DE2115661C3

DE2115661C3 - Schaltverstärker

Info

Publication number: DE2115661C3
Application number: DE2115661A
Authority: DE
Inventors: V Koning; R Norian
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1970-03-31
Filing date: 1971-03-31
Publication date: 1979-04-19
Also published as: BE765005A; DE2115661A1; NL7104083A; US3668414A; FR2089070A5; DE2115661B2; CA930432A; GB1334407A; SU420197A3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schaltverstärker gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE-PS 10 48 946 ist ein derartiger Schaltverstärker bekannt Dieser dient dazu, eine eine induktive Komponente aufweisende Last an- und abzuschalten. Diese Schaltungsanordnung enthält einen Transistor, in dessen Koiiektorstrecke die Last liegt Im Basiszweig des Transistors liegt ein Spannungsteiler, an dessen Mittelanschluß ein Kondensator angeschlossen ist, wodurch die Impulsflanken der Steuersignale abgeflacht werden. Hierdurch wird vermieden, daß die Last impulsartig geschaltet wird. An der Last auftretende Störimpulse, beispielsweise Rauschspitzen oder eine Induktionsspitze bei Stromausfall, werden damit nicht ausgeglichen und können sogar zu einer Zerstörung des Transistors führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schaltverstärker der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß die nachteiligen Effekte der von der Last hervorgerufenen Störimpulse vermieden werden.

Ausgehend von einem Schaltverstärker der obengenannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Der Grundgedanke der Erfindung liegt darin, eine Rückkopplung vom gesteuerten Stromkreis zum Steuerstromkreis zu schaffen. Während hierzu der Kondensator zwischen Basis und Kollektor vorgesehen s ist, schützt gleichzeitig eine Diode in der Basis-Emitterstrecke den Transistor vor Oberlastungen in diesem Stromkreis. Der erfindungsgemäße Schaltverstärker ist gegen die Auswirkungen von Signaländerungen und anderen Störeffekten geschützt Hierdurch ist es

ίο möglich, die Last exakt nach Maßgabe der dem Schaltverstärker zugeführten Steuersignale zu steuern. Handelt es sich bei der Last beispielsweise um einen zu steuernden Motor, so beeinflussen die von dem Motor herrührenden Störsignale das Schaltverhalten des

ι r. Schaltverstärkers nicht abträglich, wodurch eine exakte Steuerung gewährleistet wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt
F i g. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und

Fig.2 bis 4 äquivalente Schaltungen, die zum Verständnis des Prinzips der erftndungsgernäßeri Schaltung dienen.
Das im folgenden beschriebene Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung dient zur Steuerung eines vierpoligen, mit Phasenschieberkondensator versehenen Synchronmotor^ mit hoher Betriebszuverlässigkeit Die erfindungsgemäße Schaltung verwirklicht einen optimalen Wirkungsgrad, optimale Verstärkung, minimalen Aufwand und minimale Erzeugung von Ausgleichsvorgängen. Die Schaltung kann natürlich auch zur Beibehaltung eines genauen Frequenzsignals mit verringertem Rauschen und ohne Ausgleichsvorgänge für die meisten Arten induktiver

Lasten verwendet werden.

An den Eingang 1 der in Fig. 1 gezeigten Schaltung ist ein rechteckförmiges Signal mit einer Frequenz von beispielsweise 90 oder 100 Hz angeschaltet Dieses Signal kann eine Spannung zwischen Erdpotential und 10 Volt haben. Das Signal whd der Basis eines Transistors Q 8 zugeführt Eine Diode CR12 ist mit ihrer Kathode an den Eingang und mit ihrer Anode an Erde angeschaltet und bewirkt, daß nur Spannungen von -0,7 Volt und darüber an der Basis des Transistors Q 8 erscheinen können. Dies bedeutet, daß jede Spannung unter -0,7 Volt (Spannungsabfall der Diode D12) über die Diode nach Erde kurzgeschlossen ist Ein Widerstand R16, der mit einer negativen Spannungsquelle von —14 Volt verbunden ist bewirkt eine schnelle Sperrung des Transistors QS, wenn das Eingangssignal auf Erdpotential abfällt Der Kollektor des Transistors Q 8 ist mit einer positiven Spannung über einen Widerstand R18 verbunden, diese bestimmt den Betriebsbereich des Transistors Q 8.

Das rechteckförmige Eingangssignal öffnet den Transistor Q 8 bei den positiven Signalteilen. Der Transistor Q 8 ist also leitend, wenn das Rechtecksignal eine Amplitude von 10 Volt hat, während er gesperrt ist, wenn die Amplitude dem Erdpotential entspricht Bei leitendem Transistor Q 8 fließt ein Strom von der positiven Spannungsquelle über den Widerstand R18, den Transistor Q 8, die Widerstände R19 und R 20 zum negativen Pol der Spannungsquelle. Der aus den Widerständen R19 und Λ 20 gebildete Spannungsteiler bewirkt eine Teilung des mit dem Transistor Q 8 verstärkten Signals. Das Stromsignal am Punkt A hat eine Form, die derjenigen des Spannungssignals am Eingang 1 entspricht, wenn man den Basisstrom Ib

3 4

vernachlässigt Wenn der Transistor Q18 durch das Spannungsänderung an der Emitter-Basisstrecke des Stromtjgnal am Punkt A leitend wird, so wird er durch Transistors Q18 auftritt Durch Steuerung der Anstiegsejnen linearen Bereich gesteuert, bevor seine Sättigung und AbfaJJzeit des Ausgangssignals mittels Integration eintritt Da der Transistor Q18 sich in diesem linearen der Eingangssignale verhindert der Rückkopplungskon-Bereich wie ein Verstärker mit hohem Verstärkungsfak- 5 densator CI die Einwirkung großer Spannungsändetor verhält, kann er in Form der in F i g. 2 gezeigten rungen und Stromänderungen aus dem Motor auf den äquivalenten Schaltung dargestellt werden. Durch Transistor Q18, solche Änderungen könnten andern-An Wendung des Thevenin-Theorems kann die in F i g. 2 falls den Transistor zerstören.

gezeigte Schaltung in die in F i g. 3 gezeigte Schaltung Wenn der Motor oder die induktive Last ähnliche,

umgewandelt werden, die einen klassischen Integrator ι ο jedoch hinsichtlich der Phase einander entgegengesetzt darstellt Aus dieser Schaltung können die folgenden wirkende Wicklungen hat so kann eine zur vorstehend Beziehungen abgeleitet werden: beschriebenen symmetrische Schaltung vorgesehen

sein, die in gleicher Weise arbeitet Am Eingang 2 tritt

_ J? 19 · R 20 ein Signal ähnlich wie das am Eingang 1 auf, dessen

^{r =} R19 -)- R20 '⁵ Phase jedoch um 180° verschoben ist Es gelangt auf die

Basis des Transistors Q 9. Dieses Signal steuert den

i/ / Transistor Q 9 ähnlich wie der Transistor Q 8 gesteuert

y = ^R20 W ⁺ *t) _ γ wird, wobei ein Stromfluß durch den Widerstand Ä6,

R19 + R 20 den Transistor <? 9, die Widerstände R 2 und R 21 zum

20 negativen Pol der Spannungsquelle erzeugt wird. Das

I_c = I - l_B am Verbindungspunkt zwischen der Widerständen R 1

und R 21 auftretende Stromsigna! *^Fird der Basis des Transistors Q 9 zugeführt Dieser wird ähnlich wie der

" " _ ' ~ 'β Transistor Q18 gesteuert, jedoch jeweils bei entgegen-

di C 2 25 gesetzter Phase des Eingangssignals. Wenn der

Transistor Q18 leitend ist ist der Transistor <?11

Ein stufenartig ansteigendes Eingangssignal hat in der gesperrt und umgekehrt Die Stromquelle 3 für den dargestellten Weise deshalb ein schräg ansteigendes Motor wird auf diese Weise abwechselnd an die beiden Ausgangssignal zur Folge. Die Abfallzeit des Ausgangs- Wicklungen des Motors über die Transistoren Q18 und signals ist gesteuert das Ausgangssignal fällt linear ab. 30 Q11 angeschaltet Die Diode CR15 schützt ähnlich wie Nachdem der Transistor Q18 durch den linearen die Diode CR14 die Basis-Emitterstrecke des Transi-Bereich gesteuert wurde, gelangt er in die Sättigung und stors QIl gegen außergewöhnliche Spannungsändeverhält sich dann wie ein gesättigtes Schalterelement rungen, die durch das Zusammenbrechen des Feldes in Bei leitendem Transistor Q18 ist die Stromquelle 3 für der Motorwicklung erzeugt werden können. Der den Motor in einen über die Motorwicklung und den j5 Kondensator Ci und der Widerstand /221 arbeiten Transistor Q18 verlaufenden Stromkreis geschaltet, so ähnlich wie der Kondensator C2 und der Widerstand daß der Motor ordnungsgemäß gespeist wird. R 20 zur Steuerung der Anstiegszeit des Ausgangssi-

Wenn das Signal an der Basis des Transistors Q 8 auf gnals und zur Verhinderung von Ausgleichsvorgängen Erdpotential abfällt, so wird der Transistor Q 8 gesperrt, beim Aufbau und beim Abbau des Feldes in den wodurch sein Basis-Emitterstromkreis am Widerstand 40 Motorwicklungen.

R19 geöff.iet wird. Der Transistor Q18 wird wieder Die den Eingangsklemmen 1 und 2 zugeführten

durch einen linearen Bereich gesteuert wenn er von der Stmersignale können mit einer Signalquelle vorgegebe-Sättigung in den gesperrten Zustand übergeht Die ner Frequenz erzeugt werden. Die beschriebene äquivalente Schaltung ist in Fig.4 dargestellt, sie Schaltungsanordnung liefert dadurch der Motorwickenthält folgende Beziehungen: 45 lung genau reproduzierte Signalfrequenzen, 50 daß ein

genaues Antriebssignal beibehalten wird und gieichzei-

. _ tig ein Schutz vor Ausgleichsvorgängen und anderen

'c - — 'β Rauscheffekten verwirklicht ist Die Erfindung ermög

licht eine wesentliche Aufwandsverringerung bei

d V _ I - I_B 50 zuverlässiger Betriebsweise und wesentlicher Verringe-

d ί ~ C2 ' rung^von Ausgleichsvorgängen. Die Schalttransistoren

Q11 und Q18 erzeugen in der beschriebenen Schaltung eine gesteuerte Anstiegs- und Abfallzeit des dem Motor

Infolge des starken, durch die Motorwicklung zugeführten Signals, gleichzeitig ist ein Schutz gegen fließenden Stroms und der daran abfallenden hohen 55 Auswirkungen der Impedanz des Motors verwirklicht
Spannung verursacht die Induktivität der Motorwick- Vorstehend wurde eine Schaltungsanordnung zur

lung eine Speicherung von Energie, die bei Abschaltung Steuerung eines Motors oder einer anderen induktiven zum Kollektor des Transistors Q18 zurückfließt Der Last mit einer Signalquelle genau vorgegebener durch den Kondensator CI und den Widerstand R 20 Frequenz bei minimaler Erzeugung von Ausgleichsvorverursachte Integrationseffekt steuert die Anstiegszeit 60 gangen beschrieb jn. Abweichend von den genannten des Ausgangssignals und beseitigt Ausgleichsvorgange, Spannung*- und Frequenzwerten können auch andere die durch die Induktivität der Motorwicklung und Größen angewendet werden, ohne vom Grundgedanaußergewöhnliche Spannungen erzeugt werden, welche ken der Erfindung abzuweichen. Weitere Ausführungsan der Kollektor-Bassistrecke des Transistors Q18 formen sind zur Anpassung an andere Erfordernisse auftreten könnten. Die Diode XR14 ermöglicht einen 65 dem Fachmann möglich, diese werden insgesamt durch Stromfluß von Erde ausgehend, wenn eine starke den Grundgedanken der Erfindung erfaßt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltverstärker zur wahlweisen Verbindung einer Spannuingsquelle mit einer induktiven Last, mit einem von Steuersignalen in sprunghaften Übergängen angesteuerten Schalttransistor in Emitterschaltung und einem Kondensator zum Verhindern von durch die induktive Last verursachter Einwirkung auf den Transistor, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (C2) zwischen die Basis und den Kollektor des Schalttransistors (QtS) geschaltet ist und daß zwischen der Basis und dem Emitter des Schalttransistors (QlS) eine Diode (CR 114) vorgesehen ist

2. Schaltverstärker nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Transistor (QB) vorgesehen ist, der durch rechteckförmige Wechselstromsignale gesteuert wird und Betriebsstromsignale vorbestimmter Spannung und Stromstärke liefert, die dem Schalttransistor (Q 18) zugeführt werden.

3. Schaltverstärker nach einem der Ansprüche 1 oder 2, insbesondere zur Steuerung symmetrischer induktiver Lasten, gekennzeichnet durch einen symmetrischen Aufbau mit zwei Schalttransistoren (Q 18, QIl), deren Kollektor und Basis jeweils mit einem Kondensator (C 2, C 3) verbunden sind, wobei jeder Emitter-Basisstrecke eine Diode (CRXA, CR15) zugeordnet ist

4. Schaltverstärker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Schalttransistor (Q 18, Q11) ein Steuertransistor QS Q 9) vorgeschaltet ist, der jeweils durch ein rechteckförmiges Wechselstromsignal angesteuert wird, ^robei das Wechselstromsignal für den einen Steuertransistor (Q 8) gegenüber dem Wechselstromsignal für den anderen Steuertransistor (Q 9) eine um 180° verschobene Phase hat