DE2352654A1 - Hochspannungsschaltkreis - Google Patents

Description

PATLMTANWÄLTE

DIPL.-ING. LEO FLEUCHAUS

DR.-ING. HANS LEYH 2352654

München 71, Metehiorelr. 42

Unser Zeichen: A 12 720

Ferranti Limited

Hollinwood-Lancashire England

Hochspannungsschaltkreis

Die Erfindung betrifft einen Hochspannungsschaltkreis, insbesondere einen Schaltkreis, der mit Halbleiter-Schalteinrichtungen versehen ist.

Halbleiterschaltkreise werden in weitem Umfang verwendet. Ein besonderes Merkmal von Halbleiterschaltern ist der sogenannte Lawinen-Effekt, bei welchem ein sehr schneller Schaltvorgang erreicht werden kann durch einen Lawinendurchbruch des Kollektor-Basis-überganges eines Transistors. Diese Wirkung wird ausgenutzt wenn eine schnelle und zeitlich genaue Schaltung gefordert wird.

Wenn höhere Spannungen geschaltet werden sollen als ein einziger Schalter aushalten kann, werden eine Anzahl von Transistoren in Kaskade an eine konstante Speisespannung gelegt, bei denen der Emitter des einen Transistors mit dem Kollektor des nächsten

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Transistors entweder direkt oder über einen Kondensator gekoppelt ist. Die Basen der Transistoren, außer denjenigen, die getriggert werden sollen, sind mit ihren entsprechenden Emittern direkt oder über Widerstände verbunden. Um die gewünschte wirkung zu erreichen, muß das Kollektor-Basis-Potential jedes Transistors sehr genau definiert sein und dieses wird durch das Potential der Basis bestimmt. Es wird daher eine Spannungsteilerkette vorgesehen, die an ausgewählten Punkten an die Emitter der Transistoren angeschlossen ist und die Elemente dieses Spannungsteilers müssen sorgfältig ausgewählt werden, damit sie zu den Charakteristiken jedes Transistors passen. Diese Auswahl von Transistoren und Widerständen ist zeitraubend, weshalb derartige Schaltkreise teuer sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Hochspannungsschaltkreis zu schaffen, in welchem eine solche Auswahl der Elemente vermieden wird und der weniger Elemente benötigt.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß bei einem Hochspannungsschaltkreis mit einer Vielzahl von Halbleitern, die in Kaskade an eine konstante Stromquelle gelegt sind, die Basiselektrode eines der Halbleiterschalter über einen Widerstand an seine Emitterelektrode und an eine Quelle von Triggerimpulsen gelegt ist, während die Basiselektroden der anderen Halbleiterschalter mit ihren Emitterelektroden verbunden sind.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend· anhand der einzigen Figur der Zeichnung erläutert, die einen erfindungsgemäßen Schaltkreis für einen Laser mit Q-Schaltung zeigt.

Die Figur zeigt eine Anzahl von Transistoren Tl, T2

Tn, die in Kaskade an eine Hochspannungsquelle mit der Spannung

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+V gelegt sind. Der Emitter des Transistors Tl ist an Erde gelegt und der Kollektor des Transistors Tn ist über einen Widerstand R mit hohem Widerstandswert, der als konstante Stromquelle wirkt, an das Potential +V gelegt. Der Kollektor von jedem der Transistoren Tl bis Tn-I ist mit dem Emitter des benachbarten Transistors verbunden. Beim Transistor Tl ist die Basiselektrode mit einem Anschluß A verbunden der Triggerimpulse liefert und über einen Widerstand Rl mit seiner Emitterelektrode. Bei jedem der anderen Transistoren T2 bis Tn ist die Basis über einen Widerstand R2 bis Rn mit seinem Emitter verbunden. Der Kollektor des Transistors Tn ist am Punkt B über einen Kondensator C an die zu steuernde Schaltung gelegt. Der Wert des Widerstandes R ist so groß im Vergleich mit der Gesamtimpedanz der Transistorenkette, daß der maximale Strom, der durch die Transistoren fließt im wesentlichen V/R ist. .

Im Ruhezustand fließt ein kleiner Strom durch den Kollektor-Basis-Übergang von jedem der Transistoren. Dieser Strom ist begrenzt durch den Widerstand R auf den Wert (V-nV.)/R, wobei η die Anzahl der in Kaskade geschalteten Transistoren und V. der Spannungsabfall an jedem im nicht leitenden Zustand ist. Diese Stromstärke ist viel kleiner als der Lawinen-Strom der Transistoren. Der Kollektor-Emitter-Spannungsabfall an jedem Transistor hat somit eine Größe, die viel kleiner als die Durchbruchspannung ist. Die wirkliche Größe dieses Spannungsabfalles hängt von den Charakteristiken des Transistors ab und sie kann von einem Transistor zum anderen variieren. Die Gesamtspannung an der Kette der Transistoren ist die Summe der Spannungsabfälle an den einzelnen Kollektor-Basis-ubergängen. Jeder Transistor stellt somit seine eigene Größe der Kollektor-Emitter-Spannung her und sein Arbeitspunkt' ist bestimmt ohne daß eine äußere Spannungsteilerkette vorgesehen werden muß, die sorgfältig an jeden Transistor angepaßt werden muß. Unter den beschriebenen Bedingungen legt jeder Transistor sehr nahe am Punkt des Lawinen-

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durchbruches. Die Stärke des schwachen Stromes, der durch die Transistoren fließt, ist nicht kritisch, solange er stärker ist als der temperaturabhängige Kollektor-Basis-Strom und die Oberflächenverlustströme der verwendeten Transistoren.

Der Durchschlag durch die Transistorenkette wird durch Anlegen eines Triggerimpulses an den Basiswiderstand Rl des Transistors Tl herbeigeführt. Der Impuls sollte eine kurze Anstiegszeit haben und seine Polarität muß so sein, daß die Basis-Emitter-Diode von Tl leitend wird (positiv für NPN Transistoren), so daß die Transistoren zum Durchbruch gelangen. Als Folge davon fällt die Kollektorspannung von Tl schnell ab, ebenso wie die Spannung an der Basis und am Emitter des Transistors T2. Tat- " sächlich fällt die Emitter-Spannung von T2 schneller ab als seine Basis-Eigenspannung infolge von kapazitiven Effekten, worauf der Lawinendurchbruch eintritt. Dieser Vorgang breitet sich längs der Kette aus, wobei jeder Transistor lawinenartig durchbricht bis die Transistorkette eine niedrige, an der Energiequelle liegende Impedanz bildet. Der Vorgang läuft sehr schnell ab und es wird ein negativ gehender Ausgangsimpuls mit scharfer Flanke am Punkt B erzeugt, der über den Kondensator C an den zu steuernden Schaltkreis gelegt wird. Der Strom von der Energiequelle wird durch den Widerstand R begrenzt. Wenn der Triggerimpuls weggenommen wird, erholt sich die Schaltung bis der ursprüngliche Ruhezustand wieder erreicht ist.

Der gesteuerte Transistor am geerdeten Ende der Kette kann auch an anderer Stelle angeordnet sein, außer daß eventuell die Lage der Trigger-Impuls-Quelle zu berücksichtigen ist. Bei den anderen Transistoren, die nicht mit der Trigger-Impuls-Quelle verbunden sind, können die Widerstände zwischen Basis und Emitter gegebenenfalls weggelassen werden, um die Parameter der Triggerung und der Geschwindigkeit zu modifizieren, wobei dann die Basis jedes Transistors direkt mit seinem Emitter ver-

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bunden ist. Die Anzahl der in Kaskade geschalteten Transistoren hängt von der Spannung ab, die durch die Schaltung geschaltet werden soll. Es sind jedoch mindestens zwei Transistoren erforderlich, von denen einer der gesteuerte Transistor ist.

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Claims (1)

1. 2352854

   Patentansprüche

   Hochspannungsschaltkreis mit einer Vielzahl von Halbleiterschaltern, die in Kaskade an eine konstante Stromquelle gelegt sind, dadurch gekennzeichnet , daß die Basis von einem dieser Halbleiterschalter mit einer Trigger-Impuls-Quelle und über einen Widerstand mit seinem Emitter verbunden ist und daß bei jedem der anderen Halbleiterschalter jeweils die Basis mit dem Emitter verbunden ist.

   Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterschalter (Tl), der mit der Trigger-Impuls-Quelle (A) verbunden ist, zwischen der Speisespannung und einem der anderen Halbleiterschalter liegt.

   Schaltkreis nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei jedem der anderen Halbleiterschalter ein Widerstand (R) zwischen seiner Basis und seinem Emitter liegt.

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