DE69129411T2

DE69129411T2 - Nicht-invertierende Transistorschalter mit drei Anschlüssen

Info

Publication number: DE69129411T2
Application number: DE69129411T
Authority: DE
Inventors: James Sudbury Congdon
Original assignee: CONGDON
Current assignee: CONGDON
Priority date: 1990-08-03
Filing date: 1991-08-01
Publication date: 1998-12-24
Anticipated expiration: 2011-08-02
Also published as: JPH06500210A; EP0541700B1; EP0541700A1; CA2087533A1; EP0541700A4; JP2839206B2; ATE166193T1; CA2087533C; US5134323A; DE69129411D1; WO1992002985A1

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Transistorschalter und insbesondere nicht-invertierende Transistorschalter.
Nicht-invertierende Transistorschalter sind allgemein bekannt und weit verbreitet verwendet. In der Vergangenheit haben solche Schalter wenigstens vier Anschlüsse gehabt, ein Anschluß wurde als ein Eingang, ein weiterer Anschluß zum Verbinden der Vorrichtung mit einer Last, ein weiterer Anschluß für Masse oder Rückkehr und der letzte Anschluß zum Verbinden mit einer Netzversorgung verwendet, um eine "zweite" Inversion zu schaffen.
Invertierende Transistorschalter mit drei Anschlüssen sind ebenfalls allgemein bekannt.
In der US-PS-4266100 von Hopper u.a. ist eine monolithisch integrierte Halbleiterschaltung offenbart, die für Kopplungsanordnungen mit symmetrischen Kreuzungspunkten vorgesehen ist, die zwei durchschaltende NPN-Transistoren, eine Simultanschaltung zum Durchschalten der Schalttransistoren hat. Die Simultanschaltung hat einen Doppelkollektor-PNP- Transistor, dessen einer Kollektor an die Basis des ersten NPN-Transistors und dessen anderer Kollektor an die Basis des zweiten NPN-Transistors angeschlossen ist. Der Emitter des Doppelkollektor-Transistors ist an den Kollektor beider NPN-Transistoren und auch über einen ersten Widerstand an eine Spannungsquelle angeschlossen. Die Basis des Doppelkollektortransistors ist über eine Komponente, welche einen konstanten Spannungsabfall verursacht, an die Spannungsquelle angeschlossen und über einen zweiten Widerstand auch an eine Triggerstufe angeschlossen. Die Emitter der NPN- Transistoren sind jeweils an die Basen der zwei durchschaltenden Transistoren angeschlossen.
In der US-PS-4307298 von El Hamamsy u.a. ist ein optisch gekippter bilateraler Feldeffekttransistorschalter offenbart, der einen niedrigen Leckagestrom hat. Ein Hochimpedanzpfad und daher ein niedriger Leckagestrom wird durch einen fotovoltaisch gesteuerten Feldeffekttransistor geschaffen.
In der US-PS-4390790 von Rodriquez ist ein optisch gekoppelter Halbleiterleistungsschalter offenbart, bei dem eine lichtinduzierte oder -modifizierte Spannung an ein oder mehrere MOSFET-Gate- und Sourceelektrodenpaare angelegt oder von diesen abgenommen wird, um jeden MOSFET zwischen seinen hohen und niedrigen Impedanzzuständen zu schieben und der in verschiedenen Schaltungsfeldern für Wechselstrom- oder Gleichstromschalten und/oder Kreuzpunktschalten oder für die Substitution von der mechanischen Form eines C-Relais oder andere Zwecke angewendet wird.
In der US-PS-4410809 von Puruichi u.a. ist eine Gate-Treiberschaltung für einen statischen Induktionstransistor vom Verarmungstyp offenbart, mit einem Kondensator, der zwischen die Emitter der komplementär geschalteten NPN und PNP Transistoren und das SIT-Gate geschaltet ist, einem Widerstand mit hohem Wert, der parallel zu einer Reihenschaltung aus einer Diode und einem Widerstand zwischen dem SIT-Gate und einer negativen Gatespannungsquelle geschaltet ist.
In der US-PS-4849683 von Flolid ist eine Lampentreiberschaltung zum Versorgen einer Lampe mit Leistung und Steuern derselben von einer Netzversorgung, die mit Spannungsänderungen beaufschlagt ist, offenbart. Ein Halbleiterschalter ist in Reihe mit der Lampe und einem Stromsensorwiderstand angeordnet. Ein Kondensator integriert den Lampenstrom während der eingeschalteten Zeit des Schalters und die Netzversorgungsspannung während der ausgeschalteten Zeit. Ein Spannungskomparator mit Hysterese spricht auf die Kondensatorspannung an, um den leitenden Zustand des Schalters zu steuern. Oberhalb einer Nominalversorgungsspannung beginnt die Treiberschaltung die der Lampe zugeführten Leistung mit einem Arbeitszyklus invers proportional zum Quadrat der Versorgungsspannung eine Impulsbreitenmodulation durchzuführen, um die Leistung der Lampe konstant zu halten. Wenn die Versorgungsspannung über einen zweiten vorbestimmten Pegel steigt, hört die Treiberschaltung auf, Leistung zuzuführen.
Andere bekannte Bezugnahmen auf Stand der Technik von Interesse sind enthalten in "1986 Linear Data Book by Linear Technology", Seite 2-170 und 2-171; Februar 1990, QST, Seite 24-27; "the February 1989 edition of PCIM", Seite 22- 27 und Blicher A., "Field Effect and Bipolar Power QST", Seite 24-27; "the February 1989 edition of PCIM", Seite 22- 27; und Blicher A., "Field Effect and Bipolar Power Transistor Physics", New York, Academic Press, 1981, Kapitel 11 und 13.
In der DE-A-3725390 ist eine Sicherungsschaltung mit zwei Anschlüssen offenbart, die aufweist: eine Schnellsicherung in der Leitung mit einer ersten Elektrode, die an den Eingangsanschluß der Schaltung angeschlossen ist und einer zweiten Elektrode; einen ersten Bipolartransistor, dessen Kollektor an die zweite Elektrode und dessen Emitter an den Ausgangsanschluß der Schaltung angeschlossen ist; einen Widerstand, der zwischen die zweite Elektrode und die Basis des ersten Transistors geschaltet ist; und einen zweiten Bipolartransistor, dessen Kollektor an die Basis des ersten Transistors und dessen Emitter an den Ausgangsanschluß angeschlossen ist. Zusätzlich ist ein Spannungsteiler zwischen die zweite Elektrode und den Ausgangsanschluß geschaltet, der die Eingangsspannung an der Basis des zweiten Transistors liefert. Der Widerstand und der zweite Transistor bilden eine inverterartige Anordnung und im Fall, daß eine hohe Spannung an die Basis des zweiten Transistors angelegt wird, schaltet der zweite Transistorschalter ein, bewirkt, daß die Spannung an der Basis des ersten Transistors fällt, was dazu führt, daß der erste Transistor abschaltet. Der Widerstand kann eine hohe Resistenz haben und somit kann die Schaltung als Schutz gegenüber Überströmen und Überspannungen verwendet werden.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen neuen und verbesserten Transistorschalter zu schaffen.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Transistorschalter zu schaffen, der nicht-invertierend ist.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Transistorschalter zu schaffen, der nicht-invertierend ist und der nur drei Anschlüsse aufweist.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen nicht-invertierenden Transistorschalter zu schaffen, der keine zusätzliche Netzversorgung zum Erzielen einer zweiten Inversion aufweist.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Transistorschalter mit drei Anschlüssen zu schaffen, der normal geschlossen ist.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Transistorschalter zu schaffen, der keine lokale oder festverdrahtete Netzversorgung erfordert.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein nicht-invertierender Transistorschalter geschaffen, der nur drei Anschlüsse hat, wobei diese Anschlüsse als ein erster Anschluß, ein zweiter Anschluß und ein dritter Anschluß identifiziert werden, wobei der Schalter aufweist: erste, zweite und dritte Transistoren, wobei der erste Transistor Basis, Emitter und Kollektorelektroden hat, die Basiselektrode an den ersten Anschluß gekoppelt ist, der zweite Transistor Drain-, Gate- und Sourceelektroden hat, die Drainelektrode an den dritten Anschluß gekoppelt ist, der dritte Transistor Basis-, Emitter- und Kollektorelektroden hat, die Emitterelektrode an den zweiten Anschluß angeschlossen ist und die Kollektorelektrode an den dritten Anschluß angeschlossen ist, wobei die Kollektorelektrode des ersten Transistors an die Sourceelektrode des zweiten Transistors und die Basiselektrode des dritten Transistors angeschlossen ist, und die Gateelektrode des zweiten Transistors und die Emitterelektrode des dritten Transistors an die Emitterelektrode des ersten Transistors angeschlossen ist, das Schalten für den nicht-invertierenden Transistorschalter zwischen der Kollektorelektrode und der Emitterelektrode des dritten Transistors stattfindet, wobei die Kollektor- und Emitterelektroden jeweils an den dritten Anschluß und den zweiten Anschluß des nicht-invertierenden Transistorschalters gekoppelt sind.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein nicht-invertierender Transistorschalter geschaffen, der nur drei Anschlüsse hat, wobei die Anschlüsse als ein erster Anschluß, ein zweiter Anschluß und ein dritter Anschluß identifiziert sind, wobei der Schalter aufweist: erste, zweite und dritte Transistoren, wobei der erste Transistor ein Feldeffekttransistor vom Anreicherungstyp ist, der Gate-, Source- und Drain-Elektroden hat, wobei die Gateelektrode an den ersten Anschluß gekoppelt ist, der zweite Transistor Drain-, Gate- und Source-Elektroden hat, die Drainelektrode an den dritten Anschluß gekoppelt ist, der dritte Transistor Basis-, Emitter- und Kollektorelektroden hat, die Emitterelektrode an den zweiten Anschluß und die Kollektorelektrode an den dritten Anschluß angeschlossen ist, die Drainelektrode des ersten Transistors an die Sourceelektrode des zweiten Transistors und die Basiselektrode des dritten Transistors gekoppelt ist, und die Gateelektrode des zweiten Transistors und die Emitterelektrode des dritten Transistors an die Sourceelektrode des ersten Transistors gekoppelt sind, wobei das Schalten für den nicht-invertierenden Transistorsschalter zwischen der Kollektorelektrode und der Emitterelektrode des dritten Transistors stattfindet, besagte Kollektor- und Emitterelektroden jeweils an den dritten Anschluß und den zweiten Anschluß des nicht-invertierenden Transistorschalters gekoppelt sind.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein nicht-invertierender Transistorschalter geschaffen, der nur drei Anschlüsse hat, wobei die Anschlüsse als ein erster Anschluß, ein zweiter Anschluß und ein dritter Anschluß identifiziert sind, wobei der Schalter aufweist: erste, zweite und dritte Transistoren, wobei der erste Transistor Basis-, Emitter- und Kollektorelektroden hat, die Basiselektrode an den ersten Anschluß gekoppelt ist, der zweite Transistor Drain-, Gate- und Source-Elektroden hat, die Drainelektrode an den dritten Anschluß gekoppelt ist, der dritte Transistor ein Feldeffekttransistor vom Anreicherungstyp ist, der Gate-, Source- und Drainelektroden hat, die Sourceelektrode an den zweiten Anschluß und die Drainelektrode an den dritten Anschluß angeschlossen ist, die Kollektorelektrode des ersten Transistors an die Sourceelektrode des zweiten Transistors und die Gateelektrode des dritten Transistors und die Gateelektrode des zweiten Transistors und die Sourceelektrode des dritten Transistors an die Emitterelektrode des ersten Transistors gekoppelt sind, wobei das Schalten für den nicht-invertierenden Transistorschalter zwischen der Drainelektrode und der Sourceelektrode des dritten Transistors stattfindet, die Drain- und Sourceelektroden jeweils an den dritten Anschluß und den zweiten Anschluß des nicht-invertierenden Transistorschalters gekoppelt sind.
Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein nicht-invertierender Transistorschalter mit nur drei Anschlüssen geschaffen, wobei die Anschlüsse als ein erster Anschluß, ein zweiter Anschluß und ein dritter Anschluß identifiziert sind, wobei der Schalter aufweist: erste, zweite und dritte Transistoren, wobei der erste Transistor ein Feldeffekttransistor vom Anreicherungstyp ist, der Gate-, Source- und Drain-Elektroden hat, wobei die Gateelektrode an den ersten Anschluß gekoppelt ist, der zweite Transistor Drain-, Gate- und Sourceelektroden hat, die Drainelektrode an den dritten Anschluß gekoppelt ist, der dritte Transistor ein Feldeffekttransistor vom Anreicherungstyp ist, der Gate-, Source- und Drainelektroden hat, die Sourceelektrode an den zweiten Anschluß und die Drainelektrode an den dritten Anschluß gekoppelt ist, die Drainelektrode des ersten Transistors an die Sourceelektrode des zweiten Transistors und Gateelektrode des dritten Transistors angeschlossen ist, und die Gateelektrode des zweiten Transistors und die Sourceelektrode des dritten Transistors an die Sourceelektrode des ersten Transistors gekoppelt sind, wobei das Schalten für den nicht-invertierenden Transistorschalter zwischen der Drainelektrode und der Sourceelektrode des dritten Transistors stattfindet, wobei die Drain- und Source-Elektroden jeweils an den dritten Anschluß und den zweiten Anschluß des nicht-invertierenden Transistorschalters gekoppelt sind.
Verschiedene Merkmale und Vorteile gehen aus der folgenden Beschreibung hervor. In der Beschreibung wird auf die begleitenden Figuren, die ein Teil derselben sind, Bezug genommen, und in welchen spezifische Ausführungsformen für die praktische Durchführung der Erfindung illustriert sind. Diese Ausführungsformen werden ausreichend detailliert beschrieben, um den Fachmann in die Lage zu versetzen, die Erfindung zu praktizieren, und es ist zu ersehen, daß andere Ausführungsformen verwendet werden können, und daß strukturelle Änderungen durchgeführt werden können, ohne daß von dem Schutzumfang der Erfindung, wie er in den Patentansprüchen definiert ist, abgewichen wird. Die folgende detaillierte Beschreibung ist daher nicht im begrenzenden Sinne anzusehen und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung ist am besten durch die anhängenden Patentansprüche definiert.

Kurze Beschreibung der Figuren

In den Figuren sind gleiche Bezugsziffern für gleiche Teile verwendet worden.
Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Modifikation des in der Fig. 1 gezeigten Schalters;
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer weiteren Modifikation des in der Fig. 1 gezeigten Schalters;
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer weiteren Modifikation des in der Fig. 1 gezeigten Schalters;
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer weiteren Modifikation des in der Fig. 1 gezeigten Schalters;
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer weiteren Modifikation des in der Fig. 1 gezeigten Schalters;
Fig. 7 eine schematische Darstellung einer weiteren Modifikation des in der Fig. 1 gezeigten Schalters;
Fig. 8 eine schematische Darstellung einer weiteren Modifikation des in der Fig. 1 gezeigten Schalters; und
Fig. 9 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die tatsächlich konstruiert und getestet wurde.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen Es wird nun auf die Figuren Bezug genommen, in welchen in der Fig. 1 eine Ausführungsform eines nicht-invertierenden Transistors mit drei Anschlüssen gezeigt ist, der gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung konstruiert ist und mit der allgemein Bezugsziffer 101 bezeichnet ist. Diese Ausführungsform wird als die "ausgangsgespeiste" Ausführungsform bezeichnet, insofern, als die Leistung, welche benötigt wird, um eine "zweite Inversion" zu erzielen, von der Spannung und dem Strom des Ausgangs (dritter Anschluß) erhalten wird.
Der Schalter 101 hat einen ersten Anschluß 103, einen zweiten Anschluß 105 und einen dritten Anschluß 107. Der Schalter 101 hat weiterhin einen Eingangs-NPN-Transistor 109 und einen n-Kanal-FET 111 vom Verarmungstyp und einen Ausgangstransistor 113. Der Eingangs-NPN-Transistor 109 kann auch ein MOSFET vom Anreicherungstyp sein. Der FET 111 kann entweder ein MOS vom Verarmungstyp oder ein J-FET sein. Der Ausgangs-NPN-Transistor 113 kann bipolar sein, ein MOSFET vom Anreicherungstyp (oder eine Verbundvorrichtung, wie in den Figuren 2, 3, 4, 6, 7 und 8 gezeigt) sein. Wie bekannt, ist fast kein Gleichstrom erforderlich, um das Gate eines FET vom Verarmungstyp zu treiben.
Der Eingangsanschluß 103 ist mit der Basis 121 des Transistors 109 verbunden. Der Emitter 123 des Transistors 109 ist mit dem zweiten Anschluß 105 verbunden. Der Kollektor 125 des Transistors 109 ist mit der Source 127 des FET 111 und der Basis 131 des Transistors 113 verbunden. Das Gate 129 des FET 111 ist mit 105 verbunden. Der Drain 115 des FET 111 ist mit 107 verbunden. Der Emitter 117 des Transistors 113 ist mit dem zweiten Anschluß 105 verbunden. Der Kollektor 119 des Transistors 113 ist mit dem dritten Anschluß 107 verbunden.
Die Eingangssignalspannung wird an den ersten Anschluß 103 und die Basis 121 des Transistors 109 angelegt, der als ein Inverter arbeitet. Null Volt oder irgendeine andere Spannung kleiner als der Einschaltschwellwert des Transistors 109 wird zwischen dessen Kollektor 125 und dessen Emitter 123 bei niedriger Konduktanz resultieren. Der FET 111 wird zwischen seinem Drain 115 und seiner Source 127 Strom von der Source 127 zur Basis 131 leiten, der zwischen seinem Kollektor 119 und seinem Emitter 117 eine hohe Konduktanz haben wird. Somit wird zwischen dem dritten Anschluß 107 und dem zweiten Anschluß 105 eine hohe Leitfähigkeit existieren, wenn an dem ersten Anschluß 103 eine niedere Spannung angelegt ist.
Umgekehrt wird, wenn eine Spannung, die höher als die Eingangsschwellwertspannung des Transistors 109 ist, an den ersten Anschluß 103 angelegt wird, dies zu einer hohen Leitfähigkeit vom Kollektor 125 zum Emitter 123 des Transistors 109 führen. Der Strom, welcher von der Source 127 des FET 111 fließt, wird somit über den Kollektor 125 und den Emitter 123 des Transistors 109 zum zweiten Anschluß 105 parallel geschaltet, was zu einer Spannung führt, die kleiner als die Einschalt-Schwellwertspannung ist, welche an die Basis 131 des Transistors 113 angelegt ist. Die Leitfähigkeit zwischen dem dritten Anschluß 107 und dem zweiten Anschluß 105 wird niedrig sein, der Strom, welcher am dritten Anschluß 107 eintritt, ist prinzipiell nur der IDSS des FET 111.
Es wird nun auf die Fig. 2 Bezug genommen, die eine Modifikation des in der Fig. 1 gezeigten Schalters 101 zeigt, wobei die Modifikation durch die Bezugsziffer 141 bezeichnet ist.
Der Schalter 141 hat erste, zweite und dritte Anschlüsse, die mit 103, 105 bzw. 107 bezeichnet sind, einen Transistor 109, einen FET 111 und einen Transistor 113. Die Komponenten sind auf die gleiche Art und Weise wie beim Schalter 101 in Fig. 1 geschaltet, mit Ausnahme daß die Emitterelektrode 117 des Transistors 113 nicht direkt mit dem zweiten Anschluß 105 verbunden ist, sondern stattdessen über den NPN-Transistor 143 an den zweiten Anschluß 105 gekoppelt ist, wobei der Transistor 143 ebenfalls an den zweiten Anschluß 105 gekoppelt ist, und als eine Stromverstärkungsvorrichtung dient. Der Transistor 143 ist mit seinem Kollektor 149 an den dritten Anschluß 107 angeschlossen, sein Emitter 147 ist an den zweiten Anschluß 105 angeschlossen und seine Basiselektrode 145 ist direkt an die Emitterelektrode 117 im Transistor 113 angeschlossen. Die Darlington- Kupplungsanordnung der Transistoren 113 und 143 schafft ein höheres Stromausgangsvermögen für einen gegebenen IDSS im FET 111 verglichen mit der Anordnung gemäß Fig. 1.
Es wird nun auf die Fig. 3 Bezug genommen, die eine Modifikation des in der Fig. 1 gezeigten Schalters 101 zeigt, wobei die Modifikation mit der Bezugsziffer 151 bezeichnet ist.
Der Schalter 151 hat erste, zweite und dritte Anschlüsse, die mit 103, 105 bzw. 107 bezeichnet sind, einen NPN-Transistor 109, einen n-Kanal FET 111 und einen NPN-Transistor 113. Die Komponenten sind auf die gleiche Art und Weise wie beim Schalter 101 in Fig. 1 geschaltet, mit Ausnahme, daß der Kollektor 119 des NPN-Transistors 113 nicht direkt an den dritten Anschluß 107 angeschlossen ist, sondern stattdessen über den PNP-Transistor 153 an den dritten Anschluß 107 gekoppelt ist, wobei der Transistor ebenfalls an den dritten Anschluß 107 gekoppelt ist und als eine Stromverstärkungsvorrichtung dient. Der PNP-Transistor 153 ist mit seinem Kollektor 157 an den zweiten Anschluß 105 angeschlossen, sein Emitter 159 ist an den dritten Anschluß 107 angeschlossen. In der Fig. 3 schafft eine "Verbund"-Transistorverbindung des NPN-Transistors 113 und des PNP-Transistors 153 eine höhere Stromverstärkung als bei der in der Fig. 1 gezeigten Schaltung und auch mit niedrigerer Ein- Spannung als die Schaltung in Fig. 2.
Bezugnehmend auf Fig. 4 ist eine Modifikation des in der Fig. 1 gezeigten Schalters 101 gezeigt, wobei die Modifikation durch die Bezugsziffer 161 bezeichnet ist.
Der Schalter 161 hat erste, zweite und dritte Anschlüsse, die mit 103, 105 bzw. 107 bezeichnet sind, einen NPN-Transistor 109, einen n-Kanal-FET 111 und einen bipolaren Verbundtransistor (CBT), bestehend aus dem NPN-Transistor 113, dem PNP-Transistor 153, dem NPN-Transistor 163 und möglichen weiteren Transistoren alternierender Polarität, die ähnlich geschaltet sind. Die Komponenten sind auf die gleiche Art und Weise wie beim in der Fig. 1 gezeigten Schalter geschaltet, mit Ausnahme daß der Kollektor 119 des NPN- Transistors 113 nicht direkt an den dritten Anschluß 107 angeschlossen ist, sondern stattdessen über den PNP-Transistor 153 an den dritten Anschluß 107 gekoppelt ist, der seinerseits ebenfalls an den dritten Anschluß 107 angeschlossen ist, und der als eine Stromverstärkungsvorrichtung dient. Der PNP-Transistor 153 ist so angeordnet, daß sein Kollektor 157 an die Basis 165 des NPN-Transistors 163 angeschlossen ist. Der Emitter 159 des PNP-Transistors 153 ist an den dritten Anschluß 107 angeschlossen. Der Emitter 167 des NPN-Transistors 163 ist an den zweiten Anschluß 105 angeschlossen, der Kollektor des NPN-Transistors 163 ist entweder an den dritten Anschluß 107 oder die Basis eines weiteren PNP-Transistors auf eine Art und Weise ähnlich und iterativ zur Art und Weise, wie der Kollektor 119 des NPN- Transistors 113 an die Basis 155 des PNP-Transistors 153 angeschlossen ist, angeschlossen. Der letzte Transistor der iterativen Kette ist mit seinem Kollektor an den dritten Anschluß 107 angeschlossen, wenn es ein NPN-Transistor ist, oder sein Kollektor ist an den zweiten Anschluß 105 angeschlossen, falls der letzte Transistor ein PNP-Transistor ist.
Es wird nun auf die Fig. 5 Bezug genommen, die eine Modifikation des in der Fig. 1 gezeigten Schalters 101 zeigt, wobei die Modifikation durch die Bezugsziffer 171 bezeichnet ist.
Der Schalter 171 hat erste, zweite und dritte Anschlüsse, die mit 103, 105 bzw. 107 bezeichnet sind, einen NPN-Transistor 109, einen n-Kanal FET 111 und einen NPN-Transistor 113. Die Komponenten sind auf die gleiche Art und Weise wie beim Schalter 101 in Fig. 1 geschaltet, mit Ausnahme daß die Basis 101 des Transistors 109 nicht direkt an den ersten Anschluß 103 angeschlossen ist, sondern stattdessen sowohl an den Anschluß 178 des Widerstandes 173 als auch an den Anschluß 183 des Widerstandes 181 angeschlossen ist, der Anschluß 185 des Widerstandes 181 ist an den zweiten Anschluß 105 angeschlossen. Der Anschluß 175 des Widerstandes 173 ist mit dem ersten Anschluß 103 verbunden. Die Widerstände 173 und 181 sind somit als ein Spannungsteiler geschaltet, der den Spannungspegel des ersten Anschlusses 103 reduziert und diese geteilte Spannung an die Basis 121 des Transistors 109 anlegt, wodurch der Eingangsspannungsschwellwert des ersten Anschlusses 103 eingestellt wird.
Es wird nun auf die Fig. 6 Bezug genommen, die eine Modifikation des in der Fig. 1 gezeigten Schalters 101 zeigt, wobei die Modifikation durch die Bezugsziffer 191 bezeichnet ist. Der Schalter 191 hat erste, zweite und dritte Anschlüsse, die mit 103, 105 bzw. 107 bezeichnet sind, einen NPN-Transistor 109, einen n-Kanal-FET 111 und einen NPN- Transistor 113. Die Komponenten sind auf die gleiche Art und Weise wie der Schalter 101 in Fig. 1 geschaltet, der NPN-Transistor 193, die Zenerdiode 203 und der Widerstand 211 sind zusätzlich vorgesehen, um einen Überspannungsschutz zu schaffen. Der Emitter des Transistors 193 ist an den zweiten Anschluß 105 angeschlossen, sein Kollektor ist an den Kollektor 125 des Transistors 109, die Source 127 des FET 111 und die Basis 131 des Transistors 113 angeschlossen. Die Basis des Transistors 193 ist an die p-Typ- Halbleiterelektrode 201 der Zenerdiode 203 angeschlossen, deren N-Typ-Halbleiterelektrode an den Anschluß 207 des Widerstandes 211 angeschlossen ist, dessen anderer Anschluß 209 an den dritten Anschluß 107 angeschlossen ist. Der Widerstand 211 ist erforderlich, um zu verhindern, daß ein übermäßiger Strom in die Zenerdiode 203 und den NPN-Transistor 193 während des Anlegens einer Überspannung an den dritten Anschluß 107, fließt.
Es wird nun auf die Fig. 7 Bezug genommen, die eine Modifikation des in Fig. 1 gezeigten Schalters 101 zeigt. Die Modifikation ist durch die Bezugsziffer 221 bezeichnet. Der Schalter 221 hat erste, zweite und dritte Anschlüsse, die mit 103, 104 bzw. 107 bezeichnet sind, einen NPN-Transistor 109, und einen n-Kanal-FET-111 und einen NPN-Transistor 113. Die Komponenten sind auf die gleiche Art und Weise wie beim Schalter 101 in Fig. 1 geschaltet, mit Ausnahme daß die Basis 121 des Transistors 109 nicht direkt an den ersten Anschluß 103 angeschlossen ist, sondern stattdessen an die beiden Kathoden 231 und 227 der Dioden 229 bzw. 223 angeschlossen ist. Die Anode 225 der Diode 223 ist an den zweiten Anschluß 105 und die Anode 233 der Diode 229 ist an den ersten Anschluß 103 angeschlossen. Die verstärkenden Dioden 229 und 223 verhindern ein irrtümliches Ansprechen auf Spannungssignale entgegengesetzter Polarität am ersten Anschluß 103, weiterhin verstärkt die Diode 229 die Eingangsschwellwertspannung, was ebenfalls wünschenswert sein kann.
Es wird nun auf die Fig. 8 Bezug genommen&sub1; die eine Modifikation des in der Fig. 1 gezeigten Schalters 101 zeigt, wobei die Modifikation mit der Bezugsziffer 241 identifiziert ist.
Der Schalter 241 hat erste, zweite und dritte Anschlüsse 103, 105 bzw. 107 und den NPN-Transistor 109, einen n-Kanal-FET 111 und einen NPN-Transistor 113. Die Komponenten sind auf die gleiche Art und Weise wie beim Schalter 101 gemäß Fig. 1 geschaltet, mit Ausnahme daß die Basis 121 des Transistors 109 nicht direkt an den ersten Anschluß 103 angeschlossen ist, sondern stattdessen über den Widerstand 257 an den ersten Anschluß 103 angeschlossen ist, der seinerseits ebenfalls an den ersten Anschluß 103 angeschlossen ist. Der erste Anschluß 103 ist mit dem Anschluß 261 des Widerstandes 257 verbunden, der Anschluß 259 des Widerstandes 257 ist mit der Basis 121 des Transistors 109 und auch mit dem Anschluß 255 des Widerstandes 251 verbunden, dessen anderer Anschluß 253 mit dem Kollektor 247 des NPN-Transistors 243 verbunden ist, dessen Emitter 245 mit dem zweiten Anschluß 105 verbunden ist, und dessen Basis 249 mit der Basis 131 des Transistors 113 und der Source 127 des FET 111 und dem Kollektor 125 des Transistors 109 verbunden ist. Der Transistor 243 und die Widerstände 257 und 251 arbeiten so, daß sie ein gesteuertes Maß an positiver Rückkopplung einleiten, was zu Hysterese oder "Schmitt-Trigger"-artiger Änderungen der Eingangsschwellwertspannung am ersten Anschluß 103 führt.
Es wird nun auf die Fig. 9 Bezug genommen, die eine schematische Darstellung einer ausgangsgespeisten Ausführungsform der Erfindung zeigt, die tatsächlich unter Verwendung von kommerziell erhältlichen Elektronikbausteinen gebaut und dann getestet wurde, wobei die Ausführungsform mit der Bezugsziffer 271 bezeichnet ist. Das System 271 ist in der Lage, ein 3-Ampere-Last in 5 usec, ausgehend vom Eingabebgik-Übergangszeitpunkt am Eingangsanschluß 1, ein- oder auszuschalten. Der positive Eingangsschwellenwert beträgt ungefähr +1,5 V und der negative Eingangsschwellwert beträgt ungefähr +1,2 V. Wie zu ersehen ist, ist das System 271 eine Modifikation der in der Fig. 4 gezeigten Ausführungsform. Wie zu ersehen ist, sind die Transistoren Q3, Q4A, Q4B, Q5, Q6 und Q7 als ein bipolarer Verbundtransistor geschaltet, wobei jeder dieser Transistoren einen Basisemitterwiderstand hat, um die Schaltgeschwindigkeit zu verbessern. Das System 271 kann in Einzelbauweise oder Hybridbauweise hergestellt sein. Das System 271 kann als eine monolithisch integrierte Schaltung hergestellt sein, indem ähnliche integrierte Vorrichtungen substituiert werden. Q6 kann für die IC-Version ein großer Bipolar-PNP sein. Die anderen Substitutionen sind für den Fachmann des Bipolar- IC-Designs klar zu ersehen.
Anzumerken ist, daß im System 271 Dl den Schwellwert setzt und negative Eingänge blockiert, D2 negative Eingänge überbrückt, Q1 ein Eingangsinvertertransistor ist, Q2 einen EP1 FET simuliert, Q3 als ein Ausgangsinverter und erster Q im OBT dient, Q4A und Q4B als zweiter Q im CBT dient, Q5 als dritter Q im CBT und im Vortreiber dient, Q6 als vierter Q im CBT und dem Treiber dient und Q7 als fünfter Q im CBT und dem Ausgang dient und Q8 als ein positiver Rückkopplungs- oder Schmidt-Trigger-Schalter dient. Außerdem ist anzumerken, daß CA3096 ein Feld eines IC-Typ-Transistors ist, d.h. drei NPN-s und 2 PNP-s.
Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sollen lediglich exemplarisch sein und der Fachmann ist in der Lage, zahlreiche Veränderungen und Modifikationen durchzuführen, ohne daß vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wie in den anhängenden Patentansprüchen definiert, abgewichen wird. Beispielsweise können die NPN und n-Kanaltransistoren durch PNP und p-Kanaltransistoren substituiert werden oder umgekehrt; die resultierende Ausführungsform wird das gleiche Verhalten wie beschrieben haben bei Anlegen von negativer Netzspannungsversorgung an die Last und bei negativer Logik-Eingangspegeln. Die Erfindung wird auch von Nutzen sein, wo Bipolartransistoren durch FETs vom Anreicherungstyp substituiert sind (Gate für Basis, Source für Emitter und Drain für Kollektor), insbesondere bei NPN-Transistor 109, weiterhin kann bei den Bipolar-Transistoren zusätzlich eine Schottky-Klemmung verwendet werden, um die Ausschalt- Zeit zu verkürzen. Alle solche Variationen und Modifikationen werden als innerhalb des Schutzumfanges der vorliegenden Erfindung, wie durch die anhängenen Patentansprüche definiert, angesehen.

Claims

1. Nicht-invertierender Transistorschalter mit nur drei Anschlüssen, wobei die Anschlüsse als ein erster Anschluß (103), ein zweiter Anschluß (105) und ein dritter Anschluß (107) bezeichnet sind, mit:

ersten, zweiten und dritten Transistoren, wobei der erste Transistor (109, Q1) Basis-(121), Emitter-(123) und Kollektor-(125)-Elektroden hat, und die Basiselektrode (121) an den ersten Anschluß (103) gekoppelt ist,

der zweite Transistor (111, Q2), Drain-(115), Gate-(129) und Source-(127)-Elektroden hat, und die Drainelektrode (115) an den dritten Anschluß (107) gekoppelt ist,

der dritte Transistor (113, 143, 153, 163, Q7) Basis-(131), Emitter-(117) und Kollektor-(119)-Elektroden hat, und die Emitterelektrode (117) an den zweiten Anschluß (105) und die Kollektorelektrode (119) an den dritten Anschluß (107) angeschlossen ist,

die Kollektorelektrode (125) des ersten Transistors (109) an die Sourceelektrode (127) des zweiten Transistors (111) und die Basiselektrode (131) des dritten Transistors (113) gekoppelt ist und

die Gateelektrode (129) des zweiten Transistors (111) und die Emitterelektrode (117) des dritten Transistors (113) an die Emitterelektrode (123) des ersten Transistors (109) gekoppelt ist, wobei das Schalten für den nicht-invertierenden Transistorschalter zwischen der Kollektorelektrode (119) und der Emitterelektrode (117) des dritten Transistors (113) stattfindet, wobei besagte Kollektor-(119) und Emitter-(117)-Elektroden an den dritten Anschluß (107) bzw. an den zweiten Anschluß (105) des nicht-invertierenden Transistorschalters gekoppelt sind.

2. Nicht-invertierender Transistorschalter nach Anspruch 1, wobei der dritte Transistor ein zusammengesetzter Bipolartransistor (113, 143, 153, 163) ist.

3. Nicht-invertierender Transistorschalter nach Anspruch 1, wobei ein Überspannungsschutz durch eine Schaltung geschaffen ist, die aufweist:

einen vierten Transistor (193) mit einer Basiselektrode (199), einer Emitterelektrode (197) und einer Kollektorelektrode (195), wobei der Transistor (193) dazu verwendet wird, den Basistreiberstrom während Überspannungsbedingungen vom dritten Transistor (113) weg zu überbrücken;

eine Zener-Diode (203) mit einer ersten Elektrode (201) und einer zweiten Elektrode (205); und

einen ersten Widerstand (211) mit einer ersten Elektrode (207) und einer zweiten Elektrode (209), der den Zener- Strom während Überspannungsbedingungen begrenzt,

wobei die Kollektorelektrode (195) des vierten Transistors (193) an die Basiselektrode (131) des dritten Transistors (113) gekoppelt ist,

die Emitterelektrode (197) des vierten Transistors (193) an den zweiten Anschluß (105) des nicht-invertierenden Transistorschalters gekoppelt ist,

die zweite Elektrode (209) des ersten Widerstandes (211) an den dritten Anschluß (107) des nicht-invertierenden Transistorschalters gekoppelt ist,

die erste Elektrode (207) des ersten Widerstandes (211) an die zweite Elektrode (205) der Zener-Diode (203) angeschlossen ist, und

die erste Elektrode (201) der Zener-Diode (203) an die Basis (199) des vierten Transistors (193) gekoppelt ist,

wodurch wenn der nicht-invertierende Transistorschalter anfänglich abgeschaltet ist und eine Spannung, die signifikant höher als der Zener-Durchschlag an dem dritten Anschluß, bezogen auf den zweiten Anschluß aufrechterhalten wird, der Schalter darauffolgend nicht eingeschaltet werden kann, und somit von möglichen zerstörerischen Einschaltbelastungen freigehalten wird.

4. Nicht-invertierender Transistorschalter gemäß Patentanspruch 1,

wobei der dritte Transistor (113) über eine weitere Schaltung an den ersten Anschluß (103) des nicht-invertierenden Transistorschalters gekoppelt ist, um Hysterese zu erzeugen, wobei die Schaltung aufweist:

einen vierten Transistor (243) mit einer Basiselektrode (249), einer Emitterelektrode (245) und einer Kollektorelektrode (247);

einen ersten Widerstand (251) mit einer ersten Elektrode (253) und einer zweiten Elektrode (255); und

einen zweiten Widerstand (257) der die Basiselektrode (121) des ersten Transistors (109) an den ersten Anschluß (103) koppelt, mit einer ersten Elektrode (261) und einer zweiten Elektrode (259), wobei das Verhältnis des ersten zum zweiten Widerstand das Maß der Hysterese am ersten Anschluß (103) setzt, wobei

die Emitterelektrode (245) des vierten Transistors (243) an den zweiten Anschluß (105) des nicht-invertierenden Transistorschalters gekoppelt ist,

die Basiselektrode (249) des vierten Transistors (243) an die Basiselektrode (131) des dritten Transistors (113) gekoppelt ist,

die erste Elektrode (253) des ersten Widerstandes (251) an den Kollektor (247) des vierten Transistors (243) gekoppelt ist,

die zweite Elektrode (255) des ersten Widerstandes (251) an die Basiselektrode (121) des ersten Transistors (109) gekoppelt ist,

die Basiselektrode (121) des ersten Transistors (109) an die zweite Elektrode (259) des zweiten Widerstandes (257) gekoppelt ist, und

die erste Elektrode (261) des zweiten Widerstandes (257) an den ersten Anschluß (103) des nicht-invertierenden Transistorschalters gekoppelt ist,

wodurch, wenn der nicht-invertierende Transistorschalter anfänglich im eingeschalteten Zustand ist, eine höhere Spannung an den ersten Anschluß (103) angelegt werden muß als sie ohne den vierten Transistor und den zweiten Widerstand erforderlich wäre, um ihn auszuschalten.

5. Nicht-invertierender Transistorschalter mit nur drei Anschlüssen, wobei die Anschlüsse als erster Anschluß (103), ein zweiter Anschluß (105) und ein dritter Anschluß (107) bezeichnet sind, mit:

ersten, zweiten und dritten Transistoren, wobei der erste Transistor ein Feldeffekttransistor vom Anreicherungstyp ist, mit Gate-, Source- und Drain-Elektroden, wobei die Gateelektrode an den ersten Anschluß (103) gekoppelt ist,

der zweite Transistor (111) Drain-(115), Gate-(129) und Source-(127)-Elektroden hat, und wobei die Drainelektrode (115) an den dritten Anschluß (107) gekoppelt ist,

der dritte Transistor (113) Basis-(131), Emitter-(117) und Kollektor-(119)-Elektroden hat, und die Emitterelektrode (117) an den zweiten Anschluß (105) angeschlossen ist und die Kollektorelektrode (119) an den dritten Anschluß (107) angeschlossen ist,

die Drainelektrode des ersten Transistors (109) an die Source-Elektrode (127) des zweiten Transistors (111) und die Basiselektrode (131) des dritten Transistors (113) gekoppelt ist, und

die Gateelektrode (129) des zweiten Transistors (111) und die Emitterelektrode (117) des dritten Transistors (113) an die Sourceelektrode des ersten Transistors gekoppelt ist, wobei das Schalten für den nicht-invertierenden Transistorschalter zwischen der Kollektor-Elektrode (119) und der Emitterelektrode (117) des dritten Transistors (113) stattfindet, und die Kollektor-(119) und Emitter-(117)-Elektroden an den dritten Anschluß (107) bzw. den zweiten Anschluß (105) des nicht-invertierenden Transistorschalters gekoppelt sind.

6. Nicht-invertierender Transistorschalter mit nur drei Anschlüssen, wobei die Anschlüsse als ein erster Anschluß (103), ein zweiter Anschluß (105) und ein dritter Anschluß (107) bezeichnet sind, mit:

ersten, zweiten und dritten Transistoren, wobei der erste Transistor (109) Basis-(121), Emitter-(123) und Kollektor-(125)-Elektroden hat, und die Basiselektrode (121) an den ersten Anschluß (103) gekoppelt ist,

der zweite Transistor (111) Drain-(115), Gate-(129) und Source-(127)-Elektroden hat, und die Drainelektrode (115) an den dritten Anschluß (107) gekoppelt ist,

der dritte Transistor ein Feldeffekttransistor vom Anreicherungstyp ist, der Gate-, Source- und Drainelektroden hat, wobei die Sourceelektrode an den zweiten Anschluß (105) und die Drainelektrode an den dritten Anschluß (107) angeschlossen ist,

die Kollektorelektrode (125) des ersten Transistors (109) an die Sourceelektrode (127) des zweiten Transistors (111) und die Gateelektrode des dritten Transistors gekoppelt ist, und

die Gateelektrode (129) des zweiten Transistors (111) und die Sourceelektrode des dritten Transistors an die Emitterelektrode (123) des ersten Transistors (109) gekoppelt ist, wobei das Schalten für den nicht-invertierenden Transistorschalter zwischen der Drainelektrode und der Sourceelektrode des dritten Transistors stattfindet, wobei diese Drain- und Source-Elektroden an den dritten Anschluß (107) bzw. an den zweiten Anschluß (105) des nicht-invertierenden Transistorschalters gekoppelt sind.

7. Nicht-invertierender Transistorschalter mit nur drei Anschlüssen, wobei die Anschlüsse als ein erster Anschluß (103), ein zweiter Anschluß (105) und ein dritter Anschluß (107) bezeichnet sind, mit:

ersten, zweiten und dritten Transistoren, wobei der erste Transistor ein Feldeffekttransistor vom Anreicherungstyp ist, der Gate-, Source- und Drain-Elektroden hat, und die Gateelektrode an den ersten Anschluß (103) gekoppelt ist,

der dritte Transistor ein Feldeffekttransistor vom Anreicherungstyp ist, der Gate-, Source- und Drain-Elektroden hat, wobei die Sourceelektrode an den zweiten Anschluß (105) und die Drainelektrode an den dritten Anschluß (107) angeschlossen ist,

die Drainelektrode des ersten Transistors an die Sourceelektrode (127) des zweiten Transistors (111) und die Gateelektrode des dritten Transistors gekoppelt ist, und

die Gateelektrode (129) des zweiten Transistors (111) und die Sourceelektrode des dritten Transistors an die Sourceelektrode des ersten Transistors gekoppelt ist, wobei das Schalten für den nicht-invertierenden Transistorschalter zwischen der Drainelektrode und der Sourceelektrode des dritten Transistors stattfindet, wobei die besagten Drainund Source-Elektroden an den dritten Anschluß (107) bzw. den zweiten Anschluß (105) des nicht-invertierenden Transistorschalters gekoppelt sind.