DE1262345B - Elektronischer Schalter zum Schalten von Stroemen wechselnder Polaritaet - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int Cl.:

H 03 k

Deutsche Kl.: 21 al-36/18

Nummer: 1262 345

Aktenzeichen: W 37814 VIII a/21 al

Anmeldetag: 22. Oktober 1964

Auslegetag: 7. März 1968

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektronischen Schalter mit zwei Schalttransistoren zum Schalten von Strömen wechselnder Polarität, wobei der zu schaltende Stromkreis zwischen den Kollektoren desselben verläuft und mit einem den Steuerstrom zu den Emitter-Basis-Stromkreisen der Transistoren liefernden Transformator.

Im leitenden Zustand soll am Schalter möglichst kein Spannungsabfall auftreten.

Bei den bekannten Schaltern dieser Art werden die beiden Transistoren parallel betrieben. Hierzu sind die Basis-Emitter-Übergänge der beiden Transistoren zueinander parallel geschaltet und werden von der gleichen Steuerstromquelle gemeinsam beaufschlagt. Der unter der Steuerung des Schalters stehende Übertragungsstrom tritt hierbei am Kollektor des einen Transistors in den Schalter ein und verläßt denselben über den Kollektor des anderen Transistors. Vom Übertragungsstrom her gesehen liegen daher die beiden Transistoren je über ihre Emitter-Kollektor-Strecke gegensinnig in Serie. Bei Abwesenheit eines Steuerstromes, z. B. eines Steuerstromimpulses, sperrt der Schalter. Er leitet daher nur so lange, d. h., er kann nur so lange Strom übertragen, wie ihm Steuerstrom zugeführt wird.

Es wurde gefunden, daß eine Schwierigkeit bei solchen bekannten Schaltern darin liegt, gleiches Spitzenstromleitvermögen in beiden Richtungen sicherzustellen. Hierzu ist es häufig notwendig, einzeln justierte Abgleichwiderstände vorzusehen, die in Serie mit den Basisanschlüssen liegen. Diese Widerstände erfordern nicht nur zusätzliche Steuerleistung, sondern es ist auch angesichts vorgeschriebener Fertigungstoleranzen schwierig und zeitraubend, diese Widerstände einzeln zu justieren. Die Basisabgleichwiderstände werden zum Kompensieren der unterschiedlichen Kennlinien der beiden parallelgeschalteten Transistoren benötigt.

Da bei diesen bekannten Schaltern die Steuerstromquelle an die beiden Basis-Emitter-Übergänge parallelliegend angeschaltet ist und somit der Steuerstrom jedes Transistors von der gleichen Quelle geliefert wird, kann, wenn einer der beiden Transistoren einen übermäßig hohen Basissteuerstrom zieht, der Rest des Steuerstroms unter Umständen nicht mehr ausreichen, auch den anderen Transistor in die Sättigung zu treiben, wodurch an diesem ein nennenswerter Spannungsabfall auftritt und damit eine unerwünscht hohe Verlustleistung entsteht, d. h., es besteht die Gefahr eines Durchbrennens für diesen Transistor. Mit anderen Worten kann daher jeder der Transistoren dem anderen den Basissteuerstrom Elektronischer Schalter zum Schalten
von Strömen wechselnder Polarität

Anmelder:

Western Electric Company, Incorporated,

New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Fecht, Patentanwalt,
6200 Wiesbaden, Hohenlohestr. 21

Als Erfinder benannt:
Wilmer Barseau Gaunt jun.,
Lincroft, N. J. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 28. Oktober 1963
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entziehen. Die Basisabgleichwiderstände sind daher zum Kompensieren insbesondere dieses Effekts notwendig.

Aufgabe der Erfindung ist es, den durch ungleiche

Wirkung der Steuerstromkreise hervorgerufenen Nachteil zu beseitigen. Zur Lösung dieser Aufgabe wird von einem elektronischen Schalter der eingangs beschriebenen Art ausgegangen.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator zwei Sekundärwicklungen aufweist, die einerseits je mit dem entsprechenden einen Wicklungsende an die Basis des jeweils zugeordneten Transistors und andererseits je mit dem entsprechenden anderen Wicklungsende an den Emitter des jeweils anderen Transistors angeschaltet sind.

Als Folge dieser Reihenschaltung ist es dem einen Transistor nicht mehr möglich, dem anderen den Basissteuerstrom zu entziehen, es sind daher keine Basisabgleichwiderstände notwendig.

Im folgenden ist die Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben; es zeigt

F i g. 1 das Schaltbild eines typischen, bekannten elektronischen Schalters mit zwei parallel betriebenen Transistoren und

F i g. 2 das Schaltbild einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schalters.

Zunächst soll das der Erfindung zugrunde liegende Problem an Hand des in F i g. 1 dargestellten be-

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kannten Schalters erläutert werden. Dieser Schalter den größeren Basissteuerstrom zieht und der Überweist zwei Transistoren Tl und Tl auf. Ist der tragungsstrom in der entgegengesetzten Richtung Schalter eingeschaltet, so kann der zu übertragende fließt, in der gleichen Extremsituation, in der der Laststrom, im folgenden kurz Übertragungsstrom Emitter-Basis-Übergang des Transistors Tl in Spergenannt, in beiden Richtungen zwischen den An- 5 rung getrieben wird, wünschenswert, daß Rl und R2 Schlüssen 4 und 5 des Schalters fließen. Der dabei klein sind.)

am Schalter auftretende Spannungsabfall ist vernachr Nun sei andererseits angenommen, daß der Tranlässigbar. Der Ubertragungsstrom wird vom ein- und sistor T 2 auf Grund seiner elektrischen Eigenschaften auszuschaltenden Laststromkreis 6 geliefert, der bei den größeren Basissteuerstrom zieht. Der dem Tran-4 und 5 angeschlossen ist. Im Laststromkreis 6 liegt io sistor Π zugeführte Basissteuerstrom kann dann eine irgendwie geartete Lästig nebst zugehöriger nicht ausreichend sein, um letzteren im Sättigungs-Speisespannungsquelle V wechselnder Polarität. zustand zu halten, wenn der Übertragungsstrom Sperrt der Schalter, so fließt kein Übertragungsstrom. fließt. Der fließende Übertragungsstrom verkleinert Ein Steuerstromimpuls wird der Primärwicklung Wl den Emitter-Basis-Spannungsabfall am Transistor eines Transformators 3 zum Einschalten des Schalters 15 T2, wodurch letzterer dazu gebracht wird, sogar zugeführt. noch mehr Basissteuerstrom auf Kosten des Tran-

Zu Erläuterungszwecken sei angenommen, daß der sistors Tl aufzunehmen. Um sicherzustellen, daß der unter der Steuerung des Schalters stehende Über- Transistor Tl mit einem ausreichenden Basissteuertragungsstrom Ic in den Schalter am Anschluß 4 strom versorgt wird, ist somit ein großer Wert des eintritt und am Anschluß S aus dem Schalter austritt. 20 Widerstands R2 wünschenswert. Je höher der Wert Der in die Basis des Transistors Tl fließende Strom des Widerstands R 2 ist, um so größer ist der Spitzensei Il und der in die Basis des Transistors Γ 2 Übertragungsstrom, der in der dargestellten Richtung fließende Strom sei 12. für den Fall fließt, daß der Transistor Γ2 den größe-

Daher ist der von der Sekundärwicklung W 2 des ren Basissteuerstrom zieht. (In ähnlicher Weise sollte, Transformators 3 gelieferte Steuerstrom gleich der 25 wenn der Transistor Tl den größeren Basissteuer-Summe der beiden Basisströme, also gleich 11+72. strom als der Transistor Γ2 zieht, für einen maxi-Der Strom, der in die verschiedenen Knotenpunkte malen, in der zur dargestellten Richtung entgegen-* des Schalternetzwerks einfließt und von diesen weg- gesetzten Richtung stattfindenden Ubertragungsfließt, kann durch Anwendung der bekannten Regel stromfluß der Widerstand Al groß sein.) In dem bestimmt werden, daß die Summe aller Ströme, die in 30 Grenzfall, in welchem die beiden Widerstände unendeinen Knotenpunkt einfließen, gleich Null ist. Die Hch werden, ist ersichtlich, daß die beiden Transit resultierenden Ströme sind in F i g. 1 eingezeichnet. stören mit gleichen Basissteuerströmen versorgt Die Basisabgleichwiderstände Rl und R2 sind werden.

zum Sicherstellen eines gleichen Übertragungsstrom- Jedoch unabhängig davon, welcher der beiden

Spitzenleitvermögens in beiden Richtungen erforder- 35 Transistoren den größeren Basissteuerstrom zieht, lieh. Diese Widerstände werden wegen der aus Fer- wird wegen der verschiedenen Kennlinien das Übertigungsgründen zumeist verschiedenen Kennlinien tragungsstromspitzenleitvermögen in einer der beiden der beiden Transistoren benötigt. Für die folgende Richtungen reduziert. Um diese Schwierigkeit zu Betrachtung sei angenommen, daß die gegenseitigen überwinden, ist ein bestimmter Basiswiderstand an Transistorkennlinien so sind, daß der Transistor Π 40 jedem Transistoranschluß vorgesehen. Der Wert des den Hauptteil des Steuerstroms aufnimmt, d. h., daß Widerstands für jeden Basisanschluß wird so ge-71 größer als /2 ist. Nimmt der Ubertragungs- wählt, daß die erforderlichen Spitzenübertragungsstrom Ic zu, so nimmt der durch den Transistor T2 ströme in beiden Richtungen fließen können. Diese fließende Emitterstrom in Richtung auf Null hin ab. Widerstände gehen aber auf Kosten der .Steuer-Der Emitterstrom des Transistors T 2 würde auf- 45 leistung und, wenn enge Toleranzforderungen gestellt hören, wenn der Strom Ic einen Wert derart erreicht werden, ist ihre individuelle Justierung notwendig, hat, daß dieser Teil des vom Emitter des Transistors Das in F i g. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel

Tl herrührenden Stroms, der am Emitter des Tran- nach der Erfindung erfordert keine Basiswiderstände sistors Γ 2 eintritt, gleich dem durch den Transistor und zeigt auch nicht die hiermit verbundenen Nach-Γ2 fließenden Steuerstrom ist, der von der Basis 50 teile. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine zweite zum Emitter fließt. In diesem Fall würde der Basis- Sekundärwicklung PF3 auf dem Eingangstransforma-Emitter-Übergang des Transistors Γ2 sperren, und tor vorgesehen. Jede der beiden Sekundärwicklungen der Übertragungsstrom würde gezwungen werden, Wl und W3 ist mit dem Emitter des einen und mit vom Kollektor des Transistors Tl zur Basis des der Basis des anderen Transistors verbunden. Die Transistors Γ1 zu fließen, und zwar über die Wider- 55 beiden Sekundärwicklungen und die beiden Basisstände Al und Rl, und anschließend durch den Emitter-Übergänge bilden daher einen Serienstrom-Basis-Kollektor-Übergang des Transistors Γ 2. Da kreis. Es sei angenommen, daß ein Übertragungsdie Widerstände R1 und R 2 dem Übertragungsstrom strom / c in der dargestellten Richtung (von + nach — ) eine Impedanz darbieten, würde es als das Beste fließt, und daß ein Basissteuerstrom/1 in die Basis erscheinen, sie möglichst klein zu machen. Sonach 60 des Transistors Π einfließt. Unter diesen Annahmen ist ersichtlich, daß der ideale parallel betriebene können die in der übrigen Schaltung fließenden Schalter keine Basiswiderstände aufweisen sollte, um Ströme leicht bestimmt werden. Sie sind in F i g. 2 zu erreichen, daß ein maximaler Ubertragungsstrom angeschrieben. Beim dargestellten Ausführungsin der dargestellte Richtung für den Fall fließen beispiel sind, wie aus der von der Basis wegweisenden kann, daß der Transistors Tl auf Grund seiner 65 Teilspitze des Emitters ersichtlich ist, npn-Transielektrischen Eigenschaften einen größeren Basis- stören als Transistoren Tl und Γ2 verwendet. Aus Steuerstrom als der Transistor Tl zieht. (In ähnlicher der Schaltung ist ferner an Hand der an den Wick-Weise ist es bei der Annahme, daß der Transistor T 2 hingen eingezeichneten Punktmarkierungen sowie

aus der dargestellten Steuerstromimpulsform ersichtlich, daß bei anstehendem Steuerstromimpuls die mit einem Punkt versehene Seite jeder Wicklung positiv wird. Unter diesen Bedingungen wird der Basis-Kollektor-Übergang des Transistors Γ 2 in Flußrichtung vorgespannt. Gleiches gilt für den Transistor Tl. Die vorstehende Überlegung trifft sinngemäß auch für den Fall zu, daß die Richtung des Übertragungsstroms Ic zur dargestellten Richtung entgegengesetzt ist. In diesem Fall ist lediglich die Rolle der Transistoren Π und Γ 2 vertauscht.

Obgleich die Basisströme noch eine Funktion des Übertragungsstroms/c sind, sind sie nicht mehr von den Kennlinien der Transistoren abhängig. Keiner der Transistoren kann daher dem anderen einen Teil des Basissteuerstroms oder gar den ganzen entziehen, da die beiden Basis-Emitter-Übergänge in Serie miteinander liegen. Beim bekannten Schalter kann, falls einer der beiden Transistoren an einen größeren Basissteuerstrom zieht, der übrige Teil des Steuer-Stroms nicht mehr ausreichen, auch den anderen Transistor in Sättigung zu bringen. Diese Möglichkeit ist beim Schalter nach F i g. 2 wegen der im Steuerkreis vorgesehenen Serienschaltung nicht mehr gegeben. Es ist also nicht mehr erforderlich, Basisabgleichwiderstände zur Kompensation verschiedener Transistorkennlinien zu dem Zweck vorzusehen, gleiche Übertragungsstromspitzenleitvermögen in beiden Richtungen zu erhalten.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Elektronischer Schalter mit zwei Schalttransistoren zum Schalten von Strömen wechselnder Polarität, wobei der zu schaltende Stromkreis zwischen den Kollektoren derselben verläuft, und mit einem den Steuerstrom zu den Emitter-Basis-Stromkreisen der Transistoren (Tl, Γ 2) liefernden Transformator, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator (7) zwei Sekundärwicklungen (W2, W3) aufweist, die einerseits je mit dem entsprechenden einen Wicklungsende an die Basis des jeweils zugeordneten Transistors und andererseits je mit dem entsprechenden anderen Wicklungsende an den Emitter des jeweils anderen Transistors angeschaltet sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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