AT395921B - Anordnung zum schutz eines halbleiterelements gegen schaeden durch elektrische beanspruchung - Google Patents

Description

AT 395 921B

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Schutz eines Halbleiterelements gegen Schäden durch elektrische Beanspruchung infolge zufällig auftretend»' vorübergehender Hochspannungen, welche übermäßige Sperrströme an einen Halbleiterübergang hervomifen, wobei das Halbleiterelement von einem ersten Polaritätstyp ist und der Halbleiterübergang des Halbleiterelements, der durch elektrische Beanspruchungen beschädigt werden kann, wenn die vorübergehenden Spannungen einen vorgegebenen Pegel überschreiten, an einen Schaltungspunkt angekoppelt ist, an welchem die vorübergehenden Spannungen auftreten können, wobei die Schutzschaltung weiters e:nen Schutztransistor mit einem an eine Betriebsspannung angekoppelten Kollektor, einer Basis und einem an den Schaltungspunkt angekoppelten Emitter aufweist.

Hochspannungs-Übergangserscheinungen, die ein Halbleiterübergangs-Element, die einen Transistor beschädigen können, können auf verschiedene Weise entstehen. In einem Fernsehempfänger mit einer Bildwiedergaberöhre können beispielsweise solche Übergangserscheinungen auftreten, wenn in der Bildröhre Hochspannungsüberschläge auftreten. Diese Übergangserscheinung»! können von solch» Größe, Polarität oder genügender Dauer sein, um Transistoren zu beschädigen oder zu zerstören, die in Signalverarbeitungsschaltungen des Empfängers enthalten sind, indem sie beispielsweise die Sperrdurchbruchsspannung der Transistoren überschreiten und bewerten, daß übermäßig hohe Ströme in Sperrichtung fließen. Solche Wirkungen werden typischerweise beobachtet, wenn die Hochspannungs-Übergangserscheinungen an Schaltungspunkten oder Anschlüssen induziert werden, mit welchen die Transistoren verbunden sind, und sie führen insbesondere zu Problemen bei einem System bei einer oder mehreren integrierten Schaltungen, die empfindliche, mit niedrigen Signalpegeln arbeitende Transistorschaltungen enthalten. Im Falle eines Bipolartransistors können übermäßige Sperrströme im Basis-Emitter-Übergang den Transistor zerstören oder dazu führen, daß die Stromverstärkung des Transistors auf die Dauer beeinträchtigt wird.

Zur Unterdrückung der Auswirkungen vorübergehender Hochspannungen (hier als Hochspannungs-Übergangserscheinungen bezeichnet) können verschiedene Schutzschaltungen benutzt werden.

Man kann geeignet gepolte Halbleiterdioden an Schaltungspunkten verwenden, um die Hochspannungen von den zu schützenden Transistoren äbzuleiten. Zu diesem Zweck können Dioden benötigt werden, die nicht nach den üblichen Techniken und Konfigurationen hergestellt sind. Dioden entsprechend solchen Erfordernissen sind oft unerwünscht, insbesondere bei integrierten Schaltungen, da diese Erfordernisse das Herstellungsverfahren der integrierten Schaltung komplizieren. In jedem Falle muß man dafür sorgen, daß die Dioden genügend Verlustleistung vertragen, um die durch die Übergangserscheinungen bedingten elektrischen Belastungen zu vertragen, ohne zerstört zu werden, und weiterhin dürfen diese Dioden allein oder in Verbindung mit irgendwelchen zugehörigen, schwellwertbestimmenden Vorspannungsschaltungen die gewünschten Impedanzeigenschaften oder das Hochfrequenzverhalten der zu schützenden Signalschaltungen nicht beeinträchtig»!.

Man kann auch Widerstände oder speziell bemessene Impedanzelemente zur Unterdrückung der Übergangshochspannungen verwenden. Jedoch können solche Elemente in vielen Schaltungsanwendungen zu kostspielig oder aus Konstruktionsgründen anderweitig unzweckmäßig sein und die Impedanzeigenschaften und das Frequenz-verhalten der Signalverarbeitungsschaltungen, bei welchen sie verwendet werden, beeinträchtigen.

Es ist auch bereits eine aktive Transistorschutzschaltung in Kombination mit einer Abfühlimpedanz benutzt worden, die an einen Schaltungspunkt, an welchem die Hochspannungsübergänge auftreten, und an die zu schützende Schaltung angekoppelt ist. Bei dieser Anordnung dient der Schutztransistor zur Ableitung von durch die Übergangsspannungen induzierten Strömen von d» zu schützenden Schaltung, wenn der Schutztransistor bei Auftreten einer Schwellwertleitungsspannung an der Abfühlimpedanz aktiviert ist Diese Anordnung ist zum Schützen einer Signalverarbeitungsschaltung jedoch unzweckmäßig, weil die Abfühlimpedanz die Impedanz verändert, die andernfalls der zu schützenden Signalverarbeitungsschaltung zugeordnet ist und sie kann auch hochfrequente Signale dämpfen, die normalerweise an dem Anschluß auftreten, indem sie ein Tiefpaßfilter zusammen mit parasitären Kapazitäten bildet die an dem Anschluß wirksam sein können.

Es sind bereits zahlreiche Arten von Überstrom-Schutzschaltungen bekannt Die DE-AS 2462 227 offenbart beispielsweise einen Verstärker mit einer Überstrom-Schutzschaltung, wobei ein Stromfühlwiderstand im Emitterkreis eines PNP-Transistors angeordnet ist und ein NPN-Klemmtransistor das Basis-Emitterpotential des PNP-Transistors begrenzt, womit auch der maximale Ausgangsstrom dieses Transistors begrenzt wird. Aus der AT-PS 301670 ist eine Überlast-Schutzschaltung bekannt bei der der Ausgang eines Stromfühlwiderstands im Kollektorkreis eines Ausgangstransistors über einen Spannungsteiler einem Klemmtransistor an der Basis zugeführt wird, welcher die maximale Basisansteuerung des Ausgangstransistors als Funktion des erfaßten Kollektorstroms verändert, wodurch der maximale Ausgangsstrom des Ausgangstransistors begrenzt wird. Die AT-PS 328 538 beschreibt eine Überstrom-Schutzschaltung mit indirekter Stromerfassung, wobei die Basis-Emitter-Übergänge eines Leistungstransistors und eines Hilfstransistors parallel geschaltet sind und der Kollektorstrom des Hilfstransistors über einen Stromfühlwiderstand erfaßt wird, um eine Klemmschaltung für die Basiselektroden des Leistungstransistors und des Hilfstransistors anzusteuem und somit den maximalen Ausgangsstrom des Leistungstransistors zu begrenzen.

Bei allen oben angeführten bekannten Lösungen wird ein Stromabfühlwiderstand verwendet, um den Ausgangsstrom eines Ausgangstransistors direkt oder indirekt zu »fassen, wobei dieser Widerstand mit einem Klemmtransistor zur Begrenzung des Eingangssignals für den Ausgangstransistor gekoppelt ist, sodaß der Ausgangstransistor vor übermäßigen Lastströmen geschützt wird. Die Erfindung ist darauf abgezielt, den Bedürfnis- -2-

AT 395 921 B sen nach einer Schutzschaltung gegen einen Durchbruch des Basis-Emitter-Übergangs des geschützten Transistors in Rückwärtsrichtung zu entsprechen und Stromfühlwiderstände unnötig zu machen, wobei die Schutzschaltung die Eingangsimpedanzeigenschaften des zu schützenden Transistors nicht verändert.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung der eingangs angeführten Art zu schaffen, welche die oben genannten Nachteile vermeidet und sich besonders zur Herstellung in ein» integrierten Schaltung, welche auch die zu schützende Schaltung enthält, eignet. Dieser Schutz soll mit einem Minimum an Komponenten ur 1 ohne nachteilige Beeinträchtigung des Frequenzverhaltens oder der Impedanzeigenschaften der geschützten Schaltung erzielt werden.

Diese Aufgabe wird erfmdungsgemäß dadurch gelöst, daß der Schutztransistor vom ersten Polaritätstyp ist, daß eine Vorspannungsquelle eine Bezugsvorspannung an die Basis liefert, daß die Bezugsvorspannung die Basis-Emitter-Strecke des Schutztransistors in Sperrichtung vorspannt, so daß der Schutztransistor im Normalbetrieb gesperrt ist, und daß die Bezugsvorspannung den Basis-Emitter-Übergang des Schutztransistors in Durchlaßrichtung vorspannt, wenn die vorübergehenden Spannungen einen Schwellwert überschreiten, der unterhalb des vorgegebenen Wertes liegt

Gemäß einer Ausführung der Erfindung ist der Emitter des Schutztransistors mit dem zu schützenden Halbleiterelement verbunden, wobei zwischen dem Schaltungspunkt und dem Halbleiterelement praktisch keine Offsetspannung (Offsetspannung im wesentlichen 0) auftritt

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß das Halbleiterelement und der Schutztransistor in einer Videosignalverarbeitungsschaltung eines Fernsehempfängers mit einer Bildwiedergaberöhre enthalten sind, daß für die Bildwiedergaberöhre eine eine Hochspannung liefernde Betriebsspannungsquelle vorgesehen ist, und daß der Schaltungspunkt an einer Stelle liegt, an der durch Bildröhrenüberschläge verursachte vorübergehende Hochspannungen auftreten. Dieses Merkmal ist für die Videosignalverarbeitungsschaltung eines Fernsehempfängers besonders vorteilhaft.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß ein einstellbarer Spannungsteiler zwischen einen ersten und einen zweiten Betriebspotentialpunkt geschaltet ist und einen mit dem Schaltungspunkt gekoppelten einstellbaren Abgriff aufweist, und daß eine Vorspannungsschaltung zur Vorspannung des Schutztransistors vorgesehen ist, wobei dieser bei Einstellungen des Spannungsteilers zwischen Minimal- und Maximalextremwerten gesperrt bleibt, sofern keine Überspannungen auftreten.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß die Vorspannungsschaltung einen Transistor enthält, an dessen Basis eine Bezugsvorspannung geführt ist, dessen Kollektor mit einer Betriebsspannung gekoppelt ist und dessen Basis-Emitter-Übergang in Reihe mit dem Basis-Emitter-Übeigang des Schutztransistors zwischen der Bezugsvorspannung und dem Schaltungspunkt liegt

In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 ein Teil eines Fernsehempfängers mit einer Schaltung, welche eine gemäß der Erfindung ausgebildete Schutzschaltung enthält

Fig. 2 bis 5 Ausführungsformen der Schutzschaltung gemäß der Erfindung zusammen mit zu schützenden Schaltungen und

Figur 6 eine Darstellung zur Erläuterung der Betriebsweise der in den Figuren 2 bis 5 gezeigten Schaltungen.

Gemäß Figur 1 werden Leuchtdichtesignale von einer Quelle (10) und Farbsignale von einer Quelle (12) getrennten Signaleingangsanschlüssen (T·) einer Leuchtdichte- und Farbsignal-Verarbeitungsschaltung (15) zugeführt, die in einem Farbfernsehempfänger enthalten sind. Die Schaltung (15) (beispielsweise eine integrierte Schaltung) erzeugt in bekannter Weise in Abhängigkeit von den Eingangsleuchtdichte- und -farbsignalen Farbbildsignale (R, G) und (B). Diese werden über eine nicht dargestellte Ausgangsstufe getrennten Kathoden einer Farbbildröhre (18) zur Intensitätssteuerung zugeführt. Einer Betriebsspannungsquelle (19) werden mehrere Betriebsspannungen für die Bildröhre (18) entnommen: hierbei handelt es sich um eine Hochspannung in der Größenordnung von 25.000 Volt für die Anode der Bildröhre (18), und um Spannungen in der Größenordnung einiger Hundert Volt für die anderen Elektroden der Bildröhre (also Kathode, Schirmgitter und Fokuselektroden).

Die Signalverarbeitungsschaltung (15) hat mit den Eingangsanschlüssen (Tj) gekoppelte Eingangsschaltungen, die beschädigt oder zerstört werden können, wenn an den Anschlüssen der Schaltung (15) hohe Spannungen auftreten. Bei einem Fernsehempfänger liegt die Hauptquelle solcher Hochspannungen in Übergangsspannungen, die bei Überschlägen in der Bildröhre auftreten. Bildröhrenüberschläge können beispielsweise bei Servicearbeiten zwischen der Hochspannungsanode und dem Empfängerchassis auftreten. Überschläge in der Bildröhre können aber auch in normalem Betrieb unvorhergesehenermaßen zwischen der Anode und einer oder mehreren der anderen Bildröhrenelektroden (die auf niedrigerem Potential liegen) auftreten. Auf alle Fälle führen Bildröhrenüberschläge zum Auftreten kurzzeitiger Hochspannungsschwingungen, deren positive und negaüve Spannungsspitzen an den Schaltungsanschlüssen oft größer als 100 Volt sind und zeitlich zwischen 1 und mehreren ps liegen.

Eine Schutzschaltung für in der Verarbeitungsschaltung (15) (Fig. 1) enthaltene Schaltungen gegen Beschädigungen infolge von vorübergehenden Hochspannungen ist in Fig. 2 gezeigt -3-

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In Fig. 2 sieht man eine Signalverarbeitungsschaltung (20) mit einem NPN-Verstärkertransistor (22) für Kleinsignalverstärkung und einem zugehörigen Basisvorspannungswiderstand (24). Zu verstärkende Eingangs-Signale werden der Basis des Transistors (22) über einen Anschluß (Tj) zugeführt. Am Kollektorausgang des Transistors (22) treten verstärkte Signale auf, und diese werden nicht dargestellten nachfolgenden Signalübertragungsstufen zugefiihrt.

Die Anordnung nach Fig. 2 enthält auch eine Schutzschaltung (25) mit einem NPN-Transistor (28), der mit seinem Emitter unmittelbar am Anschluß (Tj) liegt und dessen Basis einer Bezugsvorspannung (beispielsweise Massepotential) zugeführt wird und dessen Kollektor an einer positiven Betriebsspannung (+VCC) liegt Im hier beschriebenen Beispiel ist der Transistor (28) gleich oder ähnlich dem Transistor (22). Ein Widerstand (29) im Kollektorkreis des Transistors (28) stellt symbolisch den verteilten Kollektorzonenwiderstand des Transistors (28) dar. Der Transistor (28) ist normalerweise gesperrt und dient in diesem Beispiel nicht als Signalverstärkungselement und ist nicht in einem Signalverarbeitungsweg enthalten. Die Schaltungen (20) und (25) können einfach gemeinsam in einer einzigen integrierten Schaltung herstellt werden, wobei der Anschluß (Tj) ein äußerer Verbindungsanschluß der integrierten Schaltung ist.

Ehe in Fig. 2 weiter erörtert wird, sei Bezug auf die Darstellung nach Fig. 6 genommen.

Fig. 6 zeigt einen Querschnitt durch eine Halbleiter-Transistoranordnung, wie sie für die Transistoren (22) und (28) in Figur 2 verwendet werden kann. Die Anordnung weist ein geerdetes Substrat aus P-leitendem Halbleitermaterial auf, ferner eine Kollektorzone aus N-leitendem Material, die auf das Substrat diffundiert ist, sowie eine Basiszone aus P-leitendem Material, welche in das N-leitende Kollektormaterial hineindiffundiert ist, und eine Emitterzone aus N-t-leitendem Material, welche wiederum in die Basiszone hineindiffundiert ist. Die Basis-Emitter- bzw. Kollektorzonen sind jeweils mit entsprechenden leitenden Kontaktanschlüssen versehen. Über dem Halbleitermaterial liegt eine Isolierschicht. Ein Widerstand (r£) stellt symbolisch den verteilten Halbleiterwiderstand der Kollektoizone dar.

Betrachtet man Figur 6 gemeinsam mit Figur 2, dann sieht man, daß der Signaltransistor (22) beschädigt oder zerstört werden kann, wenn vorübergehende Spannungen negativer Polarität und großer Amplitude auftreten, wie sie am Eingangsanschluß (Tj) bei Bildröhrenüberschlägen Vorkommen können. Solche negativen Spannungsübergänge (die häufig mehr als 100 Volt zwischen ihren Spitzenamplituden haben), zerstören mit Wahrscheinlichkeit den Emitter-Basis-Übergang des Transistors (22) infolge übermäßiger kurzzeitiger Verlustleistung in der Sperrschicht, wenn sie die Emitter-Basis-Sperrdurchbruchsspannung des Transistors (22) überschreiten. Insbesondere leitet der Transistor (22) stark in Emitter-Basis-Sperrichtung bei den großen negativen Spannungsübergängen, und zwar proportional der Größe, um welche diese Spannungsübergänge die Emitter-Basis-Sperrdurchbruchsspannung von etwa 7 Volt überschreiten. Gemäß Figur 6 tritt ein Emitter-Basis-Sperrstrom hoher Dichte mit entsprechend starker Erhitzung in diese Beispiele hauptsächlich im Bereich (d) der Emitter-Basis-Sperrschicht auf, wobei eine thermische Zerstörung dieser Sperrschicht an diesem Punkt wahrscheinlich ist, wenn keine Schutzmaßnahmen vorgesehen werden. Auch der Basisvorspannungs-Widerstand (24) kann zerstört werden, wenn der Transistor (22) und der Widerstand (24) in derselben integrierten Schaltung ausgebildet sind, da kleinflächige integrierte Widerstände typischerweise nicht in der Lage sind, eine große Menge thermischer Energie abzuleiten, wie sie bei Strömen infolge von hohen Übergangsspannungen verursacht werden.

Eine Zerstörung des Signaltransistors (22) durch starke negative Übergangsspannungen wird verhindert durch den Schutztransistor (28). Die Hauptstromstrecke (Kollektor-Emitter-Strecke) des Transistors (28) liegt in diesem Beispiel ohne weitere dazwischengeschaltete Elemente zwischen einer Quelle positiver Betriebsgleichspannung (+VCC) und dem Eingangsanschluß (Tj) (man erinnere sich, daß der Widerstand (28) symbolisch den verteilten Kollektorzonenwiderstand darstellt, der in Figur 6 mit (rc) veranschaulicht ist). Eine Zugspannung vorbestimmter Größe dient der Sperrvorspannung der Kollektor-Basis-Strecke des Transistors (28) und spannt die Basis des Schutztransistors (28) so vor, daß sich ein gewünschter Schwellwertleitungspegel für den Transistor (28) ergibt.

Wenn die dem Transistor (28) zugeführte Bezugsvorspannung beispielsweise dem Massepotential (0 Volt) entspricht, dann leitet der Transistor (28), wenn die Emitterspannung des Transistors (28) im wesentlichen gleich oder kleiner als die Summe der Bezugsvorspannung plus der Basis-Emitterübergangs-Offset-Spannung des Transistors (20) (etwa 0,7 V) ist. Demgemäß führt eine negative Übergangsspannung am Anschluß (Tj), deren Größe minus 0,7 V übersteigt, dazu, daß der Transistor (28) leitet. Wenn der Transistor (28) aber leitet, dann bildet er einen Strompfad zur Ableitung von Strömen, die durch die Übergangsspannung hervorgerufen werden, vom Signaltransistor (22). In diesem Weg fließt Strom von der Betriebsspannungsquelle (+V£C) durch die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors (28) und über den Anschluß (Tj) zu der Quelle der Übergangsspannung. Diese Art der Stromführung von der Betriebsspannungsquelle ist vorteilhaft bei einer integrierten Schaltung, da sie die Wahrscheinlichkeit minimal hält, daß zerstörende Übergangsspannungseffekte über das gemeinsame Substratmaterial in anderen Bereichen der integrierten Schaltung auftreten.

In diesem Beispiel ist der Transistor (28) so vorgespannt, daß er leitet, ehe die Sperrdurchbruchsspannung (etwa 7 V) für die Emitter-Basis-Strecke des Signaltransistors (22) erreicht ist. Da im Signaltransistor (22) kein -4-

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Emitter-Basis-Sperrstrom fließt, ehe die Sperrdurchbrachsspannung erreicht ist, fließen im Transistor (22) keine Ströme infolge von Übergangsspannungen, wenn der Schutztransistor (28) leitet. Es sei darauf hingewiesen, daß bei leitendem Schutztransistor (28) die Spannung am Anschluß (Tj) und damit die Basisspannung des Signaltransistors (22) praktisch auf einen Spannungspegel geklemmt werden, der gleich der Größe der Basisbezugsvorspannung des Transistors (28) abzüglich der Basis-Emitter-Sperrschicht-Offsetspannung des Transistors (28) ist. Die Größe der dem Transistor (28) zugeführten Bezugsvorspannung kann so gewählt werden, Jaß sie den Erfordernissen einer bestimmten Schaltung entspricht und den Schutztransistor arbeiten läßt, ehe im Signaltransistor (22) zerstörende Werte des Sperrstromes auftreten.

Die Schutzschaltung nach Fig. 2 weist eine Reihe vorteilhafter Merkmale und Eigenschaften auf.

Die Schutzschaltung enthält eine minimale Anzahl von Komponenten, da nur ein einziger Transistor benötigt wird

Dieser Transistor braucht nicht für große Verlustleistung bemessen zu sein und kann vom gleichen Typ wie der Kleinsignaltransistor (22) sein. Daher kann die Schutzschaltung vorteilhafterweise in einer integrierten Schaltung verwendet werden, wo die verfügbare Fläche begrenzt ist In diesem Zusammenhang ist zu bemerken, daß der Schutztransistor (28) von Haus aus eine Selbstbegrenzung der Stromleitung aufgrund der Übergangserscheinungen aufweist, wenn er bei vorübergehenden Hochspannungen im gesättigten und ungesättigten Zustand leitet Diese inhärente begrenzte Übergangsstromleitung ist auf den verteilten Kollektorwiderstand des Transistors (28) (der Widerstand (rc) in Fig. 6) zurückzuführen und erlaubt die Verwendung eines Schutztransistors mit üblicher Konfiguration seines Emitter-Basis-Bereiches. Es kann jedoch auch ein separater Strombegrenzungs-Kollektorwiderstand verwendet werden, wenn sich dies als notwendig erweisen sollte.

Weiterhin ist zu bemerken, daß die Basis-Bezugsvorspannung, welche den Leitungsschwellwert des Schutztransistors (28) bestimmt, der Schutzschaltung getrennt von der geschützten Schaltung zugeführt wird und in diesem Beispiel unabhängig von der (Basis-)Vorspannung des geschützten Transistors (22) bestimmt werden kann. Daher läßt sich die Größe der Schwellwertbezugsspannung des Schutztransistors (28) unabhängig von den Vorspannungserfordemissen der zu schütztenden Schaltung bestimmen.

Es sei auch daraufhingewiesen, daß die Schutzschaltung (25) das Hochfrequenzverhalten (am Eingang) der Signalschaltung (20) nicht verändert, ebenso wenig wie die für Signalverarbeitungszwecke maßgebende Eingangsimpedanz der Schaltung (20).

Die Schutzschaltung (25) ist so ausgebildet, daß sie am Anschluß (Tj) und für die zu schützende Schaltung unter normalen Bedingungen, wenn der Schutztransistor (28) nicht leitet, eine erwünscht hohe Impedanz darbietet. Diese Impedanz umfaßt die Impedanz des in Sperrichtung vorgespannten Basis-Emitter-Übergangs des Transistors (28) einschließlich der sehr kleinen parasitären Emitterkapazität des Transistors (28) (im Vergleich zu der wesentlich größeren parasitären Kollektorimpedanz). Die Schutzschaltung ergibt keine zusätzliche Impedanz zwischen dem Anschluß (Tj) und der Schaltung (20). Somit führt die beschriebene Schutzschaltung keine Impedanz ein, welche die andernfalls den Eingang der Schaltung (20) zugeordnete Impedanz verändern würde, noch führt zu einer Impedanz, welche zusammen mit der parasitären Kapazität, welche typischerweise am Anschluß (Tj) herrscht, ein Tiefpaßfilter bilden würde.

Die Bemerkungen bezüglich der Betriebsweise und der Eigenschaften der Schaltung nach Fig. 2 gelten im wesentlichen auch für die abgewandelten Ausführungsformen gemäß den Fig. 3,4 und 5.

Figur 3 zeigt eine Schaltung mit einem PNP-Signalverstärkertransistor (32) in einer Signalverarbeitungsschaltung (30) und mit einem PNP-Schutztransistor (38) in einer Schutzschaltung (35). Diese Anordnung dient dem Schutz des PNP-Signaltransistors (32) gegen Schäden durch einen Sperrdurchbruch des Emitter-Basis-Übergangs bei hohen positiven vorübergehenden Spannungen, die am Anschluß (Tj) mit einer Größe auftreten können, welche einen solchen Sperrdurchbruch hervorrufen kann.

Figur 4 zeigt eine Signalverarbeitungsschaltung (40) mit einem NPN-Signaltransistor (42), der gegen Schäden durch sowohl negative wie auch positive vorübergehende Hochspannungen geschützt ist. Zu diesem Zweck enthält die Anordnung nach Fig. 4 eine erste Schutzschaltung (45) mit einem NPN-Schutztransistor (46) zum Schutze des Signaltransistors (42) gegen Schäden infolge großer negativ« vorübergehender Spannungen, und eine zweite Schutzschaltung (48) mit einem PNP-Schutztransistor (49) zum Schutze des Signaltransistors (42) gegen Beschädigungen infolge großer positiver vorübergehender Spannungen. Die Schutzschaltungen (45) bzw. (48) entsprechen den Schutzschaltungen (25) bzw. (35) in den Fig. 2 und 3.

Figur 5 zeigt eine Anordnung, bei welcher ein Abgriff eines Potentiometers (59) (beispielsweise eines einstellbaren Verstärkungsregelpotentiometers) an den Anschluß (T·) zur Einstellung der Verstärkung eines NPN-Transistors (52) in einer Signalverarbeitungsschaltung (50) angeschlossen ist Hierbei ist es erwünscht, daß die Potentiometerabbruchsspannung im wesentlichen über den gesamten Bereich der dem Potentiometer zugeführten Betriebsspannung, zwischen 0 Volt (Massepotential) und +12 Volt, einstellbar sein soll. Eine solche Steuereinrichtung oder eine äquivalente Anordnung findet man häufig bei Signalverarbeitungsschaltungen eines Fernsehempfängers.

Im vorliegenden Beispiel ist der Schaltung (50) und dem Anschluß (Tj) eine Schutzschaltung (55) mit NPN-Transistoren (56) und (57) zugeordnet. Die Basis-Emitter-Strecken der Transistoren (56) und (57) sind -5-

Claims (5)

1. AT 395 921B in Reihe zwischen eine Bezugsvorspannung von 0 Volt (Masse) und den Anschluß (Tj) geschaltet. Die Kollektoren der Transistoren (56) und (57) sind zusammengeschaltet und an eine Betriebsspannungsquelle (+VCC) angeschlossen. Die Anordnung der Schutzschaltung (55) ermöglicht den gewünschten Bereich der Einstellspannung des Potentiometers (59) (0 Volt bis +12 Volt) am Anschluß (Tj) und unbeeinflußt von der Schutzschaltung. In diesem Zusammenhang sei noch darauf hingewiesen, daß jeder der Transistoren (56) und (57) eine Emitter-Basis-Sperrdurchbruchsspannung von etwa 7 Volt hat, so daß die Gesamtsperrdurchbruchsspannung für die Kombination der Transistoren (56) und (57) etwa 14 Volt beträgt. Bei normalen Betriebsbedingungen (wenn also keine Übergangsspannungen auftreten), neigen die Transistoren (56) und (57) nicht in Sperrichtung, weil ihre Gesamtsperrdurchbruchsspannung nicht überschritten wird, wenn am Abgriff des Potentiometers (59) die (maximale) positive Einstellspannung von +12 Volt liegt. Die beschriebenen Schutzschaltungen eignen sich zum Schutz jeglicher Elemente mit Halbleiterubergang (also einschließlich Transistoren, Dioden und Widerständen, insbesondere in einer integrierten Schaltung), welche relativ kleinflächig ausgebildet sind und nicht in der Lage sind, große Energiemengen sicher als Verlustleistung abzuleiten oder zu begrenzen, wie sie durch vorübergehende Hochspannungen verursacht werden. Weiterhin können die beschriebenen Schutzschaltungen sowohl zum Schutz von Eingangs- wie auch Ausgangsschaltungspunkten und -anschlüssen benutzt werden. PATENTANSPRÜCHE 1. Anordnung zum Schutz eines Halbleiterelements gegen Schäden durch elektrische Beanspruchung infolge zufällig auftretender vorübergehender Hochspannungen, welche übermäßige Sperrströme an einen Halbleiterübergang hervorrufen, wobei das Halbleiterelement von einem ersten Polaritätstyp ist und der Halbleiterübergang des Halbleiterelements, der durch elektrische Beanspruchungen beschädigt werden kann, wenn die vorübergehenden Spannungen einen vorgegebenen Pegel überschreiten, an einen Schaltungspunkt angekoppelt ist, an welchem die vorübergehenden Spannungen auftreten können, wobei die Schutzschaltung weiters einen Schutztransistor mit einem an eine Betriebsspannung angekoppelten Kollektor, einer Basis und einem an den Schaltungspunkt angekoppelten Emitter aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutztransistor (28) vom ersten Polaritätstyp ist, daß eine Vorspannungsquelle eine Bezugsvorspannung an die Basis liefert, daß die Bezugsvorspannung die Basis-Emitter-Strecke des Schutztransistors (28) in Sperrichtung vorspannt, so daß der Schutztransistor (28) im Normälbetrieb gesperrt ist, und daß die Bezugsvorspannung den Basis-Emitter-Über-gang des Schutztransistors (28) in Durchlaßrichtung vorspannt, wenn die vorübergehenden Spannungen einen Schwellwert überschreiten, der unterhalb des vorgegebenen Wertes liegt
2. 2. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter des Schutztransistors (28) mit dem zu schützenden Halbleiterelement (22) zusammengeschaltet ist und daß zwischen dem Schaltungspunkt (Tj) und dem Halbleiterelement im wesentlichen keine Offsetspannung herrscht.
3. 3. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterelement (22) und der Schutztransistor (28) in einer Videosignalverarbeitungsschaltung eines Fernsehempfängers mit einer Bildwiedergaberöhre (18) enthalten sind, daß für die Bildwiedergaberöhre (18) eine eine Hochspannung liefernde Betriebsspannungsquelle (19) vorgesehen ist, und daß der Schaltungspunkt (Tj) an einer Stelle liegt, an der durch Bildröhrenüberschläge verursachte vorübergehende Hochspannungen auftreten.
4. 4. Schutzschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein einstellbarer Spannungsteiler (59) zwischen einen ersten und einen zweiten Betriebspotentialpunkt geschaltet ist und einen mit dem Schaltungspunkt (Tj) gekoppelten einstellbaren Abgriff aufweist, und daß eine Vorspannungsschaltung (56) zur Vorspannung des Schutztransistors (57) vorgesehen ist, wobei dieser bei Einstellungen des Spannungsteilers zwischen Minimal- und Maximalextremwerten gesperrt bleibt, sofern keine Überspannungen auftreten.
5. 5. Schutzschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannungsschaltung einen Transistor (56) enthält, an dessen Basis eine Bezugsvorspannung geführt ist, dessen Kollektor mit einer Betriebsspannung (+VCC) gekoppelt ist und dessen Basis-Emitter-Übergang in Reihe mit dem Basis-Emitter-Übergang des Schutztransistors (57) zwischen der Bezugsvorspannung und dem Schaltungspunkt (Tj) liegt Hiezu 2 Blatt Zeichnungen -6-