DE1125972B - Schaltungsanordnung mit zwei gleichsinnig in Reihe geschalteten, in Kollektorschaltung betriebenen Schalttransistoren, fuer eine Schaltspannung, die hoeher ist als die maximal zulaessige Sperrspannung eines Transistors - Google Patents

Schaltungsanordnung mit zwei gleichsinnig in Reihe geschalteten, in Kollektorschaltung betriebenen Schalttransistoren, fuer eine Schaltspannung, die hoeher ist als die maximal zulaessige Sperrspannung eines Transistors

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DE1125972B
DE1125972B DES69266A DES0069266A DE1125972B DE 1125972 B DE1125972 B DE 1125972B DE S69266 A DES69266 A DE S69266A DE S0069266 A DES0069266 A DE S0069266A DE 1125972 B DE1125972 B DE 1125972B
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DE
Germany
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transistor
voltage
switching
circuit
series
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Application number
DES69266A
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English (en)
Inventor
Dipl-Ing Otto Kneisel
Georg Loew
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/10Modifications for increasing the maximum permissible switched voltage

Landscapes

  • Electronic Switches (AREA)

Description

  • Schaltungsanordnung mit zwei gleichsinnig in Reihe geschalteten, in Kollektorschaltung betriebenen Schalttransistoren, für eine Schaltspannung, die höher ist als die maximal zulässige Sperrspannung eines Transistors In der Femmeldetechnik zeigen sich in neuerer Zeit in zunehmendem Maße Bestrebungen, mechanische Kontakte durch steuerbare Halbleiter, insbesondere durchSchalttransistoren zu ersetzen. Bei derartigen Schalttransistoren ist von Natur aus der Spannungsabfall begrenzt, der im Sperrzustand an dem Transistor auftreten darf, ohne eine überlastung des Transistors nach sich zu ziehen. In der Praxis ist jedoch häufig die Aufgabe gegeben, Spannungen zu schalten, die höher als die maximal zulässige Sperrspannung eines Schalttransistors sind. Zur Lösung dieser Aufgabe ist es bereits bekannt, mehrere Schalttransistoren in Reihe zueinander zu schalten. Dabei wird zur Erzielung einer gleichmäßigen Steuerung und gleichmäßigen Belastung der einzelnen Schalttransistoren in einer bekannten Schaltung nur der erste Transistor der Reihenschaltung willkürlich gesteuert, während die Steuerung der weiteren Schalttransistoren durch Potentialänderungen bewirkt wird, die an dem ersten Transistor bei dessen Steuerung auftreten. Hierzu ist jedem weiteren Transistor ein besonderer Spannungsteiler zugeordnet, an dessen Abgriff die Steuerelektrode des betreffenden Transistors angeschlossen ist; die weiteren Schalttransistoren werden dabei durch das Verschwinden der im Sperrzustand an dem willkürlich gesteuerten ersten Schalttransistor liegenden Teilspannung in den leitenden Zustand gesteuert.
  • In der bekannten Schaltungsanordnung werden die Schalttransistoren in Emitterschaltungen betrieben, d. h., der Lastwiderstand liegt im Kollektorkreis des letzten Schalttransistors der Reihenschaltung der Schalttransistoren. Für manche Anwendungszwecke ist jedoch ein mit Schalttransistoren aufgebauter elektronischer Schalter erwünscht, bei dem die Transistoren in Kollektorschaltung betrieben werden, d.h. bei dem der Lastwiderstand im Emitterkreis des ersten Schalttransistors der Reihenschaltung der Schalttransistoren liegt. Dies kann beispielsweise mit Rücksicht auf bereits vorhandene Spannungsquellen erforderlich sein; es kann weiterhin dann erforderlich werden, wenn beiderseits eines Verbrauchers je ein elektronischer Schalter in Form von pnp-Transistoren in den Verbraucherstromkreis eingefügt werden soll, so daß nur dann ein Verbraucherstrom fließt, wenn beide Schalter durchlässig sind.
  • Wenn nun die Schalttransistoren eines elektronischen Schalters in Kollektorschaltung betrieben werden sollen, so läßt sich hierauf nicht einfach in gleicher oder analoger Weise die Steuerung übernehmen, wie sie bei in Emitterschaltung betriebenen Schalttransistoren möglich ist. Bei einem elektronischen Schalter, der mit zwei in Emitterschaltung betriebenen pnp-Transistoren aufgebaut ist, liegt die Basiselektrode des zweiten Transistors über einen Vorwiderstand an der halben Schaltspannung. Der zweite Schalttransistor wird dabei dadurch leitend, daß nach Leitendwerddn des ersten, willkürlich gesteuerten Schalttransistors ein Potential an dem Verbindungspunkt der beiden Schalttransistoren auftritt, das das Basispotential des zweiten Transistors übersteigt. Würde man dieses Steuerverfahren auf einen elektronischen Schalter übertragen, der mit zwei in Kollektorschaltung betriebenen pnp-Schalttransistoren aufgebaut ist, so würde nach dem Leitendwerden des ersten, willkürlich gesteuerten Transistors am Verbindungspunkt der beiden Schalttransistoren nun nicht ein solches Potential auftreten, daß auch der zweite Schalttransistor in den leitenden Zustand gesteuert werden würde, sondern gerade ein solches Potential, daß der zweite Schalttransistor im Sperrzustand verbleibt. Ein Betrieb der Schalttransistoren in Kollektorschaltung ist also nicht ohne weiteres möglich.
  • Die genannten Schwierigkeiten werden durch die Erfindung überwunden. Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung nüt zwei gleichsinnig in Reihe geschalteten, inKollektorschaltung betriebenenSchalttransistoren, vorzugsweise prip-Transistoren, die in Abhängigkeit von der Steuerung des ersten Transistors beide entweder durchlässig oder nicht durchlässig sind, für eine Schaltspannung, die höher als die maximal zulässige Sperrspannung eines Transistors ist. Diese Schaltungsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungspunkt des Lastwiderstandes und des Emitters des ersten Transistors über einen Richtleiter mit dem Verbindungspunkt eines ersten Widerstandes und der Kathode einer Zenerdiode einer an eine die Schaltspannung übersteigendeVorspannung angeschlossenen Reihenschaltung eines weiteren Widerstandes, der Zenerdiode und des ersten Widerstandes verbunden ist und daß die Basis des zweiten Transistors an den Verbindungspunkt des weiteren Widerstandes und der Anode der Zenerdiode angeschlossen ist.
  • Durch die Erfindung wird erreicht, daß zugleich mit der Aussteuerung des ersten, willkürlich ge- steuerten Schalttransistors in den Durchlässigkeitszustand die an der Basis des zweiten Transistors herrschende Spannung so verändert wird, daß nunmehr auch der zweite Schalttransistor in den leitenden Zustand gelangen kann.
  • An Hand der Figuren sei die Erfindung näher erläutert.
  • Fig. 1 zeigt eine mit zwei gleichsinnig in Reihe geschalteten pnp-Transistoren Tl und T2 aufgebaute Schaltungsanordnung gemäß derErfindung. Zwischen dem Emitter des ersten Transistors Tl und Erde liegt der Lastwiderstand RL; der Kollektor des zweiten Transistors T2 ist mit einer Spannungsquelle verbunden, die die Schaltspannung - UB abgibt. Diese Schaltspannung - UB kann bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 1, in der zwei Schalttransistoren in Reihe geschaltet sind, bis zu zweimal so groß wie die maximal zulässige Sperrspannung eines der Schalttransistoren sein; sie kann beispielsweise - 60 V betragen. Der Verbindungspunkt e des Lastenwiderstandes RL und des Emitters des ersten Transistors Tl ist über einen Richtleiter D mit dem Verhindungspunkt a eines Widerstandes Rw und der Kathode einer Zenerdiode ZD verbunden. Der Widerstand Rw und die Zenerdiode ZD bilden zusammen mit einem weiteren Widerstand Rv eine Reihenschaltung, die an eine die Schaltspannung - UB übersteigende Vorspannung - Uv von beispielsweise - 70 V angeschlossen ist. An den Verbindungspunkt b des Widerstandes Rv, der an der die Vorspannung - Uv abgebenden Spannungsquelle liegt, und der Anode der Zenerdiode ZD ist die Basis das Schalttrausistors T2 angeschlossen.
  • Die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 arbeitet in folgender Weise: Bei der in der Figur dargestellten Lage des mit der Basis des Schalttransistors Tl verbundenen Schalters S ist an die Basis des Transistors T 1 über einen Widerstand R eine Spannung + U von beispielsweise + 1 V angeschaltet, wodurch der Schalttransistor Tl im Sperrzustand gehalten wird. Dadurch, daß die Emitter-Basis-Strecke des Transistors T 1 nichtleitend ist, liegt am Verbindungspunkt e Erdpotential, so daß auch die Diode D gesperrt ist. Die Zenerdiode ZD ist leitend, d. h., ihr Arbeitspunkt liegt im Zenerbereich. Am Verbindungspunkt b und damit an der Basis des Transistors T2 herrscht eine Spannung von der halben Höhe der Schaltspannung, d. b. beispielsweise eine Spannung von - 30 V. Der Transistor T2 ist daher genauso wie der Transistor T 1 nichtleitend. Eine gleichmäßige Aufteilung der an der Reihenschaltung der beiden SchalttransistorenT1 und T 2 liegenden Schaltspannung - UB auf die beiden Schalttransistoren wird dadurch erzielt, daß über den WiderstandR, über die Basis-Kollektor-Strecke des Transistors Tl, die Emitter-Basis-Strecke des Transistors T2 und den Widerstand Rv ein geringer Sperrstrom fließt, der bewirkt, daß die am Verbindungspunkt der beidenSchalttransistoren herrschende Spannung gleich der halben Schaltspannung ist. Das Auftreten einer zu hohen Spannung an einem der Schalttransistoren bei deren Sperrzustand wird also vermieden.
  • Wird in der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 der Schalter S geschlossen, so wird nunmehr über den Widerstand Rs die Spannung - Us von etwa -- 70 V an die Basis des Schalttransistors T 1 angeschaltet. Damit wird die Emitter-Basis-Strecke dieses Transistors leitend, so daß eine entsprechend negative Spannung auch am Verbindungspunkt e auftritt. Dies hat zur Folge, daß die Diode D durchlässig wird; der Diodenstrom fließt dabei über den Widerstand Rw. über die Diode D setzt sich die negative Spannung auch am Verbindungspunkt a durch, was zur Folge hat, daß die Zenerdiode ZD in den Sperrzustand gelangt. Infolgedessen ist nunmehr die volle Vorspannung - Uv von -70 V an der Basis des Schalttransistors T2 wirksam, so daß der Transistor T2 in den leitenden Zustand gelangt. Es fließt jetzt also ein Laststrom über denLastwiderstandRL und die beiden Schalttransistoren T 1 und T 2.
  • Fig. 2 zeigt eine eine Weiterbildung der Erfindung beinhaltende Schaltungsanordnung. Bei Schalttransistoren treten naturgemäß beim Übergang vom Durchlaßzustand in den Sperrzustand Trägheitserscheinungen auf, d. h., ein solcher Übergang geht nicht in unendlich kurzer Zeit vor sich. Wenn nun zur Beherrschung einer höheren Schaltspannung zwei Schalttransistoren in Reihe geschaltet sind, wobei der zweite Transistor zwangläufig in Abhängigkeit von der Steuerung des ersten Transistors gesteuert wird, so kann das Auftreten des Trägheitseffektes dazu führen, daß beim Sperren des ersten Transistors dieser schon gesperrt ist, der zweite Transistor aber zunächst noch für eine kurze Übergangszeitspanne leitend bleibt, so daß während dieser Zeitspanne praktisch die ganze Schaltspannung an dem ersten Transistor abfällt. Ein solches auch nur kurzzeitiges Auftreten einer zu hohen Spannung an einem Transistor wird in der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 vermieden.
  • Die Schaltungsanordnung nach Fig. 2 ist zunächst in der gleichen Weise aufgebaut wie diejenige nach Fig. 1; gleiche Schaltelemente sind daher auch in der gleichen Weise bezeichnet. Zusätzlich ist jedoch der Verbindungspunktv der beiden SchalttransistorenT1 und T 2 über die Reihenschaltung einer Zenerdiode Z 1, eines Widerstandes R 1 und eines entgegengesetzt zur Zenerdiode gepolten Richtleiters D 1 mit dem Punkts und damit über den Widerstand R mit einer Spannungsquelle verbunden, welche eine Spannung + U von beispielsweise + 1 V abgibt, die bei ihrem Wirksarnwerden an der Basis des ersten Transistors T 1 die Sperrung der beiden Transistoren herbeiführt.
  • Die Schaltungsanordnung nach Fig. 2 arbeitet an sich in der gleichen Weise wie diejenige nach Fig. 1. Durch die zusätzlichen Schaltelemente wird jedoch folgendes erreicht: Beim öffnen des Schalters S würde zunächst der Transistor Tl gesperrt werden, während der Transistor T2 zunächst noch leitend bliebe. Dies würde zur Folge haben, daß für eine gewisse kurze Übergangszeit im wesentlichen die gesamte Schaltspannung - UB an dem ersten Schalttransistor T 1 abfiele. Eine solche Überlastung des Schalttransistors Tl, die unterUmständen zu seinerZerstörung führen könnte, wird nun in der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 dadurch vermieden, daß die Zenerdiode Z 1 bei öffnen des Schalters S leitend wird, d. h. daß ihr Arbeitspunkt in den Zenerbereich gelangt. Dadurch besteht jetzt zwischen dem Schaltungspunkt s und dem Verbindungspunkt v eine Spannungsdifferenz, die angenähert gleich der Zenerspannung ist und beispielsweise 30 V betragen mag. Damit wird aber erreicht, daß auch die zwischen der Basis und dem Kollektor des Transistors Tl auftretende Spannung diesen Wert von beispielsweise 30 V nicht überschreitet, und zwar auch nicht während der Übergangszeitspanne, in der der Transistor T2 noch voll durchlässig ist, der Transistor Tl sich dagegen schon mehr oder weniger stark im Sperrzustand befindet. Damit wird auch ein nur kurzzeitiges Auftreten einer zu hohen Spannung an dem Schalttransistor T1, wie es andernfalls unter Umständen während des Ausschaltvorganges des Fall sein könnte, vermieden.
  • Das Fließen eines Stromes über die Zenerdiode Z l bei geschlossenem Schalter S und durchlässigen Transistoren T 1 und T 2 wird dadurch verhindert, daß in Serie der Zenerdiode Z 1 ein entgegengesetzt dazu gepolter Richtleiter D 1 angeordnet ist, der bei diesen Verhältnissen in den Sperrzustand gelangt.
  • Gegebenenfalls kann, ohne daß dies in Fig. 2 besonders dargestellt ist, zwischen der an den Verbindungspunkt v angeschlossenen, die Zenerdiode Zl enthaltenden Reihenschaltung und der Basis des Transistors Tl auch noch ein in Kaskadenschaltung betriebener Verstärker liegen; dabei wird dann bei gleichem Basisstrom des TransistorsT1 die ZenerdiodeZ1 von einem entsprechend geringerem Strom durchflossen.
  • In Fig. 2 ist des weiteren noch eine, an den Verbindungspunkt v angeschlossene, gestrichelt gezeichnete Begrenzerschaltung dargestellt. Diese Begrenzerschaltung, die aus einer an eine die halbe Schaltspannung - UB12 abgebende Spannungsquelle angeschlossene Diode D 2 besteht, kann vorgesehen werden, wenn eine den Schalttransistor T2 schädigende Überlastung dieses Transistors während des Einschahevorgangs, d. h. beim Schließen des Schalters S, zu befÜrchten ist. Beim Schließen des Schalters S wird nämlich im ersten Augenblick nur der Transistor Tl leitend, so daß vorübergehend ein zu hoher Spannungsabfall an der Basis-Kollektor-Strecke des Transistors T2 auftreten könnte. Mit Hilfe der Begrenzerschaltung wird jedoch erreicht, daß das Potential am Verbindungspunkt v den Wert - UB12, d. h. - 30 V, nicht übersteigen kann, so daß eine Überlastung des Transistors T2 verhindert wird.

Claims (2)

  1. PATENTANSPR(ICHE: 1. Schaltungsanordnung mit zwei gleichsinnig in Reihe geschalteten, in Kollektorschaltung betriebenen Schalttransistoren, vorzugsweise pnp-Transistoren, die in Abhängigkeit von der Steuerung des ersten Transistors beide entweder durchlässig oder nicht durchlässig sind, für eine Schaltspannung, die höher als die maximal zulässige Sperrspannung eines Transistors ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungspunkt (e) des Lastwiderstandes(RL) und des Emitters des ersten Transistors (T 1) über einen Richtleiter (D) mit dem Verbindungspunkt (a) eines ersten Widerstandes (Rw) und der Kathode einer Zenerdiode (ZD) einer an eine die Schaltspannung (- UB) übersteigende Vorspannung (- Uv) angeschlossenen Reihenschaltung eines weiteren Widerstandes (Rv), der Zenerdiode JD) und des ersten Widerstandes (Rw) verbunden ist und daß die Basis des zweiten Transistors (T2) an den Verbindungspunkt (b) des weiteren Widerstandes (Rv) und der Anode der Zenerdiode (ZD) angeschlossen ist.
  2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungspunkt (v) der beiden Schalttransistoren (T 1, T 2) über die Reihenschaltung einer Zenerdiode (Z1) mit einer der maximal zulässigen Sperrspannuno, des Transistors (T1) entsprechenden Zenerspannung, eines Widerstandes (R 1) und eines entgegengesetzt zur Zenerdiode gepolten Richtleiters (D 1) mit einer Spannungsquelle (+ U) verbunden ist, welche eine bei ihrem Wirksamwerden an der Basis des ersten Transistors (T1) die Sperrung der beiden Schalttransistoren herbeiführende Spannung (+ U) abgibt. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine an einer Spannung (- UB12) von der halben Größe der Schaltspannung (- UB) liegende Diode (D 2) an den Verbindungspunkt (v) der beiden Schalttransistoren (T1, T2) angeschaltet ist.
DES69266A 1960-07-07 1960-07-07 Schaltungsanordnung mit zwei gleichsinnig in Reihe geschalteten, in Kollektorschaltung betriebenen Schalttransistoren, fuer eine Schaltspannung, die hoeher ist als die maximal zulaessige Sperrspannung eines Transistors Pending DE1125972B (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1172306B (de) * 1962-10-19 1964-06-18 Telefonbau Schaltungsanordnung zur Steuerung einer Schaltstufe seitens mehrerer Schmitt-Trigger

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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