DE1064608B - Steuereinrichtung mit einem als An- und Abschaltelement dienenden Transistor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zur Steuerung eines Stromflusses von einer Wechselstromquelle zu einem Verbraucher unter Anwendung eines Transistors als An- und Abschaltelement.

Die Steuerung des Stromflusses von einer elektrischen Energiequelle zu einem an diese angeschalteten Verbraucher ist bisher durch mechanische Ausschalter oder durch elektronische Schaltelemente, wie z.B. Thyratrone und elektronische Spannungsregler, durchgeführt worden. Mit dem Aufkommen des Transistors als neues elektronisches Schaltelement ist vorgeschlagen worden, Transistoren auch auf dem Gebiet der Stromsteuerung bzw. -regelung zu benutzen, da sich hierdurch die Verwendung von Elektronenröhren und beweglicher Teile anderer Vorrichtungen vermeiden läßt.

Es ist bereits bekannt, daß der Stromfluß durch einen Transistor auf einen sehr geringen Wert dadurch herabgesetzt werden kann, daß die Verbindung zwischen der Basiselektrode (oder Steuerelektrode) und dem Emitter sowie dem Kollektor unterbrochen wird, und daß ein verhältnismäßig starker Stromfluß dadurch erzielt werden kann, wenn die Basiselektrode unmittelbar mit dem Kollektor verbunden wird.

Eine solche Schaltanordnung weist eine Reihe bedeutender Nachteile auf. Erstens ist, wenn der Stromfluß von einer Wechselstromquelle zu einem Verbraucher vermindert werden soll, ein sehr Starker »Ablenk«-Strom durch den Steuerstromkreis erforderlich, damit die Verbindung zwischen der Basiselektrode des Transistors und den anderen Elektroden wirksam unterbrochen ist. Da dieser Ablenkstrom auch durch den Verbraucher fließt, kann der Mindeststrom durch den Verbraucher ziemlich stark sein. Für eine wirksame Ausnützung des Transistors kann es erforderlich sein, daß der Mindeststrom ein Drittel des Vollaststroms beträgt. Zweitens muß die Steuerquelle eine beträchtliche. Steuerleistung aufbringen, um den Ablenkstrom durch den Verbraucher hindurchzuschicken. Diese Steuerleistung kann bis zu einem Fünftel der durch den Steuerstromkreis gesteuerten Leistung betragen. Drittens ist das Rückstromverhältnis des Transistors unter Umständen kaum größer als 300 :1. Wenn das Rückstromverhältnis derart niedrig ist, kann natürlich bei Mindestlast ein beträchtlicher Streustrom durch den Transistor hindurchtreten, obwohl in diesem besonderen Fall der Betrag des durch den Verbraucher hilldurchtretenden »Ablenk«-Stroms so groß ist, daß die Wirkung des Streustroms verdeckt wird.

Ein Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Steuereinrichtung mit einem als Schaltelement verwendeten Transistor, wobei der Mindestlaststrom einen sehr kleinen Bruchteil des Vollaststroms beträgt.

Steuereinrichtung mit einem als An- und Abschaltelement dienenden Transistor

Anmelder:

Westinghouse Electric Corporation, East Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. G. Weinhausen, Patentanwalt, München 22, Widenmayerstr. 46

Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom 5. April 1954

Richard Louis Bright, Adamsburg, Pa.,

und George Howard Royer, Pittsburgh, Pa, (V. St. Α.),

sind als Erfinder genannt worden

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines elektrischen Schalters unter Verwendung eines Transistors als aktives Schaltelement, wobei der Spannungsabfall über den Transistor klein gehalten wird.

Die Steuereinrichtung nach der Erfindung ist mit einem Flächentransistor ausgerüstet, der zwei Endelektroden und eine Basismittelelektrode aufweist, wobei die Basiselektrode Potentialsperren gegen den Stromdurchgang zwischen jeder der Endelektroden und der Basiselektrode einschaltet, und zwar kennzeichnet sich die Schaltung nach der Erfindung durch einen Steuerstromkreis mit einer ersten Spannungsquelle, die an die Basiselektrode des Transistors ein Potential anlegt, das die gleiche Polarität wie die Potentialsperren aufweist, ferner mit einer zweiten Spannungsquelle, die an die Basiselektrode ein Potential mit einer den Potentialsperren entgegengesetzten Polarität anlegt, und ferner mit Steuerschaltmitteln zur wahlweisen Einschaltung der ersten oder der zweiten Spannungsquelle zwischen die Basiselektrode und die Endelektroden, so daß je nach der Stellung der S teuerschal tmi'ttel entweder der Stromdurchgang durch den Transistor gesperrt wird oder eine Stromsättigung eintritt.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele derartiger Steuerschaltungen näher beschrieben. Es zeigt Fig. 1 die Potentialverteilungskurven des Transistors, die für das Verständnis der Erfindung nützlich sind,

9C9 610/309

Fig. 2 a, 2 b,, 2 c und 2d Schaltbilder, welche die verschiedenen Betriebsbedingungen für den nichtleitenden Zustand eines Transistors zeigen,
. Fig. 3, 4 und 5 Schaltbilder bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung, welche in den Fällen verwendbar sind, in welchen ein beliebig gerichteter Stromfluß gewünscht ist.

Die Wirkungsweise der Steuerungsschaltung gemäß der Erfindung wird am besten aus den Schaltbildern der Fig. 2 verständlich, wenn diese in Verbindung mit den in Fig. 1 gezeigten Potentialverteilungskurven betrachtet werden. In Fig. 1 stellen diejenigen Teile der Potentialverteilungskurve, welche mit A, B, C, D und E bezeichnet sind, die Verteilung des Potentials längs eines pnp-Transistors mit einer »schwimmenden« Basiselektrode (d. h. einer Basiselektrode, welche nicht durch äußere Schaltelemente mit dem Emitter oder Kollektor verbunden ist) dar. Wie ersichtlich, findet bei der Annäherung an die Kontaktstelle zwischen dem »p«-Bereich und dem »n«-Bereich 'eine plötzliche Potentialzunahme in unmittelbarer Nachbarschaft der Kontaktstelle statt. Das Potential erreicht einen Höchstwert in der Mitte des »n«-Bereichs, ist jedoch im wesentlichen konstant mit Ausnahme in der unmittelbaren Nachbarschaft 'der Kontaktstellen der »p«- und »n«-Bereiche.

Wenn eine Batterie zwischen der Basis und dem einen »p«-Bereich geschaltet ist und die positive Klemme der Batterie mit der Basis verbunden ist, wie in Fig. 2a gezeigt, ergibt sich, daß das Potential an der Kontaktstelle der »p«- und »n«-Bereiche statt den B- oder D-Teilen, der Potentialverteilungskurve den mit F bezeichneten Teilen der Kurve folgt. Wie sich aus Fig. 1 ergibt, erreicht das Potential einen ausgesprochenen Spitzenwert an der Kontaktstelle des Basisbereichs und des »p«-Bereichs, mit dem die Basis verbunden ist, und daß das Potential im »n«-Bereich im wesentlichen das Höchstpotential ist, das sich bei »schwimmender«. Basis beobachten läßt. Der Grund für diese Erscheinung besteht darin, daß ein Kontaktpotential zwischen den »p«-und »n«-Bereichen besteht, die durch eine Anhäufung von Elektronen in der unmittelbaren. Nähe der Kontaktstelle der »p«- und »n«-Bereiche, wenn die Basis schwimmend ist, neutralisiert wird. Die Batterie- oder Kurzschlußverbindung· leitet diese Elektronen aus dem Teil des Endbereichs an der Kontaktstelle ab, so daß sich das Kontaktpotential, da es nicht mehr neutralisiert ist, dem Eigenpotential des halbleitenden Materials an der Kontaktstelle überlagert.

Die gleiche Wirkung läßt sich feststellen, wenn die Batterie in ähnlicher Weise zwischen die Basis und den anderen. »p«-Bereich, wie in Fig. 2b gezeigt, geschaltet wird. Die Potentialverteilungskurve schließt in diesem Fall den mit G bezeichneten Teil ein.

In Fig. 2 a ist eine Wechselstromquelle 201 dargestellt, die an einen Verbraucher 213 über einen Transformator 207 und einen Transistor 215 angeschaltet ist. Die Wechselstromquelle 201 ist unmittelbar mit den Klemmen 203 und 205 der Primärwicklung des Transformators 207 verbunden, während der Verbraucher 213 und der Transistor 215 in Hintereinanderschaltung an die Klemmen 209 und 211 der Sekundärwicklung des Transformators angeschaltet sind. Der Kollektor 217 des Transistors ist mit der Klemme 211 verbunden, während die eine Seite des Verbrauchers 213 mit der Klemme 209 verbunden ist. Die andere Seite des Verbrauchers 213 ist unmittelbar mit dem Emitter 219 des Transistors verbunden. Zwischen der Basis 221 des Transistors und dessen Kollektor 217 ist eine Steuerspannungsquelle in Form einer Batterie 222 geschaltet, deren positive Klemme mit der Basis 221 verbunden ist. Die Steuerspannungsquelle ist vorzugsweise polumschaltbar. Sie kann beispielsweise quer zu den Schalterklemmen eines kreuzgeschalteten zweipoligen Wechselschalters liegen oder ein Rechteckwellengenerator, beispielsweise ein Multivibrator, sein. Sie ist jedoch für die Zwecke der Beschreibung ,als Gleichstrombatterie dargestellt.

ίο Es sei zunächst angenommen, daß die Basis keine Verbindung'hat und daß die Klemme 209 gegenüber der Klemme 211 positiv ist, so daß eine gewisse Stromleitung durch den Transistor stattfindet, soweit positive Ladungen (oder »Löcher«), die für den Leitungszustand in einem pnp-Transistor bestimmend sind, die Potentialschwelle, welche durch den mit C (Fig. 1) bezeichneten Teil der Potentialverteilungskurve gebildet wird, in einem begrenzten Ausmaß überwinden können. Wenn die Batterie 222 in den Stromkreis ge-

schaltet ist, entsteht eine wesentlich höhere Potentialschwelle, wie bei F der Potentialverteilungskurve gezeigt und vorangehend beschrieben. Die Spannung der Batterie 222 muß höher sein als die Spannung zwischen den Klemmen 209 und 211, so daß die Basis 221 ein positives Potential sowohl gegenüber dem Emitter 219 als auch gegenüber dem Kollektor 217 hat, um den Durchgang von Strom von der Klemme 209 über den A^erbraucher, den Emitter, die Basis und die Batterie 222 zur Klemme 211 zu verhindern. Die' Elektronen an der Kontaktstelle der Basis mit den Kollektorbereichen werden von der Basis abgeleitet, so daß das Kontaktpotential zwischen Basis und Kollektor nahezu . eine völlige Unterbindung der Stromleitung durch den Transistor bewirkt.

Die unmittelbar vorangehend beschriebene Wirkung läßt sich auch feststellen, wenn die Batterie 222 zwischen der Basis und dem Emitter geschaltet ist, wie in Fig. 2 b gezeigt wird. In diesem Falle tritt das im Teil G der Potentialverteilungskurve der Fig. 1 dargestellte Kontaktpotential in der Weise in Wirkung, daß es die Potentialschwelle gegen Stromfluß durch die Kontaktstelle zwischen dem Basis- und dem Emitterbereich wesentlich erhöht.

Fig. 2 c und 2 d zeigen Schaltanordnungen für die Batterie 222, die Stromsättigung herbeiführen. Unter Stromsättigung ist zu verstehen, daß im Betrieb ein ausreichender Basisstrom vorhanden ist, um einen wesentlichen Emitter-Kollektor-Stromfluß hervorzurufen unter Bedingungen, unter welchen j ede weitere Erhöhung des Betrags des Basisstroms praktisch keine Wirkung auf den Emitter-Kollektor-Stromfluß hat.

Die Schaltungsanordnungen nach Fig. 2 c und 2d sind im wesentlichen die gleichen wie nach Fig. 2 a und 2 b, mit der Ausnahme, daß die Batterie 222 zwischen der Basis und dem Kollektor in der Weise geschaltet ist, daß ihre negative Klemme mit der Basis verbunden ist. Die Spannung der Batterie 222 braucht in diesem Falle nur ausreichend zu sein, um eine Sättigung des Kollektor-Emitter-Stromkreises zu gewährleisten. Bei der Schaltanordnung nach Fig. 2 c findet ein Stromfluß von der Klemme 209 über den Verbraucher 213, den Emitter 219, die Basis 221 und die Batterie 222 zur Klemme 211 der Sekundärwicklung des Transformators statt. Da der Kollektor 217 gegenüber dem Emitter 219 ein. negatives Potential hat, findet auch ein Stromfluß vom Emitter zum Kollektor entsprechend dem normalen Wirkungsprinzip von Transistoren statt. Durch eine geeignete Veränderung der Spannung der Batterie 222 ist es.

leicht möglich, eine Stromsättigung herbeizuführen.

Die in Fig. 2 d dargestellte Schaltanordnung ist im wesentlichen die gleiche wie bei den vorangehend beschriebenen Schaltanordnungen, auch hier wieder mit der Ausnahme, daß die Batterie 222 zwischen der Basis und dem Emitter geschaltet ist, wobei die negative Klemme der Batterie mit der Basis verbunden ist. Da die Potentialschwelle zwischen dem Emitter und der Basis, die normalerweise den Durchgang von Strom vom Emitter zum Kollektor verhindert, durch diese Art der Schaltung der Steuerbatterie 222 vernichtet oder zum mindesten wesentlich verringert worden ist, und da der Kollektor gegenüber dem Emitter auf Grund der zwischen den Klemmen 209 und 211 bestehenden Spannung ein negatives Potential hat, findet eine verhältnismäßig starke Stromleitung durch den Transistor statt. Hierbei ist zu erwärmen, daß die Spannung der Batterie 222 so hoch sein muß, daß eine Stromsättigung gewährleistet ist.

Die voranstehenden Erläuterungen sind unter der Annahme gegeben worden, daß die Regelschaltung während einer Halbperiode betrieben wird, während weicher die Klemme 209 gegenüber der Klemme 211 positiv ist. Während der Halbperiode, während welcher die Klemme 211 positiv gegenüber der Klemme 209 ist, sind die Betriebszustände der Schaltanordnungen nach Fig. 2 a und 2 b vertauscht, da die wirksamen Emitter- und Kollektorklemmen ausgetauscht sind. In gleicher Weise sind die Betriebszustände der Schaltanordnungen nach Fig. 2 c und 2d ausgetauscht. Wenn Transistoren verwendet werden, die Symmetrieeigenschaf ten aufweisen, lassen sich keine wesentlichen Veränderungen in den Betriebseigenschaften bei aufeinanderfolgenden Halbperioden feststellen. Wenn Transistoren mitUnsymmetrieeigenschaften verwendet wenden, läßt sich eine Veränderung der Belastbarkeit von etwa 40% bei aufeinanderfolgenden Halbperioden feststellen.

Obwohl die vorangehend beschriebenen Schaltanordnungen und die Erläuterungen hierzu in Verbindung mit einem pnp-Transistor gegeben wurden, kann ohne weiteres auch ein npn-Transistor verwendet werden. Bei den Schaltanordnungen nach Fig. 2 a und 2 b würde die Polarität der Steuerbatterie 222 in diesem Falle umzukehren sein, so daß deren negative Klemme mit der Basiselektrode verbunden wäre. Die Steuerbatterie zieht hierbei die positiven Ladungen oder Löcher ab, die für die Neutralisierung des Kontaktpotentials zwischen den verschiedenen Arten von leitenden Bereichen in einem npn-Transistor bestimmend sind. Bei den Schaltanordnungen nach Fig. 2 c und 2'd wäre dann die positive Klemme der Steuerbatterie mit der Basiselektrode verbunden.

In Fig. 3 ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung für die Steuerung eines in beiden Riehtunigen fließenden Stroms gezeigt. Bei dieser Ausführungsform ist eine Wechselstromquelle 301 an einen Verbraucher 313 über einen Transformator 307 und einen Transistor 315 in der gleichen AVeise angeschaltet, wie in Verbindung mit Fig. 2 a beschrieben. Die Wechselstromquelle 301 kann ein Generator für 60 Perioden, 11.5 Volt od. dgl. sein. Der Transistor 315 ist vorzugsweise von symmetrischer Art und dadurch gekennzeichnet, daß beide Endelektroden 317, 319 entweder als Emitter oder Kollektor dienen können, ohne daß hierdurch die Transistoreigenschaften wesentlich verändert werden.

Die Wechselstromquelle 301 ist mit den Klemmen 303 und 305 der Primärwicklung des Transformators 307 in der gleichen Weise, wie in Fig. 2 gezeigt, verbunden. Die Ausgangsspannung an den Klemmen 309 und 311 der Sekundärwicklung des Transformators 307 darf nicht so hoch sein, daß eine Spannung über den Transistor 315 hervorgerufen wird, da dieser hierdurch leitend wird. Der Verbraucher 313, dessen eine Klemme mit der Klemme 309 der Sekundärwicklung des Transformators verbunden ist und dessen andere Klemme mit der TransistorelektrodeS^'verbunden ist, kann beispielsweise ein Wechselstrommotor, eine Reihe von Lampen oder eine Reihe von Widerständen, wie sie oft für Heizzwecke verwendet werden, sein. Die Transistorelektrode 317 ist mit der Klemme 311 der Sekundärwicklung des Transformators verbunden..

Die Stromleitung zwischen den Transistorelektroden 317 und 319 wird durch einen Steuerkreis 322 beeinflußt, dessen Ausgangsklemmen 322 α und 322 & mit den Transistorendelektroden 317 und 319 verbunden sind und dessen Ausgangsklemme 322 c mit der Basiselektrode verbunden ist. Derjenige Teil des Steuerkreises 322, der die Unterbrechung des Stromflusses durch den Transistor 315 bewirkt, umfaßt einen Einweggleichrichter 323, ein Widerstandselement 325, die Sekundärwicklung 327 eines Transformators 326, die Sekundärwicklung 329 eines Transformators 330, ein Widerstandselement 331 und einen Einweggleichrichter 333, die in der angegebenen Reihenfolge zwischen den Klemmen 322 a und 322 b in Reihe geschaltet sind. Die Verbindungsstelle 328 zwischen den Sekundärwicklungen 327 und 329 ist unmittelbar mit der Avisgangsklemme 322 c verbunden. Die Einweggleichrichter 323 und 333 sind so gepolt, daß sie einem Stromfluß von der Verbindungsstelle 328 zu den Klemmen 322 a und 322 b entgegenwirken.

Der Leitungszustand des Transistors 315 wird durch den Stromkreis herbeigeführt, der über den Einweggleichrichter 335, das Widerstandselement 337, die Steuerwicklung 339, die Steuerwicklung 343, das Widerstandselement 345 und den Einweggleichrichter 349 verläuft, welche in der angegebenen Reihenfolge ebenfalls zwischen den Klemmen 322a und 322 b geschaltet sind. Ferner ist zusätzlich ein Steuerschalter 351 zwischen der Verbindungsklemme 341 der Steuerwicklungen 339 und 343 und der Verbindungsklemme 328 geschaltet. Die Einweggleichrichter 335 und 349 sind dabei so· gepolt, daß sie einem Stromfluß von den Klemmen 322 a und 322 b zur Verbindungsstelle 341 entgegenwirken.'

Die Steuerwicklungen 327, 329, 339 und 343 können zweckmäßig auf den Kern des Transformators 307 gewickelt werden. Wenn gesonderte Transformatoren verwendet werden, wie in der Zeichnung gezeigt, müssen die Primärwicklungen derselben mit den Klemmen 303 und 305 verbunden sein, so· daß die Sekundärspannungen die gleiche Frequenz haben und entweder in Phase oder um 180° phasenverschoben zur Spannung über die Klemmen 309 und 311 sind. Die relativen Phasen zwischen den Ausgangsspannungen sind in Fig. 3 angegeben.

Für eine einwandfreie Arbeitsweise der Regelschaltung ist es wichtig, daß die Augenblicksspannungen über die Wicklungen 327 und 329 stets höher sind als die Spannung zwischen den Klemmen 311 und 309, um das Nichtleitendwerden, wie vorangehend in Verbindung mit den Schaltanordnungen nach Fig. 2 a und 2 b beschrieben, zu gewährleisten. Der Regelschalter 351 kann ein von Hand betätigbarer einpoliger Messerschalter oder ein elektronisches Äquivalent ■ eines solchen sein. Die Gleichrichter 323, 333, 345 und 349 können gewöhnliche Selen- oder Siliziumgleichrichter sein. Die Widerstandselemente 337 und 345

müssen im Verhältnis zu den Widerstandselementen 325 und 331 derart bemessen sein, daß die infolge der Spannungen an iden Wicklungen 327 und 329 durch den Transistor fließenden Ströme jeweils durch die an die Basiselektrode 321 und an die Elektroden 317/319 über die Wicklungen 339 und 343 angelegten Spannungen überwunden werden, und sind zusätzlich ausreichend groß, um eine Stromsättigung·im Transistor 315 herbeizuführen.

Die Wirkungsweise der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform ist wie folgt: Es sei zunächst angenommen, daß die Augenblicksspannungen, wie sie in Fig. 3 dargestellt sind, und daß der Regelschalter 351 geöffnet sind. Unter diesen Voraussetzungen wirkt die Elektrode 319 als Emitter und die Elektrode 317 als Kollektor, so daß der in Verbindung mit Fig. 2 a beschriebene Sperrzustand vorherrscht. AVährend dieser Halbperiode des Betriebs wird durch den Teil des Stromkreises, der die Steuerwicklung 329 und das Widerstandselement 331 enthält, die Wirkungsweise der Regelschaltung wegen der Sperrwirkung des Gleichrichters 333 und ferner auch deshalb nicht beeinflußt, weil die Spannung über die Wicklung 329 höher ist als die Spannung zwischen den Klemmen 309 und 311. Bei denjenigen Halbperioden während des Betriebs, bei denen die Augenblicksspannungen den in Fi'g. 3 gezeigten entgegengesetzt sind, wirkt die Elektrode 317 als Emitter und die Elektrode 319 als Kollektor. Bei diesen Halbperioden führt die Ausgangsspannung der Wicklung 329 einen nichtleitenden Zustand des Transistors herbei, so daß auch in diesem Falle der in Verbindung mit Fig. 2 a beschriebene Sperrzustand herrscht.

Wenn weiter angenommen wird, daß sich die Steuereinrichtung in der in Fig. 3 gezeigten Halbperiode befindet, sinkt, wenn der Regelschalter 351 geschlossen wird, das Potential an der Basiselektrode 321 auf ein Potential ab, das niedriger ist als dasjenige an der Emitterelektrode 319. Hierdurch wird eine Stromleitung über die Sekundärwicklung des Transformators 307, den Verbraucher 313, die Emitterelektrode 319, die Basis 321 und über die Steuterkreiselemente 339, 337 und 335 herbeigeführt. Dies hat zur Folge, daß der Transistor in Wirkung tritt und infolge der Spannung zwischen den Klemmen 309 und 311 einen Strom in der Schleife hervorruft, die den Verbraucher 313 und die Elektroden 319, 321 und 317 enthält. Hieraus ergibt sich, daß die Bedingung für die Stromleitung vom Emitter zum Kollektor, welche in Verbindung mit Fig. 2 c beschrieben worden ist, erfüllt ist.

Bei den Halbperioden während des Betriebs, die den in der Zeichnung dargestellten entgegengesetzt sind, wird, wenn der Schalter 351 geschlossen wird, der Basiselektrode 321 ein gegenüber der Elektrode 317 (die nun als Emitter wirkt) negatives Potential mitgeteilt. Dies hat zur Folge, daß ein Leitungszustand über den Verbraucher 313, die Sekundärwicklung des Transformators 307, die Elektrode 317 und die Basis 321 infolge der Spannung über der Wicklung 343 herbeigeführt wird. Ferner fließt Strom von der Elektrode 317 zur Elektrode 319 und über den Verbraucher 313, da die Klemme 311 gegenüber der Klemme 309 positiv ist. Durch den Gleichrichter 335 wird" verhindert, daß die Wicklung 339 und das Widerstandselement 337 die Wirkungsweise der Steuereinrichtung während dieser Halbperioden beeinflussen.

In Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung gezeigt, die der in Fig. 3 gezeigten in vieler Beziehung ähnlich ist. Die Bezugsziffern in Fig. 3 und 4, bei welchen die beiden letzten Ziffern einander gleich sind, bezeichnen die gleichen Schaltelemente. Beispielsweise sind die Wechselstromquelle 301, der Transformator 307, der Verbraucher 313 und der symmetrische Transistor 315 der Fig. 3 in Fig. 4 mit 401, 407, 413 und 415 bezeichnet. Die Verbindungen zwischen den vorbezeichneten Schaltelementen sind die gleichen, wie in Verbindung mit Fig. 3 beschrieben.

ίο Der Steuerkreis 422 ist mit seinen Ausgangsklemmen 422 a, 422 & und 422 c mit dem Transistor 415 in der gleichen Weise verbunden, wie in Verbindung mit dem Transistor 315 beschrieben. Der Steuerkreis 422 der Regelschaltung nach Fi'g. 4 ist der gleiche wie der Steuerkreis 322 mit den folgenden Ausnahmen: Die Widerstandselemente 325, 331, 337 und 345 sind in Wegfall gekommen und der Steuerschalter 351 durch einen einpoligen Umschalter 451 bzw. durch ein elektronisches Äquivalent desselben ersetzt. Die Ausgangsklemme 422 c ist anstatt mit einer der Verbindungsstelle 328 entsprechenden Verbindungsstelle mit dem beweglichen Schaltstück 457 des Schalters 451 verbunden. Die Klemme 455 des Schalters 451 ist mit der Verbindungsstelle 428 der Steuerwicklungen 427 und 429 verbunden. Die andere Klemme 453 des Schalters 451 ist mit der Verbindungsstelle 441 der Steuerwicklungen 439 und 443 verbunden.

Wenn der Stromfluß durch den Transistor 415 unterbrochen werden soll, wird das bewegliche Schaltstück 457 mit der Klemme 455 verbunden. Hierdurch wird der in Verbindung mit Fig. 3 beschriebene Sperrzustand herbeigeführt. In gleicher Weise wird, wenn der Transistor 415 leiten soll, das Schaltstück 457 mit der Klemme 453 verbunden. Die über die Steuerwicklungen 439 und 443 induzierten Spannungen haben zur Folge, daß die Basis 421 auf ein negatives Potential gegenüber den anderen Elektroden gebracht und der Leitungszustand durch den Transistor in der gleichen Weise, wie in Verbindung mit Fig. 3 beschrieben, hergestellt wird. Der Vorteil dieser besonderen Ausführungsform besteht darin, daß durch die Spannungen über die Wicklungen 439 und 443 nicht die durch die Wicklungen 427 und 429 induzierten Ströme überwunden werden müssen, wie dies erforderlich ist, wenn die letzterwähnten Wicklungen ständig mit der Basiselektrode 321 verbunden sind.

Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, . deren Wirkungsweise auf den Schaltanordnungen nach Fig. 2 a und 2 c beruht. Auch bei der in Fig. 5 gezeigten Steuereinrichtung bezeichnen die Bezugsziffern, deren beide letzte Ziffern gleichgeblieben sind, entsprechende Schaltelemente in Fig. 3 bzw. 4. Die Wechselstromquelle 501 ist auch in diesem Falle über einen Transformator 507 und einen Transistor 515 auf einen Verbraucher 513 geschaltet. Ferner ist im Steuerstromkreis 522 die Ausgangsklemme 522 a mit der Transistorelektrode 517, die Ausgangsklemme 522 b mit der Transistorelektrode 519 und die Ausgangsklemme 522c mit der Basiselektrode 521 verbunden. Die Einphasengleichrichter 565 und 567 sind mit den Klemmen 522 a und 522 & m der Weise verbunden, daß sie einer Stromleitung zu den jeweiligen Ausgangsklemmen entgegenwirken. Die erwähnten Gleichrichter haben eine gemeinsame Verbindungsstelle 566. Für das Anlegen einer Sperrvorspannung an die Basiselektrode 521 sind ein Widerstandselement 571 und eine Gleichspannungsquelle 569 (zweckmäßig eine Batterie) zwischen Aus- gangsklemme 522 c und Verbindungsklemme 566 ge-

schaltet. Die P'olarität der Spannungsquelle 569 ist derart, daß die Klemme 566 gegenüber der Klemme 522 c negativ ist. Für das Herbeiführen des Leitungszustandes des Transistors 515 sind die Gleichspannungsquelle 559 (wiederum zweckmäßig eine Batterie) und ein einpoliger Messerschalter 551 an die Ausgangsklemmen 522 a bzw. 522 b über Einweggleichrichter 561 bzw. 563 geschaltet. Die Gleichrichter 561 und 563 sind so gepolt, daß sie eine Stromleitung .von der Batterie 559 und über den Schalter 551 zu den jeweiligen Ausgangsklemmen ermöglichen.

Die Gleichrichter 561, 563, 565 und 567 können Selen- oder Siliziumgleichrichter sein, ähnlich wie die in Verbindung mit Fig. 3 beschriebenen.

Für die Beschreibung der Wirkungsweise dieser Regelschaltung sei zunächst angenommen, daß diese sich in der Betriebshalbperiode befindet, bei welcher die Klemme 511 gegenüber der Klemme 509 positiv ist. Wenn der Schalter 551 geöffnet ist, bringt die Batterie 569 die Basiselektrode 521 auf ein positives Potential gegenüber der Elektrode 517 (welch letztere während dieser besonderen Halbperiode als Emitter wirkt) sowie gegenüber der Elektrode 519. Hieraus ergibt sich, daß die Bedingungen für den Sperrzustand, welche in Verbindung sowohl mit Fig. 2 a als auch Fig. 2 b beschrieben worden sind, erfüllt sind. Die Kontaktpotentiale an der Kontaktstelle der Basiselektrode 521 mit den beiden »p «-Elektroden 517 und 519 wirken daher einer Stromleitung von der Elektrode 517 zur Elektrode 519 entgegen.

Wenn der Schalter 551 geschlossen wird, bringt die Batterie 559 die Basiselektrode 521 auf ein negatives Potential gegenüber der Elektrode 519. Es fließt daher ein Strom durch die Schleife, welche den Gleichrichter 563, den Verbraucher 513, die Sekundärwicklung des Transformators 507, die Elektrode 517 und die Basiselektrode 521 enthält. Hieraus ergibt sich, daß die Bedingung für die Stromsättigung, welche in Verbindung mit Fig. 2 c beschrieben worden ist, erfüllt ist und daß Strom von der Elektrode 517 zur Elektrode 519 fließt. Während der entgegengesetzten Halbperiode bringt die Batterie 559 die Basiselektrode 521 auf ein negatives Potential gegenüber der Elektrode 517, so daß Strom durch die Schleife fließt, welche den Gleichrichter 561, die Sekundärwicklung des Transformators 507, den Verbraucher 513·, die Elektrode 519 und die Basiselektrode 521 enthält. Die in Verbindung mit Fig. 2 c beschriebene Bedingung für Stromsättigung liegt daher wieder vor, so daß Strom durch den Transistor von der Elektrode 519 zur Elektrode 517 fließt.

Alle vorangehend in Verbindung mit Fig. 3, 4 und 5 beschriebenen Ausführungsformen sind unter der Annahme beschrieben worden, daß pnp-Flächentransistoren verwendet werden. Wenn npn-Transistoren verwendet werden sollen, braucht nur die Polarität jedes der Einweggleichrichter und der Batterien 569 und 559 umgekehrt zu werden. Die Wirkungsweise der Schaltanordnungen ist im wesentlichen die gleiche, wie vorangehend beschrieben, wobei die Basis an den jeweiligen Kollektor- während einer gegebenen Halbperiode so angeschaltet ist, daß sie ein negatives Potential gegenüber dem Kollektor hat, wenn ein Sperrzustand gewünscht ist, und ein positives Potential, wenn Stromsättigung gewünscht ist.

Im Zusammenhang mit den vorangehend gegebenen Lehren wurde festgestellt, daß der Transistorschalter eine Emitter-Kollektor-Impedanz von weniger als 2 Ohm hat, wenn die Steuerspannung so bemessen ist, daß sie Stromsättigung ergibt, und eine Impedanz von 100000 Ohm bis 1 Megohm, wenn der Transistor sich im Sperrzustand befindet. Die von der Steuerquelle geforderte Leistung ist geringer als ein Fünfzigstel der durch sie gesteuerten Leistung. Es wurde festgestellt, daß das Verhältnis des durch den Verbraucher hindurchgeschickten Stromes, wenn sich das Transistorelement im Sperrzustand befindet, zu dem Strom, wenn sich das Transistorelement im Leitungszustand befindet, außerordentlich klein ist, wie sich aus den ίο voranstehend gegebenen relativen Ohmschen Werten ergibt. ' . ■ " '

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Steuereinrichtung für den Stromfluß von einer Wechselstromquelle zu einem A^erbraucher mit einem als Schaltelement dienenden Flächentransistor, der zwei Endelektroden und eine Basismittelelektrode aufweist, wobei die Basiselektrode Potentialsperren gegen den Stromdurchgang zwischen jeder der Endelektroden und der Basiselektrode einschaltet, gekennzeichnet durch einen Steuerstromkreis mit einer ersten Spannungsquelle (327, 329), die an die Basiselektrode (321) ein Potential anlegt, das die gleiche Polarität wie die Potentialsperren aufweist, ferner mit einer zweiten Spannungsquelle (339, 343), die an die Basiselektrode (321) ein Potential mit einer den Potentialsperren entgegengesetzten Polarität anlegt, und ferner mit Steuerschaltmitteln (351) zur wahlweisen Einschaltung der ersten oder zweiten Spannungsquelle zwischen die Basiselektrode (321) und die Endelektroden (317, 319), so daß je nach der Stellung der Steuerschaltmittel (351) entweder der Stromdurchgang durch den Transistor gesperrt wird oder eine Stromsättigung eintritt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung der zweiten Spannungsquelle (339, 343) größer als die der ersten Spannungsquelle (327, 329) und die erste Spannungsquelle mit der Basiselektrode (321) des Transistors ständig verbunden ist, während die zweite Spannungsquelle (339, 343) zur Ausschaltung der Wirkung der ersten Spannungsquelle (327, 329) mit der Basiselektrode wahlweise über Steuerschaltmittel (351) verbunden ist.

3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Spannungsquelle aus zwei einphasigen Wechselspannungs- quellen (327, 329) von gleicher Frequenz wie die Wechselstromquelle (301) besteht und daß die beiden Wechselspannungsquellen (327, 329) je mit einer Klemme an die Basismittelelektrode (321) des Transistors angeschlossen und mit ihren anderen Klemmen einzeln mit den entsprechenden Endelektroden (317, 319) des Transistors über Gleichrichter (32.3, 333) verbunden sind, die den Strom nur von der zugeordneten Endelektrode zur Basiselektrode leiten, wobei die Ausgangsspannungen der beiden Spannungsquellen (327, 329) mit der Wechselstromquelle (301) phasenmäßig so abgestimmt sind, daß sie die elektrischen Ladungen, die das Kontaktpotential zwischen der Basiselektrode (321) und derjenigen Endelektrode (317 oder 319), die in einem gegebenen Zeitpunkt als Emitterelektrode arbeitet, zu neutralisieren suchen, von der Basiselektrode ableiten, und daß ferner die zweite Spannungsquelle aus zwei einphasigen Wechselspannungsquellen (339, 343) von gleicher Frequenz wie die Wechselstromquelle (301) be-

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steht und daß die beiden Wechselspannungsquelleii (339, 343) je mit einer Klemme^: über '■ Steuerschaltmittel (351) ■ mit der Basismittel elektrode (321) des Transistors verbunden sind, während ihre anderen Klemmen einzeln an die entsprechenden Endelektroden (317, 319) des Transistors (315) über Gleichrichter (335,.. 349) angeschlossen sind, die dem Stromfluß von den Ewdelektroden (317, 319) zur Basiselektrode (321) des Transistors entgegenwirken, wobei die letzteren beiden Spannungsquellien (339, 343) zu den ersterwähnten beiden Spannungsquellen (327, 329) gegenphasig sind.

4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die

zweite Spannungsquelle Gleichstromspannungsquellen (559, 569) sind, von denen die eine (569) mit ihrem positiven Pol an die Basiselektrode (521) des Transistors und mit ihrem negativen Pol an die Endelektroden (517, 519) des Transistors über Gleichrichter (565, 567) angeschlossen ist, die einen Stromfluß nur von den Endelektroden (517, 519) zur Basiselektrode über die erste Gleichstromquelle (569) ermöglichen, während die zweite Gleichstromquelle (559) über einen Schalter (551) so gesteuert ist, daß sie. mit ihrem negativen Pol an die Basiselektrode (521) und wahlweise mit ihrem positiven Pol an die Endelektroden des Transistors über weitere Gleichrichter (561, 563) anschließbar ist (Fig. 5).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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