DE1638049C3 - Schaltungsanordnung für einen elektronischen Schalter - Google Patents

Description

ren der Ansprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, 30 reichen, als es der gewählte Transistor an sich erlaubt.

daß die Konstantstromquelle (CC) einen stromsta basierenden Transistor (TC) aufweist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der T^ransistor (T) und der stromstabilisierende Transistor (TC) von entgegengesetztem Leitlähigkeitstyp sind und daß der Kollektor des stromstabilisierenden Transistors (TC) an den Emitter des Transistors (T) angeschlossen ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 oder 5. dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Emitter des stromstabilisierenden Transistors und dem Schaltmittel (S 2) ein Widerstand (R 2) eingefügt ist

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, 5 oder

6, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des stromstabilisierenden Transistors (TC) über einen linearen Widerstand (R 3) an den einen, mit der einen Lastausgangsklemme (N) verbundenen Pol der Speisespannungsquelle (EV) und über ein spannungskonstanthaltendes Glied (ZX, Z2) mit dem anderen Pol dieser Spannungsquelle verbunden ist.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das spannungskonstanthaltende Glied mindestens eine Zenerdiode (Zi bzw. Z 2) aufweist

9. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß für den Transistor (T) Mittel zum derartigen Vorspannen vorgesehen sind, daß — nach dem öffnen dieses Transistors mittels des über die Schaltmittel fließenden Basisstroms — der Emitter und der Kollektor dieses Transistors nahezu gleiches Potential und damit die Lastausgangsklemmen nahezu die gleiche Spannung wie die Bezugsspannungsquelle aufweisen.

Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß eine eine größere Spannung als die Bezugsspannungsquelle aufweisende Speisespannungsquelle über mindestens einen Schalter einerseits an die Basis des Transistors und andererseits über eine Konstantstromquelle an den einen Lastanschluß angeschlossen ist. Weitere Maßnahmen befassen sich mit vorteilhaften Ausbildungsmöglichkeiten der Schaltmittel und der Konstantsiromquelle.

An Hand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Schaltungsanordnung einer schaltbaren Bezugsspannungsquelle gemäß der Erfindung und

F i g. 2 eine näher ausgeführte Schaltungsanordnung nach F ig. 1.

In F i g. 1 ist eine Bezugsspannungsquelle RP dargestellt, die über die Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors Tan zwei Ausgangsklemmen N, Panschaltbar ist. Die eine Ausgangsklemme N ist unmittelbar mit dem negativen Pol der Bezugsspannungsquelle RP verbunden, während die andere Ausgangsklemme P an den Emitter des Transistors T angeschlossen ist. Die Basis dieses Transistors liegt über einen Widerstand R1 und eine symbolisch als Schalter S1 dargestellte Schalteinrichtung an den positiven Pol einer Speisespannungsquelle EV.

Der Schalter Sl kann vorzugsweise eine elektronische Schalteinrichtung sein, die ein mit dem des Transistors T vergleichbares Schaltverhältnis oder eine entsprechende Schaltgeschwindigkeit aufweist, wobei diese Schalteinrichtung beispielsweise Relaiskontakte in solchen Anwendungsfällen ersetzt, in denen ein Relais oder andere mechanisch betätigte Kontakte selbst zur Erfüllung der Forderungen im besonderen Anwendungsfall zu langsam sind. Der Schalter 51 wird durch Schaltersteuermittel SM abhängig vom Vorhandensein eines Eingangssignals an einer Eingangsklemme / ge-

steuert. Diese Eingangssignale können beispielsweise vom Ausgang einer in einem Analog-Digital-Wandler befindlichen Vergleichsschaltung abgeleitet sein. Die Schaltersteuermittel SM steuern ferner eine weitere, symbolisch als Schalter 52 dargestellte Schatteinrichtung, mittels der die SpeisespannungsqueDe EV mit einer Konstantstromquelle CC verbunden verden kann. Diese Konstantstromquelle speist die an die Ausgangsklemme P angeschlossene Last parallel mit der dort über den Transistor Γ angeschlossenen Bezugs-Spannungsquelle RP.

Die Schalter SI. S2 werden durch die Schaltersteuermittel SAf derart gesteuert, daß der Transistor Tund die Konstantstromquelle CC gleichzeitig oder mit nur solcher gegenseitiger Verzögerung wirksam eingeschaltet werden, daß keine unerwünschten Obersohwingerscheinungen während des Cchaltvorgangs auftreten. Gemäß den verschiedenen mögfichen Schaftungsabwandlungen, die: für das Leitendsteuern oder Sperren des Transistors und für das Einschalten oder Ausschalten der Konstantstromquelle CC benutzt werden können, sind die ständig wirksamen Schaltzustände (Ein. Aus) der Schalter Sl, S2 zu jedem beliebigen Zeitpunkt entweder gleich oder entgegengesetzt In solchen Fällen, in denen die wirksamen Schaltzustände gleich sind und keine wesentliche Zeitverzögerung beim Schalten dieser Schalter benötigt wird, können die zwei Schalter Sl, S2 tatsächlich durch einer, einzigen, nicht dargestellten Schalter ersetzt werden, der in die gemeinsamen Teile der Verbindungen von der Speisespannungsquelle EV zum Transistor T und zur Konstantstromquelie CC einzufügen ist.

Die Ausgangsspannung in der Schaltungsanordnung gemäß F i g. 1 ist derart gepolt, daß die Ausgangsklemme P gegenüber der Ausgangsklemme N positives Potential aufweist, wenn der Transistor T leitend ist Die Polaritäten der Bezugsspannungsquelle RP und der Speisespannungsquelle EV sind, wie in F i g. 1 gezeigt, und der Transistor T ist ein npn-Transistor. Wenn eine ähnliche Anordnung mit entgegengesetzter Polarität gewünscht wird, wobei der praktische Vorteil erhalten bleiben soll, nämlich jeweils einen Pol der Bezugsspannungsquelle und der Speisespannungsquelle zusammenschalten und mit einer Ausgangsklemme verbinden zu können, dann müssen diese beiden Spannungsquellen umgepolt werden und dann muß der Transistor T ein pnp-Transistor sein.

Würde die Konstantstromquelle fortfallen, dann würde der gesamte Laststrom über den Emitter des Transistors 7 fließen. Dies würde zu den erwähnten Schwie rigkeiten führen, falls der Laststrom verhältnismäßig groß ist. Die Wahl des zu verwendenden Transistors würde dann auf die teureren Typen beschränkt sein, die größere Ströme und/oder geringere Toleranzwerte aufweisen. Dies Problem gewinnt besonders dann an Bedeutung, wenn eine einzige Bezugsspannungsquelle zur Speisung einer Reihe von verschieden großen Lastwiderständen mit jeweils einer solchen, in F i g. I dargestellten Transistoranordnung 7*(wobei solche Transistoranordnungen unabhängig voneinander arbeiten) verwendet wird, weil es in diesem Fall nicht mehr möglich ist, den Wert der Vergleichsspannung um den vorhandenen Spannungsabfall an einem eine bestimmte Last speisenden Transistor zu erhöhen und weil eine derartige Vorspannung für jeden Transistor T erwünscht ist, daß dieser möglichst ganz durchgesteuert wird, so daß das Potential der Ausgangsklemme P im wesentlichen dem der Bezugsspannungsquelle entspricht Eine solche Vorspannung hat einen Kollektorstrom, der etwa zehnmal größer als der Emitterstrom ist, und einen Basisstrom zur Folge, der gleich der Summe aus Kollektorstrom und Emitterstrom ist. Es sei dazu bemerkt, daß dabei der KoUektorstrom zur Bezugsspannungsquelle und nicht umgekehrt fließt Die Maßnahme, eine Konstantstromquelle zur Versorgung der Last mit dem Hauptteil des Stromes vorzusehen, verringert die an den Transistor zu stellenden Anforderungen hinsichtlich der Nennwert- und/oder Fertigungstoleranzen für einen gegebenen Wert an Genauigkeit und Stabilität der Ausgangsspannung. Gleichzeitig ermöglicht diese Maßnahme die Verwendung einer Bezugsspannungsquelle mit niedrigerem Nennstrom, und der Gesamtstromfluß von der Speisespannungsquelle kann ebenso wesentlich vermindert werden, weil der Basisstrom nur zehnmal größer als ein Bruchteil des Laststromes ist.

In F i g. 2 sind die den Schaltungsteilen der F i g. 1 entsprechenden Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Konstantstromquelle CC aus F i g. 1 ist durch eine Anordnung ersetzt die einen stromkonstanthaltenden Transistor TC einen Widerstand R 2 und einen aus zwei Zenerdioden Zi. Z 2 und einem linearen Widerstand /?3 bestehenden Spannungsteiler aufweist. Die Transistoren T und TC haben entgegengesetzte Leitfähigkeit Der Kollektor des Transistors TC ist mit dem Emitter des Transistors T verbunden, während der Emitter des Transistors 7"C über den Widerstand R 2 an den nun gemeinsamen Schalter, und zwar an den Kollektor eines weiteren Transistors TF angeschlossen ist, dei über einen Kollektorwiderstand R 4 betrieben wird. Die Basis des Transistors TC ist mit dem Abgriff des Spannungsteilers derart verbunden, daß die Basis über die Zenerdioden Zl, Z2 an den positiven Pol und über den Widerstand R 3 an den negativen Pol der Speisespannungsquelle angeschlossen ist Der Transistor TC und die zugehörigen Schaltteile wirken als Konstantstromquelle, weil die Basisspannung des Transistors TC gegenüber dem nicht notwendigerweise stabilisierten Potential des positiven Pols der Speisespannungsquelle EV stabilisiert ist und weil der Widerstand R 2 im leitenden Zustand des Transistors TFeine Stromgegenkopplung bewirkt, so daß der Transistor TC nach Art eines Emitterfolger arbeitet. Um eine zufriedenstellende Arbeitsweise zu erlangen, muß dieser Teil der Schaltungsanordnung so ausgelegt werden, daß die Basis des Transistors TC immer ein höheres Potential als sein Kollekto- aufweist, d. h., daß der Spannungsabfall an den Zenerdioden immer geringer, vorzugsweise um mindestens 1 Volt, als die Spannungsdifferenz zwischen den Potentialen an den positiven Polen der Bezugsspannungsquelle und der Speisespannungsquelle ist Die Erfüllung dieser Forderung bietet Gewähr dafür, daß die Kollektor-Strom-Spannungs-Kenrilinie des Transistors TC nur einen vernachlässigbaren Einfluß auf die Ausgangsspannung hat, d. h., daß die Kollektorspannung des Transistors TC durch die Emitterspannung des Transistors Tgesteuert wird.

Die den Schaltern Sl, S 2 in F i g. 1 entsprechende gemeinsame Schalteinrichtung ist, wie bereits erwähnt. in F i g. 2 durch den Transistor TFund der. Widerstand RA ersetzt worden. Die Transistoren T. 7Tsind wieder vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp. Der Emitter des Transistors TF ist unmittelbar mit dem positiven Pol der Speisespannungsquelle EV verbunden. Der Zweck des Widerstandes RA besteht darin, daß bei gesperrtem Transistor TF der Transistor T zuverlässig

gesperrt werden kann, indem ein Gleichstromrückweg zwischen der Basis des Transistors Tund den negativen Polen der Spannungsquellen gebildet wird.

Das Schaltersteuermittel SM aus F i g. 1 wird in der Schaltungsanordnung gemäß F i g. 2 durch einen Eingangstransistor 77 vom npn-Leitfähigkeitstyp und durch Widerstände R 5, Ä6 gebildet, die Arbeitswiderstände für den Transistor 77 darstellen. Diese Mittel sind von üblicher Art zur Verstärkung von Steuersignalen, die am Eingang / gegenüber der gemeinsamen negativen, beispielsweise geerdeten Leitung E der Schaltungsanordnung auftreten. Der Emitter des Transistors 77 ist an diese negative Leitung £ angeschlossen, während dessen Kollektor über die in Reihe liegenden Widerstände R 5, R 6 mit dem positiven Pol der Speise-

IO

Spannungsquelle verbunden ist

Der gemeinsame Verbindungspunkt der Widerstän de R 5. Rb liegt an der Basis des Transistors TF. Irr Arbeitszustand sperrt ein gegenül>er Erde negative: oder Nullpotential an der Eingangsklemme / den Tran sistor 77 und damit auch den Transistor TF, wahrem ein genügend großes positives Potential an der Ein gangsklemmc / den Transistor 77 und damit auch dei Transistor TF in den leitenden Zustand versetzt, wei der Transistor 7Fan seiner Basis nun' negatives Poten tial gegenüber seinem Emitter aufweist. Dadurch wer den die Transistoren T. TC von der Speisespannungs quelle EV leitend gesteuert, und die Bezugsspannungs quelle ist an die Ausgangsklemmen P, N angeschaltet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

·-.,:, Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung nur einen elektronischen Schalter zum Schalten einer Bezugsspannungsquelle an eine Last, bei der der eine Pol der Bezugsspannungsquelle über die Kollektor-Emitter-Strecke eines !Transistors mit dem einen Anschluß der Last und der andere Pol der Bezugsspannungsquelle mit dem anderen Anschluß der Last verbunden ist, d a durch gekennzeichnet, daß eine größere Spannung als dje Bezugsspannungsquelle (RP) aufweisende Speisespannungsquelle (EV) über mindestens einen Schalter (Sl, S2) einerseits an die . Basis des Transistors (T) und andererseits über eine Konstantstromquelle (CC) an den einen Lastan- »chluß (P) angeschlossen ist.

Z Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel durch die Kollektor-Emitter-Strecke eines weiteren Transistors (TF) gebildet sind

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor (T) und der weitere Transistor (TF) von entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp sind und daß der Emitter des weileren Transistors (TF) an den nicht mit der einen Lastausgangsklemme (N) verbundenen Pol der Speisespannungsquelle (EV) angeschlossen ist.

4. Schaltungsanordnung nach einem oder mehre-

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für einen elektronischen Schalter zum Schalten einer Bezugsspannungsquelle an eine Last, bei der der eine Pol der Bezugsspannungsquelle über die Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors mit dem e';nen Anschluß der Last und der andere Pol der Bezugsspannungsquelle mit dem anderen Anschluß der Last verbunden ist

Es gibt eine Vielzahl von Fällen, z. B. bei Digital-Analog-Wandlern, in denen ein Transistor als Schalter

ίο derart benutzt wird Der Spannungsabfall an der Kollektor-Emitter-Strecke muß in den meisten Fällen dabei einen hochkonstanten Wert, vorzugsweise den Wert NuU, haben, damit nichts von der Genauigkeit oder Stabilität der an den Lastausgangsklemmen auftretenden Bezugsspanmung verlorengehL Diese Forderung führt oft zu praktischen Schwierigkeiten, die in den normalen Fertigungstoleranzen der Transistoren und besonders in der Veränderlichkeit ihrer thermischen Kennlinien begründet sind. Diese Schwierigkeiten vermehren sich mit zunehmenden Werten des Laststromes und besondere dann, wenn es erforderlich ist. den Spannungsabfall am Schaltelement Null oder im Vergleich mit dem Wert der Vergleichsspannung vernachlässigbar klein zu machen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der es möglich ist. eine geringere Abhängigkeit der Lastspannung von den Kennlinientoleranzen des Transistors zu erzielen und größere Lastströme zu er-