DE1262345B

DE1262345B - Electronic switch for switching currents of changing polarity

Info

Publication number: DE1262345B
Application number: DEW37814A
Authority: DE
Inventors: Wilmer Barseau Gaunt Jun
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1963-10-28
Filing date: 1964-10-22
Publication date: 1968-03-07
Also published as: US3235753A; GB1035717A; JPS4218853B1; NL6411703A; FR1413403A; NL142849B; BE654910A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int Cl.:Int Cl .:

H 03 kH 03 k

Deutsche Kl.: 21 al-36/18 German class: 21 al -36/18

Nummer: 1262 345Number: 1262 345

Aktenzeichen: W 37814 VIII a/21 alFile number: W 37814 VIII a / 21 al

Anmeldetag: 22. Oktober 1964 Filing date: October 22, 1964

Auslegetag: 7. März 1968Opening day: March 7, 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.The invention relates to an electronic switch with two switching transistors for switching of currents of alternating polarity, the circuit to be switched between the collectors the same runs and with a control current to the emitter-base circuits of the transistors supplying transformer.

Im leitenden Zustand soll am Schalter möglichst kein Spannungsabfall auftreten.In the conductive state, there should be as little voltage drop as possible at the switch.

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.In the known switches of this type, the two transistors are operated in parallel. For this the base-emitter junctions of the two transistors are connected in parallel to one another and are acted upon jointly by the same control current source. The one under the control of the switch standing transmission current enters the switch at the collector of one transistor and leaves the same through the collector of the other transistor. Seen from the transmission stream therefore, the two transistors are each connected in opposite directions in series via their emitter-collector path. at Absence of a control current, e.g. B. a control current pulse, the switch locks. He therefore directs only so long, d. That is, it can only transmit power as long as control power is supplied to it.

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.It has been found that a problem with such known switches is the same Ensure peak current conductivity in both directions. For this it is often necessary Provide individually adjusted balancing resistors in series with the base connections. These Not only do resistors require additional tax output, but it is also given more mandatory Manufacturing tolerances difficult and time consuming to adjust these resistors individually. the Base balancing resistors are used to compensate for the different characteristics of the two parallel-connected Transistors needed.

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 PolaritätSince in these known switches the control current source is connected in parallel to the two base-emitter junctions and thus the control current of each transistor is supplied from the same source, if one of the two transistors draws an excessively high base control current, the rest of the control current can under certain circumstances are no longer sufficient to drive the other transistor into saturation as well, as a result of which a significant voltage drop occurs across it and thus an undesirably high power loss occurs, ie there is a risk of this transistor burning out. In other words, each of the transistors can therefore use the base control current of the electronic switch for switching to the other
of currents of alternating polarity

Anmelder:Applicant:

Western Electric Company, Incorporated,Western Electric Company, Incorporated,

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

Vertreter:Representative:

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

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

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 28. Oktober 1963
(319 265)Claimed priority:
V. St. v. America October 28, 1963
(319 265)

entziehen. Die Basisabgleichwiderstände sind daher zum Kompensieren insbesondere dieses Effekts notwendig. revoke. The base balancing resistors are therefore necessary to compensate for this effect in particular.

Aufgabe der Erfindung ist es, den durch ungleicheThe object of the invention is to by unequal

Wirkung der Steuerstromkreise hervorgerufenen Nachteil zu beseitigen. Zur Lösung dieser Aufgabe wird von einem elektronischen Schalter der eingangs beschriebenen Art ausgegangen.Effect of the control circuits to eliminate the disadvantage caused. To solve this problem is based on an electronic switch of the type described above.

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.The inventive solution to this problem is characterized in that the transformer has two secondary windings, on the one hand each with the corresponding one winding end the base of the respectively assigned transistor and on the other hand each with the corresponding other Winding end are connected to the emitter of the other transistor.

Als Folge dieser Reihenschaltung ist es dem einen Transistor nicht mehr möglich, dem anderen den Basissteuerstrom zu entziehen, es sind daher keine Basisabgleichwiderstände notwendig.As a result of this series connection, it is no longer possible for one transistor, the other the The base control current must be withdrawn, so no base balancing resistors are necessary.

Im folgenden ist die Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben; es zeigtIn the following the invention is described with reference to the drawing; it shows

F i g. 1 das Schaltbild eines typischen, bekannten elektronischen Schalters mit zwei parallel betriebenen Transistoren undF i g. 1 shows the circuit diagram of a typical, known electronic switch with two operated in parallel Transistors and

F i g. 2 das Schaltbild einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schalters.F i g. 2 shows the circuit diagram of an embodiment of the switch according to the invention.

Zunächst soll das der Erfindung zugrunde liegende Problem an Hand des in F i g. 1 dargestellten be-First of all, the problem on which the invention is based will be discussed with reference to the in FIG. 1 shown

809 517/630809 517/630

3 43 4

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.)known switch are explained. This switch draws the larger base control current and transfers two transistors Tl and Tl . If the carrying current is switched on in the opposite direction, the switch to be transmitted can flow in both directions between the terminals in the same extreme situation in which the load current, in the following briefly called the transmission current emitter-base transition of the transistor Tl, is blocked tion is driven, it is desirable that Rl and R2 circuits 4 and 5 of the switch flow. Which are small.)

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-voltage drop occurring at the switch is negligible. On the other hand, let us assume that the transmissible. The transmission current is supplied by the switch-on and sistor T 2 due to its electrical properties to be switched off load circuit 6, which draws in the larger base control current. Which is connected to the Tran-4 and 5. In the load circuit 6 is io sistor Π supplied basic control current then some kind of annoyance and associated not enough to change the polarity of the latter in the saturation supply voltage source V. to be maintained when the transmission current blocks the switch, no transmission current flows. flows. The flowing transmission current is reduced. A control current pulse is the primary winding Wl the emitter-base voltage drop at the transistor of a transformer 3 to turn on the switch 15 T2, whereby the latter is even fed. even more basic control flow at the expense of

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-For explanatory purposes it is assumed that the sistor Tl is included. In order to ensure that the over-transistor T1 under the control of the switch is supplied with a sufficient base control transmission current Ic in the switch at terminal 4, there is thus a large value of the enters and exits the switch at terminal S. 20 resistor R2 desirable. The higher the value of the current of the resistor R 2 flowing into the base of the transistor T1 , the greater the peak value II and the transfer current into the base of the transistor Γ 2, the current flowing in the direction shown being 12. for the case flows that the transistor Γ2 the largest

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.Therefore, the base control current drawn from the secondary winding W 2 of the ren. (Similarly, the control current supplied by transformer 3 should be equal to 25 if the transistor Tl draws the larger base control sum of the two base currents, i.e. equal to 11 + 72 If you paint nodes that flow in the opposite direction to the shown direction of the switch network and that there is transmission flowing away from this direction, the resistance A1 can be high by applying the known rule of current flow.) By determining that the sum of all currents that in the borderline case in which the two resistances flow into an infinite node, is equal to zero. The high will be, it can be seen that the two transit resulting flows are in FIG. 1 drawn. disturb supplied with the same basic control currents The basic balancing resistors Rl and R2 are.

zum Sicherstellen eines gleichen Übertragungsstrom- Jedoch unabhängig davon, welcher der beidento ensure the same transmission current - regardless of which of the two

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 AusführungsbeispielPeak conductivity required in both directions- 35 transistors which draws the larger base control current, borrowed. These resistors are required in one of the two of the two transistors because of the different characteristic curves, usually different characteristic curves. Reduced for the following directions. In order to consider this difficulty, it is assumed that the mutual overcomes, a certain base resistance on transistor characteristics are such that the transistor Π 40 is provided for each transistor terminal. The value which takes the main part of the control current, that is, the resistance for each base terminal will so ge-71 is greater than / 2. If the transmission selects that the required peak transmission current Ic increases, the currents through the transistor T 2 can flow in both directions. This flowing emitter current decreases in the direction of zero. However, resistors are at the expense of the .Steuer-The emitter current of the transistor T 2 would power up and, if tight tolerance demands are made, when the current Ic reaches such a value, its individual adjustment is necessary, so that this part of the from the emitter of the transistor The in F i g. 2 illustrated embodiment

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 Tl resulting current, which according to the invention does not require base resistances sistor Γ 2 occurs, equal to that through the transistor and does not show the associated after-Γ2 flowing control current that is from the base 50 parts. In this embodiment, a second is flowing to the emitter. In this case, the base-secondary winding PF3 would block on the input transformer-emitter junction of the transistor Γ2, and a gate would be provided. Each of the two secondary windings of the transmission current would be forced, Wl and W3 is connected to the emitter of one and from the collector of the transistor Tl to the base of the base of the other transistor. The transistor Γ1 to flow, namely through the resistors 55 two secondary windings and the two base levels Al and Rl, and then through the emitter junctions therefore form a series current base-collector junction of the transistor Γ 2. Da circle. Assuming that a transfer resistor R 1 and R 2 presented an impedance to the transfer current / c in the direction shown (from + to -), it would flow as best and that a base control current / 1 would appear in the base, to make them as small as possible. So 60 of the transistor Π flows in. Under these assumptions it can be seen that the ideal switches that can be operated in parallel should not have any base resistances in the remaining circuit in order to determine currents easily. They are in FIG. 2 to achieve that a maximum transmission current is written. In the illustrated Ausführungsin the direction shown for the case of flow are, for example, how can seminal from the from the base, that the transistor Tl is visible of the emitter due to its 65 part tip npn Transielektrischen properties a larger base disturb as transistors Tl and Γ2 used. From control current as the transistor Tl pulls. (Similar to the circuit is also based on the at the Wick-way it is with the assumption that the transistor T 2 hung point markings as well

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.it can be seen from the control current pulse shape shown that when a control current pulse is present, the side of each winding provided with a dot becomes positive. Under these conditions, the base-collector junction of the transistor Γ 2 is biased in the forward direction. The same applies to the transistor Tl. The above consideration also applies analogously to the case that the direction of the transmission current Ic is opposite to the direction shown. In this case, only the role of the transistors Π and Γ 2 is reversed.

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.Although the base currents are still a function of the transmission current / c , they are no longer dependent on the characteristics of the transistors. Neither of the transistors can therefore withdraw part or all of the base control current from the other, since the two base-emitter junctions are in series with one another. In the known switch, if one of the two transistors draws on a larger base control current, the remaining part of the control current can no longer be sufficient to bring the other transistor into saturation as well. This possibility is with the switch according to FIG. 2 is no longer given due to the series connection provided in the control circuit. It is therefore no longer necessary to provide base balancing resistors to compensate for different transistor characteristics for the purpose of obtaining the same transfer current peak conductivity in both directions.

Claims

Claim:

Electronic switch with two switching transistors for switching currents of alternating polarity, the circuit to be switched running between the collectors of the same, and with a transformer supplying the control current to the emitter-base circuits of the transistors (Tl, Γ 2), characterized in that the transformer (7) has two secondary windings (W2, W 3) which are connected on the one hand with the corresponding one winding end to the base of the respectively assigned transistor and on the other hand with the corresponding other winding end on the emitter of the respective other transistor.

1 sheet of drawings