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DE1149064B - Schaltungsanordnung zur Vermeidung der UEberlastung eines Transistoroszillators - Google Patents

Schaltungsanordnung zur Vermeidung der UEberlastung eines Transistoroszillators

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Publication number
DE1149064B
DE1149064B DEM43746A DEM0043746A DE1149064B DE 1149064 B DE1149064 B DE 1149064B DE M43746 A DEM43746 A DE M43746A DE M0043746 A DEM0043746 A DE M0043746A DE 1149064 B DE1149064 B DE 1149064B
Authority
DE
Germany
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circuit arrangement
base
arrangement according
oscillator
transistor
Prior art date
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Pending
Application number
DEM43746A
Other languages
English (en)
Inventor
Alfred Conway Jones
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BAE Systems Electronics Ltd
Original Assignee
Marconi Co Ltd
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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Description

DEUTSCHES
PATENTAMT
KL.21a4 13
INTERNATIONALE KL.
H 03 b; g
M43746IXd/21a*
ANMELDETAG: 18. DEZEMBER 1959
BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABEDER
AUSLEGESCHRIFT: 22. MAI 1963
Die Erfindung bezieht sich auf Transistoroszillatoren und ist, obwohl nicht auf diese Anwendung beschränkt, besonders geeignet für Transistoroszillatoren in solchen Geräten, die eine Hochspannung aus einer kleinen Gleichspannungsquelle erzeugen. Seit einigen Jahren sind die herkömmlichen Zerhackereinheiten zur Erzeugung einer Gleichspannung aus einer kleinen Gleichspannungsquelle mehr und mehr hinter den Geräten zurückgetreten, bei denen die Hochspannung durch Gleichrichtung der von einem Transistoroszillator gelieferten Wechselspannung gewonnen wird, der von einer Quelle niedriger Gleichspannung betrieben wird. Solche Geräte weisen gegenüber den älteren Zerhackergeräten beträchtliche Vorteile auf, wobei ein besonderer Vorteil darin besteht, daß alle bewegten Teile oder Kontakte überflüssig werden.
Die Erfindung ist an Hand der Zeichnung erläutert. In Fig. 1 ist das Schaltbild eines bekannten Transistoroszillators dargestellt, mit dessenHilfe die Nachteile bisher bekannter Transistoroszillatoren erklärt werden sollen. In den Fig. 2, 3 und 4 sind Schaltungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Die in Fig. 1 dargestellte Oszillatorschaltung zeigt zwei in Gegentakt geschaltete pnp-Transistoren 1 und 2. Die Basis des Transistors 1 ist über die Serienschaltung der Rückkopplungsspule 3 mit dem Widerstand 4 an die positive Klemme 6 einer nicht dargestellten Betriebsspannungsquelle gelegt, an die auch der Verbindungspunkts der beiden Emitter angeschlossen ist. Die Basis des Transistors! ist in gleicher Weise über die Rückkopplungsspule 7 und den Widerstand 4 an die Punkte 5 und 6 angeschlossen, die natürlich gleiches elektrisches Potential haben. Die Spulen 3 und 7 sind mit der Spule 8 gekoppelt, deren Enden mit den Kollektoren verbunden sind und deren Mittelanzapfung mit der negativen Klemme 9 der Betriebsspannungsquelle verbunden ist. Die Spule 8 ist die Primärwicklung eines Gegentaktausgangstransformators, dessen Sekundärwicklung mit 10 bezeichnet ist.
Schließt man in der Schaltung entsprechend Fig. 1 eine veränderliche Belastung an die Sekundärwicklung 10 an, so steigt mit steigender Belastung auch der Gesamtwirkungsgrad bis zu einem Maximalwert an, um dann wieder plötzlich abzufallen. Der Belastungsbereich für optimalen Wirkungsgrad ist nur sehr schmal. In der Praxis lassen sich optimale Wirkungsgrade von ungefähr 85 °/o erreichen. Steigt die Belastung über den Bereich mit optimalem Wirkungsgrad an, so wird ein Punkt erreicht, bei dem die Schwingungen des Oszillators abreißen. Die Be-Schaltungsanordnung
zur Vermeidung der Überlastung
eines Transistoroszillators
Anmelder: Marconi's Wireless Telegraph Company Limited, Great Baddow, Chelmsford (Großbritannien)
Vertreter: Dr.-Ing. B. Johannesson, Patentanwalt, Hannover, Göttinger Chaussee 76
Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 23. Dezember 1958
und 8. September 1959 (Nr. 41 490)
Alfred Conway Jones,
Maltese Cresent, Chelmsford (Großbritannien), ist als Erfinder genannt worden
lastungsspanne zwischen optimalem Wirkungsgrad und Abreißpunkt der Schwingungen ist ziemlich groß, und in dieser ziemlich großen Spanne besteht die Gefahr einer Überlastung der Transistoren.
Diese Abnahme des Wirkungsgrades, die bei über den Punkt mit maximalem Wirkungsgrad hinaus anwachsender Belastung eintritt, beruht darauf, daß die Spannung über der Emitter-Kollektor-Strecke nicht mehr sehr klein ist, wenn der Transistor Strom führt. Dadurch steigt das Produkt aus dem Strom durch den Transistor und der Spannung über dem Transistor an. Die Folge davon ist ein Ansteigen der Kollektor-Verlustleistung, die zu einer Überlastung führt, welche ausreicht, um den Transistor zu zerstören.
In Fig. 1 möge der dargestellte Oszillator schwingen. Über den Widerstand 4 fließt abwechselnd der Basisstrom der beiden Transistoren, und da der Basisstrom jedes Transistors nahezu Rechteckformhat, werden sich die Basisströme der beiden Transistoren in dem Widerstand 4 zu einem Gleichstrom ergänzen, der einen geringen Wechselstromanteil hat. Bei schwingendem Oszillator steht an dem Verbindungspunkt der beiden Spulen 3 und 7 mit dem Widerstand 4 eine Gleichspannung, die in bezug auf den Punkts einige Volt positiv ist. Im Falle der Über-
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lastung verringert der Spannungsabfall über den Kollektoren die Spannung, die über der Wicklung 8 liegt. Aus diesem Grande fällt auch die Spannung über den Wicklungen 3 und 7 ab und als Folge da= von auch die Spannung, die über dem Widerstand 4 abfällt. Diese Tatsache wird in der vorliegenden Erfindung ausgenutzt.
Gemäß der Erfindung ist in den Basisstromkreis eines Transistoroszillators, insbesondere eines Gleichspannungswandlers, eine in bezug auf den normalen Basisstrom in Durchlaßrichtung gepolte Halbleiterdiode geschaltet, die so bemessen ist, daß durch ihre Widerstandserhöhung bei abnehmendem Basisstrom, hervorgerufen durch die infolge einer über die optimale Belastung hinaus erhöhten Belastung schwächer gewordenen Rückkopplung, die Schwingungen abreißen.
Es ist bekannt (USA-Patentschrift 2 681 996), im Basisstromkreis als Glied, dessen Widerstand bei abnehmendem Basisstrom zunimmt, statt einer Diode einen Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten zu verwenden. Mit einem solchen Widerstand im Basisstromkreis würde der durch die Erfindung angestrebte Überlastungsschutz nicht erreicht werden. Der Änderungsbereich eines solchen Widerstandes ist erstens zu klein, um die Schwingungen abreißen zu lassen, zweitens erfolgt die Änderungsgeschwindigkeit zu langsam, so daß beim Auftreten einer plötzlichen Überlastung die Schwingungen nicht schnell genug abreißen und der Transistor nicht wirksam geschützt werden kann. Abgesehen hiervon ist bei der bekannten Schaltung die Änderung der Größe der Rückkopplung gerade umgekehrt als bei der Erfindung.
Es ist bereits vorgeschlagen worden (DAS 1 086 303), bei einem Transistoroszillator, insbesondere bei einem Gleichspannungswandler, mit zwei wechselstrommäßigen Rückkopplungen verschiedener Stärke, von denen während der leitenden Phase des Transistors die stärkere und während der Sperrphase die schwächere Rückkopplung maßgebend sein soll, in den während der leitenden Phase des Transistors maßgebenden Rückkopplungsweg ein Ventil, z. B. eine Germaniumdiode, einzuschalten. Dieser Vorschlag dient zur Erzielung eines besseren Wirkungsgrades des Oszillators. Die Diode soll auf Grund ihrer Ventileigenschaften die stärkere Rückkopplung während der Sperrphase des Transistors unwirksam machen, ist also während dieser Phase im gesperrten Zustand. Bei der Erfindung wird die Diode dagegen nicht als Ventil, sondern als spannungs- bzw. strom- go abhängiger Widerstand mit dem Ziel benutzt, die Schwingungen des Transistoroszillators bei Überlastung abreißen zu lassen.
In Fig. 2 ist ein Schaltungsbeispiel eines Oszillators gemäß der Erfindung dargestellt. In den Fig. 2 und 1 haben gleiche Teile gleiche Bezugszeichen. Der schaltungsmäßige Unterschied zwischen den beiden Figuren besteht lediglich darin, daß in Fig. 2 ein Gleichrichter 11 zwischen dem Verbindungspunkt der Spulen 3 und 7 und dem benachbarten Ende des Widerstandes 4 eingeschaltet ist. Die Diode ist so gepolt, daß sie leitend ist, wenn der Verbindungspunkt positiv in bezug auf den Punkt 5 ist. Fällt nun die Spannung an dem Verbindungspunkt, so fällt auch die Spannung über der Diode 11, so daß deren Widerstand ansteigt. Dieses Ansteigen des Widerstandes verringert den Basisstrom der beiden Transistoren, wodurch weiter eine Verringerung der Spannung über der Spule 8 eintritt, so daß ein kumulativer Vorgang einsetzt, der zum plötzlichen Abreißen der Schwingungen führt. Die Transistoren in der Schaltung gemäß Fig. 2 werden also automatisch vor Überlastung geschützt.
Um bei einer Schaltung gemäß Fig. 1 zu gewährleisten, daß die Schwingungen selbsttätig einsetzen, ist es üblich, einen zusätzlichen nicht dargestellten Widerstand zwischen dem Verbindungspunkt der Spulen 3 und 7 und der negativen Klemme 9 der Spannungsquelle einzufügen. Durch diese Maßnahme erhält die Basis des Transistors lange genug eine negative Vorspannung, so daß Schwingungen einsetzen können. Diese gleichen Anschwingmittel können auch bei Oszillatoren gemäß der Erfindung angewendet werden, vorausgesetzt, daß die zusätzlichen Schaltmittel zum Selbstanschwingen keinen permanenten Gleichstrompfad zwischen dem Verbindungspunkt und der negativen Klemme der Spannungsquelle bilden.
In Fig. 3 und 4 sind zwei Schaltungsbeispiele der Erfindung dargestellt, bei denen Mittel zum selbsttätigen Anschwingen des Oszillators eingefügt sind, die die Wirksamkeit der Erfindung nicht beeinträchtigen.
In Fig. 3 werden die zusätzlichen Mittel durch den Widerstand 12 und den Kondensator 13 gebildet. Es ist bereits vorgeschlagen worden (DAS 1 092 967), ein selbsttätiges Anschwingen eines Transistoroszillators durch eine Reihenschaltung eines Widerstandes und eines Kondensators zwischen dem Kollektor und der Basis zu erreichen.
In Fig. 4 bestehen die zusätzlichen Mittel zum selbsttätigen Anschwingen aus der Reihenschaltung eines relativ hohen Widerstandes 12 mit einem normalerweise geschlossenen Kontakt 14, der nur zum Anschwingen geschlossen ist. Die Kontakte 14 sind die Kontakte eines Relais, dessen Antriebsmittel durch den Kasten 15 angedeutet sind. Das Relais kann in irgendeiner geeigneten Weise angetrieben werden, z. B. durch die Schwingungen, die der Oszillator erzeugt. Das Relais kann auch ein Thermorelais sein, das so angeordnet ist, daß der Schwingstrom des Oszillators durch die Heizwicklung des Thermorelais fließt und so die Kontakte des Relais öffnet.

Claims (9)

PATENTANSPRÜCHE:
1. Schaltungsanordnung zur Vermeidung der Überlastung eines Transistoroszillators, insbesondere eines Gleichspannungswandlers mit sich ändernder Belastung, vorzugsweise mit zwei in Gegentakt geschalteten Transistoren, dadurch gekennzeichnet, daß in den Basisstromkreis eine in bezug auf den normalen Basisstrom in Durchlaßrichtung gepolte Halbleiterdiode geschaltet ist, die so bemessen ist, daß durch ihre Widerstandserhöhung bei abnehmendem Basisstrom, hervorgerufen durch die infolge einer über die optimale Belastung hinaus erhöhten Belastung schwächer gewordene Rückkopplung, die Schwingungen abreißen.
2. Schaltungsanordnung nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rückkopplungsspule in Reihe mit der Halbleiterdiode zwischen der Basis und der einen Klemme einer Betriebsspannungsquelle, an der auch der Emitter liegt, eingeschaltet ist, und daß eine Ausgangsspule, mit
der die Rückkopplungsspule gekoppelt ist, zwischen dem Kollektor und der anderen Klemme der Betriebsspannungsquelle eingeschaltet ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu der Halbleiterdiode ein Widerstand in den Basisstromkreis eingeschaltet ist.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei in Gegentakt geschaltete Transistoren mit ihren Emittern gemeinsam an die eine Klemme einer Spannungsquelle angeschlossen sind, daß zwischen den beiden Kollektoren eine Ausgangswicklung liegt, deren Mittelanzapfung an die andere Klemme der Spannungsquelle angeschlossen ist, daß mit der Ausgangswicklung zwei Rückkopplungswicklungen gekoppelt sind, von denen die eine in Serie mit der Halbleiterdiode und einem Widerstand zwischen der Basis des einen Transistors und der einen Klemme der Spannungsklemme und von denen die andere ebenfalls in Serie mit dem Gleichrichter und dem Widerstand zwischen der Basis des anderen Transistors und der einen Klemme der Spannungsquelle eingeschaltet ist.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleichspannungspotential der Basis über ein i?C-Glied mit dem Gleichspannungspotential des Kollektors an der Spannungsquelle verbunden ist.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das i?C-Glied aus der Reihenschaltung eines Widerstandes mit einem Kondensator gebildet wird.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleichspannungspotential der Basis über einen Widerstand und einen Ruhekontakt eines Relais mit dem Gleichspannungspotential des Kollektors verbunden ist, und daß der Ruhekontakt geschlossen ist, wenn der Oszillator nicht schwingt und automatisch geöffnet wird, wenn die Schwingungen des Oszillators eingesetzt haben.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Relais durch die Schwingungen des Oszillators zum Ansprechen gebracht wird und daß es bis zu seiner Rückstellung im angesprochenen Zustand verbleibt.
9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Relais ein Thermorelais ist, welches durch die Schwingungen des Oszillators gesteuert wird.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1 086 303,
092 967;
USA.-Patentschriften Nr. 2 681 996, 2 791 693,
842 669,2 849 611;
britische Patentschrift Nr. 811 095;
französische Patentschrift Nr. 1 091 085;
Shea, »Principles of Transistor Circuits«, 1953, S. 6, Proceedings of the IRE, Februar 1954, S. 391 bis 401.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
309 597/219 5.
DEM43746A 1958-12-23 1959-12-18 Schaltungsanordnung zur Vermeidung der UEberlastung eines Transistoroszillators Pending DE1149064B (de)

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