DE1025449B - Transistorschaltvorrichtung mit hoher Schaltleistung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen zur elektronischen Schaltung unter Verwendung von Transistoren, wobei man elektrische Stromkreise öffnen bzw. schließen kann, wie z. B. diejenigen, welche man in den Fernsteuerungssystemen, bei Rechenmaschinen usw. verwendet, im besonderen jedesmal dann, wenn es sich darum handelt, von der Elektronik über die Elektromechanik auf die Mechanik überzugehen.

Derartige Vorrichtungen existieren bereits, aber sie sind nur für schwache Leistungen bestimmt. Die üblichen Elektronenröhren lassen nämlich nur geringe Stromstärken zu, wohingegen die Transistoren, wenn sie auch ziemlich hohe Stromstärken liefern können, dennoch einen nur beschränkten Verwendungsbereich haben, und zwar infolge der verhältnismäßig geringen Spannung, welche man an dieselben legen kann.

Das Ziel der Erfindung ist eine elektronische Vorrichtung mit Transistoren, die in der Lage ist, den Schaltorganen, wie z. B. Relais, erhebliche Stromstärken unter hohen Spannungen zuzuführen, unter Beibehaltung der der elektronischen Schaltung mit Transistoren eigenen Vorzüge, als da sind: Fehlen schlechter Kontakte, Fehlen des Rückpralls von Relaisankern, Zeitraum bis zum Ansprechen vernachlässigbar, geräuschloses Arbeiten, Möglichkeit der Verwendung, sobald die Vorrichtung unter Spannung ist, praktisch keine Unterhaltung notwendig usw.

Der Erfindung zufolge besteht der elektronische Schalter mit Transistoren aus einer gewissen Anzahl von Transistoren in Kaskadenschaltung und ist unter sich derart verbunden, daß in keinem Augenblick irgendeiner dieser Transistoren unter einer Spannung steht, die einen vorher nach den Kennwerten der verwendeten Transistoren bestimmten Wert übersteigt. Die am Schalter verfügbare maximale Spannung ist die Summe der maximalen Spannungen, die an jeden der Transistoren des Systems gelegt werden können, während die am Schalter verfügbare maximale Stromstärke die gleiche ist wie diejenige eines Transistors allein.

Die Kaskadenschaltung der Transistoren ist derart, daß das Sperren eines gewissen Transistors das Sperren des folgenden Transistors nach sich zieht und damit aller folgenden Transistoren.

Dieses Ergebnis erzielt man einerseits durch eine direkte Verbindung des Kollektors eines Transistors mit dem Emitter des folgenden Transistors, andererseits durch ein Netz geeigneter Widerstände, welches das gemeinsame Potential dieser beiden Elektroden gegenüber demjenigen der Basis des folgenden Transistors festlegt.

Die Erfindung wird nunmehr an Hand zweier Beispiele erfindungsgemäßer Schaltvorrichtungen unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.

Fig. 1 derselben ist das Schaltschema eines Schalters mit zwei Transistoren;

Transistorschaltvorrichtung
mit hoher Schaltleistung

Anmelder:

Roger Sourgens, Bellevue,

und Raymond Chollet, Boissy Saint Leger

(Frankreich)

Vertreter: Dr. M. Eule, Patentanwalt,
München 13, Kurfürstenplatz 2

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 29. Februar 1956

Roger Sourgens, Bellevue,

und Raymond Chollet, Boissy Saint Leger (Frankreich), sind als Erfinder genannt worden

Fig. 2 ist das Schaltschema eines Schalters mit vier Transistoren.

Der Schalter nach Fig. 1 besteht aus zwei mit 1 und 2 bezeichneten Transistoren. Der Kollektor des ersteren ist direkt angeschlossen an den Emitter des zweiten, und ihr gemeinsames Potential wird bestimmt durch ein Netz von Widerständen 22, 23 und 21, wobei der letztgenannte der Widerstand des Basisstromkreises des Transistors 2 und geerdet ist, sowie durch die Leitfähigkeit der Transistoren. Die Basis des Transistors 1 wird über den Widerstand 16 an eine Quelle negativer Spannung, — B, angeschlossen. Diese Spannungsquelle hat eine größere elektromotorische Kraft, als sie ein Transistor zwischen seinem Emitter und seinem Kollektor aushalten kann. Ein Zahlenbeispiel hierfür soll in nachstehendem noch gegeben werden. Der Emitter des Transistors 1 wird auf ein Potential gebracht, das gegenüber der Masse leicht negativ ist, und zwar mit Hilfe eines Spannungsteilers, der aus den Widerständen 10 (von geringem Wert) und 15 (von hohem Wert) besteht. Dieser Spannungsteiler ist zwischen die Masse und die Quelle negativer Spannung, — B, geschaltet. Schließlich ist auch der Kollektor des Transistors 2 mit der negativen Spannungsquelle — B verbunden, und zwar über den Verbraucher 26, welcher beispielsweise die Wicklung eines Relais 27 sein kann.

Wenn die mit der Basis des Transistors 1 verbundene Klemme 3 auf das Potential Null gebracht wird, dann ist der Transistor 1 gesperrt, und das Potential seines Kollek-

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tors wird bestimmt durch den aus den Widerständen 23 und 21 bestehenden Spannungsteiler. Wenn diese beiden Widerstände beispielsweise den gleichen Wert haben, dann befindet sich das Potential des Kollektors des

Transistors 1 auf etwa

Der mit 47 bezeichnete Verbraucher befindet sich in dem Stromkreis der Kollektorelektrode des Transistors 4. Der innere Widerstand des Verbrauchers ist mit 46 bezeichnet.

Bei diesem Schalter sperrt oder entsperrt jeder Transistor den unmittelbar darauffolgenden Transistor, je zwischen Emitter und Kollektor gelegte Spannung beträgt nachdem ob er selbst gesperrt bezw. entsperrt ist.

. ... , B ,_r .. _, . , , , -τ, , ,. , , Wird die Klemme 3 auf das Potential Null gebracht,

also annähernd — Volt. Ebenso ist auch das Potential des , , i_J1T

2 dann sind alle Transistoren gesperrt, und durch den

„.^ „ · j. η ι · r. ^B -η- τ, · jj ¹⁰ Verbraucherstromkreis 47 fließt ein Strom, der praktisch

Emitters von Transistor 2 gleich —■ —. Die Basis und der ι · -u ν π · + τν τ> * *· ι j. t^ π ι * j τ

^b ° gleich Null ist. Die Potentiale der Kollektoren der Tran-

—. Die an den Transistor 1

Emitter des Transistors 2 sind alle beide auf dem Poten- B

-. Da Basis und Emitter des Transistors 2 auf dem

sistoren in der Reihenfolge 1,2, 3 und 4 betragen auf praktisch

gleichen Potential sind, ist dieser letztere gesperrt. Infolge- ¹S dessen ist die Stromstärke am Kollektor fast gleich Null, und das Potential dieses letzteren befindet sich sehr nahe B. Da der Transistor 2 seinen Kollektor auf dem

B und - B.

Potential — B und seinen Emitter auf dem Potential

hat, beträgt die Spannung zwischen Emitter und Kollektor 4 Volt.
Wird über Klemme 3 ein negatives Potential zugeführt,

Wird die Klemme 3 auf ein negatives Potential gebracht, dann werden die Transistoren entsperrt und von einem erheblichen Strom durchflossen, dessen Stärke hauptsächlich von dem durch 47 und den Widerstand 46 verkörperten Verbraucherstromkreis abhängt.

Bei den üblichen Transistoren, die eine Höchstspannung von 30 Volt zulassen, kann man — B den Wert — 100 Volt geben und damit einen Verbraucherstromkreis für

dann entsteht im Transistor 1 ein Emitterstrom, der 25 eine Leistung von 200 Watt schalten, die Sättigung hervorruft. Der Transistor 1 wird also Bei Sperrung steht jeder Transistor unter einer Span-

. . „ ,, . , ι -r. ■ , B nung von 25 Volt, als Leiter wird er von einem Strom

entsperrt und sein Kollektor geht von dem Potential - - ^_{2 Am?ere durcMossen}.

auf ein negatives Potential sehr nahe an Null über. Diese Allgemeiner ausgedrückt, wenn B die zu schaltende

bedeutende Potentialerhöhung erhält auch der Emitter 30 Spannung und e die maximale Spannung ist, welche man des Transistors 2. Infolgedessen entsteht dort ein Emitter- an den zu verwendenden Transistortyp legen kann, dann strom, der die Sättigung und die Entsperrung des Transistors 2 hervorruft. Da die beiden Transistoren alsdann
entsperrt sind, wird der Ladewiderstand 26 von einem
Strom durchflossen, dessen Stärke von dem Wert dieses 35
Widerstandes abhängt, wobei die zulässige maximale
Stromstärke durch die Kennwerte der verwendeten
Transistoren bestimmt wird.

Zur Vervollkommnung und als Variante kann es in
gewissen Fällen von Vorteil sein, das Netz der Wider- 40
stände 21, 22 und 23 durch einen Widerstand 24 geringen
Wertes, der hier gestrichelt dargestellt ist, zu vervollständigen. Die auf das Sperren des Transistors 1 folgende
Sperrung des Transistors 2 wird dann sicherer, die Basis
wird nämlich dabei gegenüber dem Emitter positiver. 45 und der Basis des Transistors vom Range p entspricht.

Da die üblichen Transistoren eine Höchstspannung Unter diesen Verhältnissen ist die zu schaltende

von 30 Volt zulassen, ist — 50 Volt ein zweckmäßiger Spannung auf die verschiedenen den Schalter bildenden Wert für die Spannung der Quelle — B. Während der Transistoren gleichmäßig verteilt.

Sperrung steht dann jeder Transistor unter einer Spannung Bisher wurde immer angenommen, daß die bei dem

von 25 Volt. Wenn die Transistoren eine Stromstärke 5° gleichen Schalter verwendeten Transistoren die gleichen von 2 Ampere aushalten, dann ist der Schalter in der Kennwerte hatten. Obwohl diese Anordnung logisch ist, Lage, einen Verbraucherstromkreis für eine Leistung von
100 Watt zu schalten.

Fig. 2 ist das Schaltschema eines Schalters mit vier
Transistoren 1, 2, 3 und 4. Der Teil des Schemas, der 55 In diesem Falle ist die für den Schalter zugelassene sich auf die Transistoren 1 und 2 bezieht, ist ähnlich dem maximale Stromstärke die schwächste der Stromstärken, Schema nach Fig. 1, abgesehen von zwei Abweichungen.
Einerseits sind die Widerstände 23 und 21 nicht mehr
praktisch gleich, sondern ihre Werte stehen in dem

Verhältnis von 3:1. Ferner ist der Ladewiderstand 26 60 gelegt werden können. Es ist zweckmäßig, diese Spannung des Transistors 2 (Fig. 1) in der Fig. 2 ersetzt durch die in Abhängigkeit von den Kennwerten der Transistoren Folge der in Kaskade geschalteten Transistoren, d. h.
also durch die Transistoren 3 und 4.

Die Ermitter- und die Basiselektroden dieser beiden

Transistoren 3 und 4 sind auf die gleiche Weise geschaltet 65 z. B. 23 und 21, bestimmten Werten ausdrückt, wie beim Transistor 2. Indessen sind die Widerstände 33
und 31 gleich, und die Widerstände 43 und 41 stehen im
Verhältnis von 1 : 3. Alle diese Verhältnisse sind Näherungswerte und nicht von entscheidender Bedeutung
für das richtige Arbeiten des Schalters. 70

entspricht die Anzahl N der erforderlichen Transistoren dem Ausdruck

N>^B

und das Verhältnis der Widerstände 23 und 21 bzw. 33 und 31 bzw. 43 und 41 usw. für den Transistor vom Range p ergibt sich aus der Beziehung

N - p 4- 1
-—_T- ,

was einer Polarisationsspannung von ---rr- des Emitters

so ist sie doch keineswegs eine Notwendigkeit, und es ist sehr wohl möglich, einen erfindungsgemäßen Schalter aus Transistoren verschiedener Kennwerte aufzubauen.

welche von den Transistoren des Schalters noch ausgehalten wird, und die maximale Spannung ist die Summe der Spannungen, welche an die einzelnen Transistoren

zu verteilen und den Polarisationsspannungen Werte zu geben, welche zu dieser Verteilung in Beziehung stehen, was sich in den für die Verhältnisse der Widerstände, wie

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Transistorschaltvorrichtung zum Ein- und Ausschalten eines Verbrauchers, der durch eine Stromquelle (— B) gespeist wird, deren Spannung größer

ist als diejenige, die zwischen Emitter und Kollektor der bei dieser Schaltvorrichtung verwendeten Transistoren gelegt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere (N) in Kaskade geschaltete Transistoren vorhanden sind, daß der Emitter eines Transistors direkt mit dem Kollektor des vorhergehenden Transistors verbunden ist, daß der erste der Transistoren durch Impulse leitend bzw. nichtleitend gemacht wird, die zwischen dessen Basis und Emitter gelegt werden, daß der Verbraucher zwischen den Kollektor des letzten der Transistoren und die Stromquelle (— B) geschaltet ist, daß weiterhin der Kollektor des (p — l)-sten Transistors und der Emitter des p-ten Transistors, welche direkt miteinander verbunden sind, an einen Pol der Stromquelle (— B) über einen ersten und einen zweiten in Reihe geschalteten Widerstand und an den anderen Pol der Stromquelle über einen dritten Widerstand, der zu dem zweiten parallel

geschaltet ist und welcher auch mit der Basis des ji>-ten Transistors verbunden ist, angeschlossen sind, und daß das Verhältnis des Widerstandswertes des zweiten Widerstandes zum Widerstandswert des dritten Widerstandes für den Transistor von der Rangordnung p gleich

N-p+l

2. Transistorschaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußstelle zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstand über einen vierten Widerstand an die Basis des nachfolgenden Transistors angeschlossen ist und daß dieser vierte Widerstand im Verhältnis zu den Werten des zweiten und des dritten Widerstandes einen kleinen Wert besitzt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 7C9 90S/160 2.