklung 4 der statischen magnetischen Kippschaltung 5, die aus einem geschlossenen Kern 6 aus ferromagnetischem Material mit hoher Remanenz und annähernd parallelogrammförmiger Hystereseschleife, aus der mit dem Kern 6 gekoppelten Eingangswicklung 4 und aus einer mit dem Kern 6 gekoppelten Ausgangswicklung 7 besteht,

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in Reihe mit dem Widerstand 8 und der Stromquelle 9. Die Wicklungen 4 und 7 können übrigens je aus nur einer Windung bestehen.

In Fig. 2 ist der Kollektorstrom i_c eines Grenzbetrieben wird; diese Leistung W wird nur während der kurzen Übergangszeit, in welcher der Transistor vom Arbeitspunkt α zum Arbeitspunkt d springt, überstiegen. Im Arbeitspunkt d kann der Transistor

der Spannungsabfall über dem Transistor ist klein gegenüber dem Spannungsabfall über dem Widerstand.

Beim Ausschalten des Basisstroms i_b, also beim Rücklauf des Steuerimpulses, sinkt auch der Kollektorstrom i_c wieder herab auf den Endwert, der durch den Arbeitspunkt ft gegeben ist. Es zeigt sich jedoch, daß dieses Herabsinken infolge der in der Basis vor-

schichttransistors als Funktion der Kollektorspannung 5 eine beliebig lange Zeit betrieben werden. Die an die V_c bei verschiedenen Werten des Basisstroms i_b dar- Kippschaltung und den Widerstand abgegebene gestellt. Bei großen Werten des Basisstroms i„ wächst Leistung entspricht im wesentlichen dem Produkt der Kollektorstrom i_c innerhalb einiger Zehntel Volt aus der Speisespannung V_b und dem zum Arbeits-Kollektorspannung V_c bis über 100 mA. Bei hohen Punkt d gehörigen Wert des Kollektorstroms i_c. Diese Werten der Kollelctorspannung V_c ist der Kollektor- i° abgegebene Leistung kann die maximal zulässige strom j_c im wesentlichen ausschließlich durch die Leistung W des Transistors beträchtlich übersteigen; Größe des Basisstroms i_b bedingt. Der schnell ansteigende Zweig p mit einem Differentialwiderstand von
nur wenigen Ohm geht dann in den annähernd waagerechten Zweig q mit einem Differentialwiderstand von 15
mindestens einigen kOhm über.

Setzt man die Spannung der Stromquelle 9 gleich V_b,
den resistiven Widerstand der statischen magnetischen Kippschaltung 5 gleich R₀ und den Wert des
Widerstandes 8 gleich R, so bildet die gestrichelte 20 handenen, aus dem Emitter injektierten Ladung verLinie R₀ +R die Belastungslinie des Transistors, be- zögert wird.

vor der Strom durch die Eingangswicklung 4 einge- Fig. 3 zeigt eine Erweiterung der Erfindung, wobei schaltet wird. R₀ ist im allgemeinen verschwindend dieses Herabsinken beschleunigt wird durch Einklein gegenüber R. schalten einer Sperrspannungsquelle 11 in den Basis-Wenn der Leitung 2 keine Steuerimpulse zugeführt 25 kreis des Transistors 3, die ein Abfließen der gewerden, so daß die Spannung an der Basiselektrode nannten Ladung nach dem Emitter statt nach dem und deshalb auch der Basisstrom. i_b gleich Null sind, Kollektor bewirkt und also im Kollektorkreis ein wird der Transistor 3 im Arbeitspunkt α betrieben, sehr schnelles Herabsinken des Stromes herbeiführt, wobei die Kollektorspannung V_c im wesentlichen der In Fig. 3 wird der Transistor 3 außerdem gesteuert Speisespannung V_b entspricht und der in der Ein- 30 mittels eines Transistors 10, welcher als Vorstufe gangswicklung 4 auftretende Strom i_c fast vernach- benutzt wird. Da der gezeichnete Transistor 10 von lässigbar ist. einem gleichen Leitfähigkeitstyp ist wie der darge-Beim Empfang der Steuerimpulse, also während stellte Transistor 3, ist hier die Basiselektrode des des Hinlaufs dieser Steuerimpulse, steigt die Span- Transistors 3 mit der Emitterelektrode des Trannung an der Basiselektrode und infolgedessen auch 35 sistors 10 verbunden. Beide Transistoren werden von der Basisstrom i_b plötzlich auf einen verhältnismäßig derselben Stromquelle 9 betrieben, hohen' Wert an. Infolgedessen steigt auch der Wenn jedoch die beiden Transistoren von entgegen-Kollektorstrom i_c an, und während dieses Anstiegs gesetztem Leitfähigkeitstyp sind, dann ist die: Basis des Kollektorstroms i_c bildet die Eingangswicklung 4 elektrode des Transistors 3 mit der Kollektorelektrode der Kippschaltung eine beträchtliche Impedanz. Die 40 des als Vorstufe benutzten Transistors 20 verbunden. Geschwindigkeit dieses Anstiegs steht in direktem Eine Schaltungsanordnung, wobei die Transistoren

Verhältnis zur Spannung V_b der Stromquelle 9, und die Größe dieser Spannung V_b ist also durch die Selbstinduktion der Eingangs wicklung und die gewünschte Schaltgeschwindigkeit bedingt.

Wäre jezt kein Widerstand 8 in Reihe mit der Eingangswicklung 4 und der Stromquelle 9 in den Emitter-Kollektor-Kreis des Transistors aufgenommen, dann wird, nachdem i_c seinen Endwert erreicht hat,

von entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp sind, ist in Fig. 4 gezeigt. Auch hier werden beide Transistoren von derselben Stromquelle 9 betrieben. 45 In dem gewählten Beispiel hat das magnetische Feld im Kern 6 der Kippschaltung 5 durch den in der Eingangswicklung 4 fließenden Strom nur eine einzige Richtung. Es ist ersichtlich, daß man zum Erzeugen eines magnetischen Feldes in einer entgegengesetzten

einem Widerstand und einer Stromquelle in den Emitter-Kollektor-Kreis eines weiteren Transistors geschaltet ist.

Es ist aber auch möglich, nur eine mit dem Kern gekoppelte Eingangswicklung in Reihe mit einem Widerstand für beide Richtungen des magnetischen Feldes zu benutzen. In Fig. 5 ist die Eingangswicklung 4 in Reihe mit dem Widerstand 8 sowohl in den

die Belastung des Transistors nur durch R₀ gebildet. 50 Richtung eine weitere Eingangswicklung auf dem Diese Belastung entspricht der in Fig. 2 ebenso mit Kern vorsehen kann, welche ebenso in Reihe mit R₀ angegebenen Belastungslinie. Da R₀, der resistive
Widerstand der Eingangs wicklung 4, im allgemeinen
sehr klein ist, z. B. 1 Ohm oder kleiner, steht diese
Belastungslinie nahezu senkrecht auf der f-'_c.-Achse; 55
der entsprechende Arbeitspunkt des Transistors ist
mit f angegeben.

In Fig. 2 ist durch die Kurve W die maximal zulässige Verlustleistung eines normalen Grenzschichttransistors angegeben" In dem mit f angegebenen Ar- 60 Kollektcr-Emitter-Kreis des Transistors 3 als auch beitspunkt wird also der Transistor stark überlastet. in den Kollektor-Emitter-Kreis des Transistors 3'

Wenn aber, nach der Erfindung, in Reihe mit der aufgenommen. Die beiden Transistoren sind von ent-Eingangswicklung der Widerstand 8 in den Kollektor- gegengesetztem Leitfähigkeitstyp. In den Kollektor-Emitter-Kreis aufgenommen ist, entspricht die Be- Emitter-Kreis des Transistors 3 ist die Stromquelle 9 lastung, nachdem i_c seinen Endwert erreicht hat, der 65 geschaltet, in den Kollektor-Emitter-Kreis des Tranin Fig. 2 mit R+R₀ angegebenen Belastungslinie, sistors 3' ist die Stromquelle 9'geschaltet. Unter der und der Arbeitspunkt des Transistors ist jetzt d. Der Einwirkung positiver, der Leitung 2 zugeführter Widerstand 8 ist derart gewählt, daß in diesem Steuerimpulse erzeugt der Transistor 3 in der Ein-Arbeitspunkt d der Transistor unterhalb seiner gangswicklung Ströme der einen Richtung, und unter durch W dargestellten, maximal zulässigen Leistung 70 der Einwirkung negativer, der Leitung 2 zugeführter

Steuerimpulse erzeugt der Transistor 3' in der Eingangswicklung Ströme der anderen Richtung. Diese Ströme entgegengesetzter Richtung erzeugen also im Kerne magnetischer Felder entgegengesetzter Richtung.

Die Einrichtung nach der Erfindung ist sehr geeignet zur Steuerung statischer magnetischer Kippschaltungen, die zu einer Speichermatrize vereinigt sind, bei der die Kippschaltungen in Reihen und Spalten angeordnet sind. Jede Kippschaltung kann z. B. für jede Richtung des im Kerne auftretenden magnetischen Feldes zwei Eingangswicklungen aufweisen, von denen eine mit den Eingangswicklungen der zugeordneten Reihe in Reihe liegt und die andere mit den Eingangswicklungen der zugeordneten Spalte in Reihe liegt. Jede Reihe bzw. jede Spalte von Eingangswicklungen kann also mit nur einem einzigen Widerstand im Kollektor-Emitter-Kreis des zugeordneten Transistors versehen werden. In diesem Fall hat also jede Kippschaltung vier Eingangswicklungen. Durch Benutzung einer einzigen Wicklung für beide Richtungen des magnetischen Feldes, wie bei der Schaltung gemäß Fig. 5, ist es möglich, diese Zahl auf zwei herabzusetzen.

Claims

Patentansprüche: 25

1. Schaltung zum. Ein- und Ausschalten des Stromes durch eine vorwiegend induktive Impedanz, z. B. eine statische magnetische Kippschaltung, mittels eines Grenzschicihttranisistors, in dessen Kollektor-Emitter-Kreis die Impedanz eingeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit der genannten Impedanz ein Widerstand mit einem so· großen Wert geschaltet ist, daß beim eingeschalteten Strom der Spannungsunterschied zwischen Emitter- und Kollektorelektrode klein ist gegenüber dem Spannungsabfall über dem Widerstand, wobei die an den Widerstand und die statische magnetische Kippschaltung abgegebene Leistung die maximal zulässige Leistung des Transistors bedeutend übersteigt.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Basis-Emitter-Kreis des Grenzschichttransistors eine geeignete Sperrspannungsquelle eingeschaltet ist zur Beschleunigung des Herabsinkens des Kollektorstroms beim Ausschalten dieses Stroms.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenschaltung der Impedanz und d'es Widerstandes außerdem in den Kollektor-Emitter-Kreis eines weiteren Grenzschichttransistors des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps geschaltet ist.

4. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Basiselektrode des Grenzschichttransistors mit der Emitterelektrode eines weiteren Grenzschichttransistors des gleichen Leitfähigkeitstyps, der als Vorstufe benutzt wird, verbunden ist.

5. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Basiselektrode des Grenzschichttransistors mit der Kollektorelektrode eines weiteren Grenzschichttransistors des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps, welcher als Vorstufe benutzt wird, verbunden ist.

6. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Steuerung von statischen magnetischen Kippschaltungen, die zu einer Speichermatrize vereinigt sind, bei der die Kippschaltungen in Reihen und Spalten angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede Reihe bzw. jede Spalte von Eingangswicklungen mit einem .Widerstand im Kollektor-Emitter-Kreis von einem oder zwei zugeordneten Grenzschichttransistoren versehen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
»Elektronics«, August 1953, S. 136 bis 140.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen