DE1080215B

DE1080215B - Schutzschaltung fuer einen Transistor

Info

Publication number: DE1080215B
Application number: DEN16794A
Authority: DE
Inventors: Johannes Arnoldus Samwel; Arie Slob
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1959-06-02
Filing date: 1959-06-02
Publication date: 1960-04-21
Also published as: JPS384832B1; NL108097C; GB928297A; NL252093A; BE591446A; FR1258663A

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zum Schutz eines Transistors gegen Kollektor-Emitter- und/oder Kollektor-Basis-Überspannungen unter Verwendung einer in Sperrichtung betriebenen Zenerdiode mit einer Durchschlagspannung kleiner, als die maximal zulässige Kollektor-Emitter- und/oder Kollektor-Basis-Spannung des zu schützenden Transistors, bei der ein durch die Zenerdiode fließender Strom die Erregung eines Relais bewerkstelligt, welches die Spannung am Kollektor-Emitter- und/oder am Kollektor-Basis-Kreis des zu schützenden Transistors bei Überschreiten des maximal zulässigen Wertes auf einen zulässigen Wert herabsetzt.

Solche Schutzschaltungen werden angewandt, wenn die Speisespannung größer ist als die maximal zu-' lässige Spannung und die Spannung über der Kollektor-Emitter- und/oder Kollektor-Basis-Strecke des Transistors unter gewissen Belastungsverhältnissen diese maximal zulässige Spannung überschreiten kann. Insbesondere sind sie öfter unentbehrlich in Speiseschaltungen mit einem, für die Stabilisierung der Speisespannung als veränderlichen Widerstand wirksamen Reihentransistor: bei Kurzschluß zwischen den Ausgangsklemmen einer solchen Schaltung liegt die gesamte Speisespannung über der Kollektor-Emitter- und/oder über der Kollektor-Basis-Strecke des Reihentransistors. Ein solcher Reihentransistor 1 kann, z. B. wie gezeigt in Fig. 1, über einen Verstärker durch die Spannung an den Ausgangsklemmen 4 gesteuert und unmittelbar mittels einer über der gefährdeten Elektrodenstrecke in Sperrichtung geschalteten Zenerdiode 2 geschützt werden, die eine Durchschlagspannung kleiner als die maximal zulässige Spannung über diese Elektrodenstrecke besitzt. Ist jedoch der Eigenwiderstand der Speisequelle 3 verhältnismäßig klein, so wird der Strom durch die Zenerdiode 2 unzulässig hoch, z. B. bei Kurzschluß zwischen den Ausgangsklemmen 4, und sowohl- diese Diode als auch der Transistor 1 werden beschädigt. Durch Einschalten eines Widerstandes 5 kann dieser Eigenwiderstand natürlich künstlich erhöht werden, jedoch werden dadurch der Nutzeffekt und die Belastungscharakteristik (Stabilität der Ausgangsspannung bei schwankender Belastung) verschlechtert. Die einfache Schutzschaltung nach Fig. 1 ist deshalb öfter nicht anwendbar oder nicht befriedigend.

Die Erfindung umgeht diese Schwierigkeit und gibt eine Schutzschaltung an, wodurch eine Überbelastung der Zenerdiode auch bei kleinstem Eigenwiderstand der Speisespannungsquelle vermieden wird.

Die Schaltung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerwicklung des Relais im Kollektor-Emitter-Kreis eines durch einen Strom durch die Zenerdiode gesteuerten Hilfstransistors ein-Schutzschaltung für einen Transistor

Anmelder:

N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Niederlande)

Vertreter: Dr. rer. nat. P. Roßbach, Patentanwalt,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Johannes Arnoldus Samwel und Arie Slob,

Eindhoven (Niederlande),
sind als Erfinder genannt worden

geschaltet ist, dessen Basiselektrode in an sich bekannter Weise mit der Zenerdiode verbunden ist, und daß die Zenerdiode in Reihe mit der Basis-Emitter-Strecke des Hilfstransistors über der Kollektor-Emitter- und/oder Kollektor-Bäsis-Strecke des zu schützenden Transistors geschaltet ist.

Ein besonderer Vorteil der Schutzschaltung nach der Erfindung liegt in der Temperaturunabhängigkeit, die durch das Zusammenwirken von Zenerdiode und Hilfstransistor bedingt ist.

Die Erfindung wird an Hand der Fig. 2 und 3 der Zeichnung näher erläutert, welche die Schaltbilder zweier Ausführungsbeispiele der Schaltung nach der Erfindung darstellen.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 dient die Schaltung nach der Erfindung, wie die Zenerdiode 2 der Fig. 1, zum Schutz des Reihentransistors 1 einer Spannungsstabilisierungssohaltung. Wie in Fig. 1, ist die Basis dieses Transistors über einen Gleichspannungsverstärker 6 gesteuert durch die Spannung an den Ausgangsklemmen $, oder noch besser durch die Differenz zwischen dieser Ausgangs spannung und einer Bezugspannung. Wie in der Schaltung nach Fig. 1 ist wieder eine Zenerdiode 2 über der Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 1 in Sperrichtung geschaltet. In Reihe mit dieser Diode ist jedoch die Basis-Emitter-Strecke eines Hilfstransistors 7 eingeschaltet, wobei die Basis des Transistors 7 mit der

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Diode 2 verbunden ist. Die Reihenschaltung über der Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 1 enthält noch einen, zwischen den bezüglichen Emitterelektroden der Transistoren 1 und 7 eingeschalteten Emitterwiderstand 8., und der Basis des Transistors 7 wird über einen hochohmigen Widerstand 9 ein in Sperrrichtung wirkendes Potential zugeführt. Durch den hohen Wert des Widerstandes 9 wird der bei gesperrtem Transistor 7 in Sperrichtung fließende Kollektor-Basis-Leckstrom herabgesetzt. Andererseits wird dieser Leckstrom auch durch den Emitterwiderstand 8 vermindert und/oder stabilisiert, so daß er verhältnismäßig wenig mit der Temperatur zunimmt. Wie gezeigt, ist der Widerstand 9 auch mit dem Emitter des Transistors 1 verbunden, so daß Emitter und Basis des Transistors 7 bei gesperrter Zenerdiode 2 auf gleiches Potential liegen. Unter diesen Umständen ist der Transistor 7 durch seine eigene, innere Potentialschwelle gesperrt.

Im Kollektorkreis des Transistors 7 liegt die Erregerwicklung 11 eines Relais 10 mit einem Ruhekontakt 12 und einem Arbeitskontakt 13. Das andere Ende der Wicklung 11 liegt an der negativen Klemme der Speisequelle 3, der Ruhekontakt 12 ist zwischen dem Emitter des Transistors 1 und der negativen Ausgangsklemme 4 und der Arbeitskontakt 13 ist ein Selbsthaltekontakt und ist einerseits mit dem Kollektor des Transistors 7 und mit der Wicklung 11, andererseits über einen Haltewiderstand 14 mit der positiven Ausgangsklemme 4 und mit der positiven Klemme der Speisequelle 3 verbunden.

Wenn die Spannung über der Kollektor-Emitter-Strecke und/oder über, der Kollektor-Basis-Strecke des Transistors 1 die Durchschlagspannung der Zenerdiode 2 überschreitet, z. B. infolge einer zu starken Belastung oder sogar eines Kurzschlusses zwischen den Ausgangsklemmen 4, dann schlägt die Diode 2 durch. Ein beträchtlicher Teil des durch diese Diode fließenden Stromes fließt dann als Vorwärtsstrom über die Basis-Emitter-Strecke des Transistors 7, dessen Kollektor-Emitter-Kreis dadurch leitend gemacht wird. Der Kollektorstrom dieses Transistors fließt durch die Wicklung 11 und erregt das Relais 10. Dieser öffnet seinen Ruhekontakt 12 und unterbricht damit den Stromkreis zwischen der negativen Klemme der Speisequelle 3 und der negativen Ausgangsklemme 4. Gleichzeitig schließt das Relais 10 seinen Haltekontakt 13, so daß er sich über den Widerstand 14 selbsterregt und in angezogener Stellung bleibt.

Bei öffnen des Kontakts 12 werden die über der Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 1 und die über der Diode 2 wirksamen Spannungen sehr stark, und jedenfalls auf zulässige Werte herabgesetzt. Über den Widerstand 14 ist die Kollektorelektrode des Transistors 7 in VorwärtsMchtung polarisiert und wirkt nun als Emitter. An der Diode 2 liegt somit praktisch dieselbe Spannung wie an der Wicklung 11. Der Rück- oder Leckstrom über die Kollektor-Basis- und Kollektor-Emitter-Strecken des Transistors 7 wird jedoch begrenzt oder herabgesetzt durch die Widerstände 8 und 9, so daß die Spannung über der Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 1 noch kleiner ist als die über der Wicklung 11.

Die Spannung am Eingang der Steuereinrichtung 6 ist praktisch gleich der Spannung der Speisequelle 3, und die Spannung an ihrem Ausgang ist nach Abzug einer Bezugspannung und allfälliger Verstärkung auch ungefähr gleich der Speisespannung. Durch die beschriebene Schutzschaltung wird somit sowohl die Kollektor-Emitter- als auch die Kollektor-Basis-Strecke des Transistors 1 geschützt. Dabei muß das Relais 10 natürlich ein rasch anziehendes Relais sein. Nachdem die Ursache der Überbelastung oder des Kurzschlusses entfernt ist, kann das Relais 10 durch kurzzeitiges Unterbrechen seines Erregers oder seines Selbsthaltekreises wieder in seinen Ruhezustand versetzt werden, z.B. durch vorübergehendes Ausschalten der Speisequelle 3 oder mittels eines gesonderten Unterbrechers.

ίο Die Ausführungsform nach Fig. 3 unterscheidet sich von derjenigen nach Fig. 2 hauptsächlich dadurch, daß die Basis des Transistors 7 über den Widerstand 9 mit der positiven Klemme der Speisequelle 3 verbunden ist Die ganze Spannung dieser Quelle liegt somit über der Reihenschaltung der Zenerdiode und des Widerstandes 9, so daß ein Strom stets über diese Diode fließt. Die Spannung über der Diode ist dann praktisch konstant und gleich ihrer Durchschlag- oder Zenerspannung und dient als Bezugspannung. Sobald die Spannung über der Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 1 größer wird als die Bezugsspannung, fließt ein Teil des Stromes über die Zenerdiode 2 in Vorwärtsrichtung durch die Basis-Emitter-Strecke des Transistors 7, welcher somit leitend wird.

Auch die Anschlußweise des Relais 10 ist verschieden: es besitzt eine getrennte Haltewicklung 11' und einen Umschaltkontakt 15. Bei Leitendwerden des Transistors 7 wird diese Wicklung in Reihe mit dem Widerstand 14 und über den Umschaltkontakt 15 an die Speisequelle 3 angeschlossen, während der übrige Teil der, Schutzschaltung, der Transistor 1, die Steuereinrichtung 6 und die obere Klemme 4 durch diesen Umschalter von der negativen Klemme der Speisequelle 3 isoliert werden.

Claims

Patentanspruchε-1. Schaltung zum Schutz eines Transistors gegen Kollektor-Emitter- und/oder Kollektor-Basis-Überspannungen unter Verwendung einer in Sperrichtung betriebenen Zenerdiode mit einer Durchschlagspannung kleiner als die maximal zulässige Kollektor-Emitter- und/oder Kollektor-Basis-Spannung des zu schützenden Transistors, bei der ein durch die Zenerdiode fließender Strom die Erregung eines Relais bewerkstelligt, welches die Spannung am Kollektor-Emitter- und/oder am Kollektor-Basis-Kreis des zu schützenden Transistors bei Überschreiten des maximal zulässigen Wertes auf einen zulässigen Wert herabsetzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerwicklung des Relais im Kollektor-Emitter-Kreis eines durch einen Strom durch die Zenerdiode gesteuerten Hilfstransistors eingeschaltet ist, dessen Basiselektrode in an sich bekannter Weise mit der Zenerdiode verbunden ist, und daß die Zenerdiode in Reihe mit der Basis-Emitter-Strecke des Hilfstransistors über der Kollektor-Emitter- und/oder Kallektor-Basis-Strecke'des zu schützenden Transistors geschaltet ist.
2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Basiselektrode des Hilfstransistors über einen den Kollektor-Basis-Ruhestrom dieses Transistors herabsetzenden Widerstand ein in der Sperrichtung wirkendes Potential zugeführt wird.
3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erwähnte Sperrpotential so hoch ist, daß die Zenerdiode schon bei normaler BeIa-

stung des zu schützenden Transistors durchschlägt, so daß die Spannung über der Zenerdiode als Bezugspannung dient und ein vorwärts gerichteter Strom durch die Zenerdiode und die Basis-Emitterstrecke des Hilfstransistors fließt, sobald die Spannung über Kollektor-Emitter- und/oder Kollektor-Basis-Strecke des zu schützenden Transistors diese Bezugspannung übersteigt.

In Betracht gezogene Druckschriften: Herrnkind : »Die Glimmröhre und ihre Schaltungen«, München, 1952, S. 46.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen