DE1198417B - Relais-Schaltungsanordnung mit Transistoren - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

H03f

Deutsche KL: 21 a2-18/08

Nummer 1198417

Aktenzeichen: E19442 VIII a/21 a2

Anmeldetag: 8. Juni 1960

Auslegetag: 12. August 1965

Die Erfindung betrifft eine Relais-Schaltungsanordnung, die zur Erhöhung der Empfindlichkeit einen Transistorverstärker aufweist.

Die Verwendung eines Transistorverstärkers ia Verbindung mit einer Relais-Schaltung wirft folgende Probleme auf: Transistoren als stromgesteuerte Übertragungs- und Verstärkerelemente sind bekanntlich in ihren Kenngrößen von Schwankungen der Umgebungstemperatur verhältnismäßig stark abhängig; Transistorverstärker zeigen daher, ohne entsprechende Gegenmaßnahmen, eine erhebliche Beeinflussung der Verstärkungscharakteristik durch die Umgebungstemperaturschwankungen; bei Verwendung derartiger Transistorverstärker in Verbindung mit Relais-Schaltungen, insbesondere mit hochempfindlichen Relais-Schaltungen, wirkt sich diese Temperaturabhängigkeit besonders störend als Inkonstanz der Ansprechcharakteristik des Relais aus.

Es ist in diesem Zusammenhang bereits bekannt, der störenden Abhängigkeit von Transistorverstärkern von der Umgebungstemperatur durch Verwendung eines zweistufigen Verstärkers mit komplementären Transistoren in den beiden Verstärkerstufen entgegenzuwirken, wodurch eine gewisse Kompensation der Temperatureflekte erzielt wird.

Die Erfindung betrifft somit eine Relais-Schaltungsanordnung mit einem zweistufigen direkt gekoppelten Transistorverstärker mit zwei zueinander komplementären Transistoren. Durch die Erfindung soll eine weitere Verbesserung der Temperaturkonstanz einer derartigen Relais-Schaltung erzielt werden.

Zu diesem Zweck ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß die beiden Verstärkerstufen in an sich bekannter Weise in Emitterschaltung betrieben werden und daß die Temperaturkompensation mittels eines temperaturabhängigen Widerstandes erfolgt, welcher in an sich bekannter Weise die Kollektorbelastung des ersten Transistors bildet, und daß die Kollektorbelastung des zweiten Transistors aus der Spule eines elektromagnetischen Relais besteht

Die Verwendung eines temperaturabhängigen Widerstandes, beispielsweise eines Thermistors, in der Schaltverbindung zwischen den beiden Stufen eines zweistufigen Transistorverstärkers zum Zweck der Verbesserung der Temperaturkonstanz ist an sich bekannt.

Ferner ist es auch bereits in Verbindung mit einem Niederfrequenzverstärker an sich bekannt, die zwei aufeinanderfolgenden Verstärkerstufen in

Relais-Schaltungsanordnung mit Transistoren

Anmelder:

The English Electric Company Limited, London

Vertreter:

Dipl.-Ing. C. Wallach, Patentanwalt,

München 2, Kaufingerstr. 8

Als Erfinder benannt:
Eugeniusz Antoszewski, Stafford
(Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 11. Juni 1959 (20 035)

Emitterschaltung zu betreiben, wobei allerdings die Frage der Temperaturkonstanz des Verstärkers nicht in Betracht gezogen wurde.

Hinsichtlich des Zusammenhangs der Schaltkonfiguration aufeinanderfolgender Transistorverstärkerstufen mit dem Temperaturverhalten wurde nach dem Stande der Technik die Auffassung vertreten, daß bei Anordnung der beiden aufeinanderfolgenden Transistorstufen in Emitterschaltung eine Temperaturkompensation nur dann zu erzielen sei, wenn die beiden Transistoren vom gleichen Leitfähigkeitstyp seien.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, daß sich bei einer Relais-Schaltung mit zweistufigem Transistorverstärker eine optimale Temperaturkompensation erzielen läßt, wenn die beiden Stufen mit zueinander komplementären Transistoren bestückt und diese in Emitterschaltung betrieben werden und wenn der temperaturabhängige Widerstand im Kollektorkreis des Transistors der ersten Stufe liegt.

Die Relais-Schaltung gemäß der Erfindung eignet sich besonders zur Anwendung als Zeit-Überstrom-Relais; hierzu ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung im Emitter-Basiskreis des Transistors der ersten Verstärkerstufe eine Verzögerungsschaltung vorgesehen. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann dabei vorge-

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sehen sein, daß zwischen der Basis des Transistors der ersten Verstärkerstufe und der Verzögerungsschaltung eine Germaniumdiode geschaltet ist, welche so gepolt ist, daß der Basis-Kollektorreststrom des Transistors der ersten Verstärkerstufe vermindert wird.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, daß der Emitter des Transistors der ersten Verstärkerstufe am festen Abgriff eines Potentiometers liegt, welcher parallel zur Zenerdioder eines aus dieser und einem Widerstand aufgebauten Stabilisierungsnetzwerkes für die Speisespannung der ersten Verstärkerstufe angeordnet ist.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnung; deren einzige Figur zeigt eine Relais-Schaltung mit einem zweistufigen Transistorverstärker gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in Ausbildung als Zeit- ao Überstrom-Relais in Verbindung mit einer Zeitverzögerungs-Vorrichtung.

Die in der Zeichnung dargestellte Zeit-Überstrom-Relaisschaltung besteht aus einer von einem Widerstand Rl und einem Kondensator Cl gebildeten Zeitverzögerungsvorrichtung, einem Zweistufen-Transistorverstärker mit Germaniumtransistoren Π und Γ 2 sowie aus einem in der gezeigten Weise angeschlossenen Thermistor TR und einem durch den Verstärker betätigten Hilfsrelais X

An die Reihenschaltung aus Widerstand R1 und Kondensator Cl wird ein Eingangssignal gelegt, das den Kondensator mit einer durch den Widerstandswert des Widerstands Al und die Kapazität des Kondensators Cl bestimmten Zeitverzögerung auflädt. Der Spannungsabfall an dem Kondensator Cl wird als Eingangssignal dem Basis-Emitter-Kreis des npn-Transistors Tl zugeführt, der durch ein an dem Potentiometer P abgegriffenes und seinem Emitter zugeführtes Vorspannungssignal in der geeigneten Weise vorgespannt wird. Der Kollektor-Lastwiderstand des Transistors Tl wird durch den Thermistor TR gebildet; der Spannungsabfall an diesem Thermistor wird als Basis-Emitter-Eingangssignal dem pnp-Transistor Γ 2 zugeführt, dessen Kollektor zur Speisung des Betätigungskreises für das Hilfsrelais A geschaltet ist.

Als weitere Bauteile weist die Schaltung eine Germaniumdiode Dl auf, welche eine Verringerung des Kollektor-Basis-Ableitstroms des Transistors Tl bewirkt, der in umgekehrter Richtung durch die Zeitverzögerungsschaltung zurückfließt; ferner die Zenerdiode£>2 und einen Widerstand R 2, die als Spannungsbegrenzer zur Stabilisierung der ersten Transistorstufe des Verstärkers geschaltet sind, sowie den Kondensator C 2, welcher den Transistor T 2 gegen hohe Übergangsstoßspannungen schützt, die von dem Hilfsrelais während einer Schaltperiode erzeugt werden.

Für das Potential des Kondensators Cl ist ein Schwellenpegel gegeben, bei welchem das Hilfsrelais A anspricht; durch geeignete Wahl der Schaltungsparameter kann man diesen Schwellenpegel im wesentlichen unabhängig von kleinen Temperaturänderungen machen.

Derartige Temperatureffekte treten besonders bei einer normalen Transistorschaltung hervor, die mit kleinem Eingangsstrom arbeitet, wie dies beispielsweise bei der in Fig. 1 dargestellten Anwendung erforderlich ist, wo eine Stromableitung aus dem Kondensator Cl die Zeitverzögerungswirkung verringern würde. Eine derartige Stromableitung führt zu Ungenauigkeiten in der Zeitverzögerungswirkung, indem es die Zeitverzögerung von der Temperatur abhängig macht. Dies rührt daher, daß in diesem Fall der Transistorableitstrom von der gleichen Größenordnung wie der normale Eingangssignalstrom wird, wobei der Ableitstrom sich jeweils für 9°C Temperaturanstieg verdoppelt.

Eine Temperaturkompensation kann mit einer Schaltung der in der Zeichnung gezeigten Art erzielt werden. Im Betrieb verringert sich bei einem Temperaturanstieg der Widerstand des Thermistors.

Temperaturanstieg wirkt in Richtung auf eine Erhöhung der Kollektorströme beider Transistoren Tl und Γ2; durch geeignete Bemessung kann jedoch erreicht werden, daß die resultierende Wirkung aus dieser Zunahme des Kollektorstroms von Transistor Γ1 und aus der Abnahme des Widerstandes des Thermistors TR eine Abnahme des Spannungsabfalles am Thermistor hervorruft, welche das Bestreben des Kollektorstroms von Transistor T 2, mit der Temperatur anzusteigen, kompensiert.

Die Verwendung eines einzigen Thermistors in dieser einfachen beschriebenen Weise zusammen mit einer Kombination von npn- und pnp-Transistorstufen liefert einen einfachen Zweistufenverstärker mit Temperaturkompensation, der zur Verwendung mit niedrigen Stromeingangssignalen geeignet ist.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Relais-Schaltungsanordnung mit einem zweistufigen direkt gekoppelten Transistorverstärker mit zwei zueinander komplementären Transistoren, dadurchgekennzeichnet, daß die beiden Verstärkerstufen in an sich bekannter Weise in Emitterschaltung betrieben werden und daß die Temperaturkompensation mittels eines temperaturabhängigen Widerstandes (TR) erfolgt, welcher in an sich bekannter Weise die Kollektorbelastung des ersten Transistors bildet, und daß die Kollektorbelastung des zweiten Transistors aus der Spule eines elektromagnetischen Relais besteht.

2. Relais-Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Emitter-Basiskreis des Transistors (Γ1) der ersten Verstärkerstufe eine Verzögerungsschaltung (Rl, Cl) vorgesehen ist.

3. Relais-Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Basis des Transistors (Tl) der ersten Verstärkerstufe und der Verzögerungsschaltung (Rl, Cl) eine Germaniumdiode geschaltet ist, welche so gepolt ist, daß der Basis-Kollektorreststrom des Transistors (Tl) der ersten Verstärkerstufe vermindert wird.

4. Relais-Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter des Transistors (Γ1) der ersten Verstärkerstufe am festen Abgriff eines Potentiometers (P) liegt, welcher parallel zur Zenerdiode (D 2) eines aus dieser und einem Widerstand (R 2) aufgebauten Stabilisierungsnetzwerkes für die Speisespannung der ersten Verstärkerstufe angeordnet ist.