DE2728945B2 - Halbleiter-Schalteinheit mit 4-Elektoden-PNPN-Schaltern - Google Patents
Halbleiter-Schalteinheit mit 4-Elektoden-PNPN-SchalternInfo
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Description
2. Halbleiter-Schalteinheit nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
- daß zwei derartige 4-Elektroden-PNPN-Schalter
(1.1')
- gegenparallel geschaltet sind und dadurch
- einen Zweirichtungsschalter bilden (Fig.4,
5).
3. Halbleiter-Schalteinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
- daß der Strom-Umschalter (14)
- wenigstens zwei Dioden (D3, D3', D6)
aufweist, deren Kathoden zusammengeschaltet und an den Ausgangsanschluß der Konstantstrom-Senke (13) angeschlossen
sind
(F ig. 2).
4. Halbleiter-Schalteinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
- daß die Stromquelle (15)
- wenigstens einen PNPN-Transistor (Qa) mit
zwei Kollektoren aufweist, die jeweils mit dem Kathoden-Steueranschluß (Gk, Gk')
einer der beiden gegenparallel geschalteten PNPN-Schalter (1,1') verbunden sind
(F ig· 4).
5. Halbleiter-Schalteinheit nach Anspruch 1 oder
dadurch gekennzeichnet,
- daß der Strom-Umschalter (24; 34)
- einen PNP-Transistor(Q5; Qs') aufweist
- dessen Kollektor mit dem Anoden-
Steueranschluß (GA)des PNPN-Schalters,
- dessen Emitter mit der Stromquelle (15)
und
- dessen Basis mit dem Ausgangsanschluß der KonstantstroiTi-Senke verbunden sind
(F ig. 3).
6. Halbleiter-Schalteinheit nach Anspruch 5 mi: 2, dadurch gekennzeichnet,
- daß der PNP-Transistor (Q5)
ίο — zwei Kollektoren aufweist,
- die jeweils mit dem Anoden-Steueranschluß (GA, Ga) einer der beiden gegenparallel
geschalteten PNPN-Schalter (1, Γ) verbunden sind
(F ig. 4).
7. Halbleiter-Schalteinheit nach Anspruch 5 mit 2, dadurch gekennzeichnet,
- daß der PN P-Transistor (Q5')
— einen einzigen Kollektor aufweist, der mit dem Anoden-Steueranschluß (G*, Ga') der
beiden gegenparallel geschalteten PN PN-Schalter (1, V) verbunden ist
(F ig. 5).
Die Erfindung betrifft eine Halbleiter-Schalteinheit
jo nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Sie ist insbesondere in einer Fernsprechvermittlungsanlage oder dergleichen anwendbar, wobei ihr(e)
4-Elektroden-PNPN-Schalter ein kontinuierliches Wechselstromsignal leiten kann (können).
In einer herkömmlichen Halbleiter-Schalteinheit mit 4-Elektroden-PNPN-Schaltern zum Schalten eines
Wechselstromsignales sind zwei derartige PNPN-Schalter antiparallel verbunden, um einen Zweirichtungsschalter
zu bilden, und von einer zugeordneten Ansteuereinrichtung wird Strom in die Kathoden-Steueranschlüsse
dieser beiden PNPN-Schalter eingespeist, damit das Wechselstromsignal geleitet werden
kann. Jedoch hat die herkömmliche Halbleiter-Schalteinheit mit diesem Aufbau den Nachteil, daß die
Ansteuerspannung den Maximalwert der Signalspannung des übertragenen Wechselstromsignales abhängig
vom Lastzustand überschreiten muß.
Um diesen Nachteil zu überwinden, wurde von den Erfindern bereits eine verbesserte Halbleiter-Schalteinheit
mit einem 4-Elektroden-PNPN-Schalter zum Schalten eines Wechselstromsignales entwickelt Diese
verbesserte Halbieiter-Schalteinheit hat den in F i g. 1 dargestellten Aufbau, von dem die Erfindung ausgeht.
Die bereits entwickelte Halbleiter-Schalteinheit in F i g. 1 hat eine Konstantstrom-Quelle 2, bestehend aus
Transistoren Qi und Qi, einen Widerstand R\ und
Koppeldioden A; eine Konstantstrom-Senke 3 aus einem Transistor Q3, einem Widerstand A2 und
Koppeldioden D5; einen 4-Elektroden-PNPN-Schalter
1; einen Strom-Umschalter 4 aus Dioden D\, D\ und D2;
und Dioden D3 und D3'. In dieser bereits entwickelten
Halbieiter-Schalteinheit verteilt der Strom-Umschalter 4 den Ausgangsstrom der Konstantstrom-Quelle 2 zum
Kathoden-Steueranschluß GK des PNPN-Schalters 1 und zur Konstantstrom-Senke 3 abhängig vom Potential
an der Kathode des PNPN-Schalters 1. Wenn das Potential an der Kathode K des PNPN-Schalters 1
negativ gegen Masse (aber positiv gegen die Anode) ist,
fließt Strom in den Kaihoden-Steueranschluß Gk und schaltet den PNPN-Schalter 1 ein, während bei
positivem Potential an der Kathode K gegen Masse (aber negativem gegen die Anode A) Strom aus dem
Anoden-Steueranschluß Ga fließt, wodurch der PNPN-Schalter 1 eingeschaltet wird. Obwohl dies in F i g. 1
nicht dargestellt ist, sind die Dioden D\ und ZV mit dem
Kathoden- bzw. Anoden-Steueranschluß eines anderen PN PN-Schalters verbunden, der antiparallel zum
gezeigten PNPN-Schalter 1 angeordnet ist Ferner ist ein elektronisches Steuerglied vorhanden, das in F i g. 1
jedoch alt £us einer Spannungsquelle £1, einem Schalter
5Wi und einem Widerstand R\ bestehend gezeigt ist, um
das Verständnis des Betriebs der Schaltung zu erleichtern. 1 =>
Obwohl die bereits entwickelte Halbleiter-Schalteinheit die Nachteile der herkömmlichen Schalteinheiten
zufriedenstellend Oberwindet, hat sie noch den Mangel, daß zahlreiche ihrer Bauelemente während der
integration in einer integrierten Schaltung elektrisch ;>o voneinander isoliert werden müssen, und so die
gewünschte hohe Integrationsdichte nicht erzielt werden kann. Zum Beispiel können bei den an einem
Ende zusammengeschalteten Dioden D1, D\ und Di
deren Anoden in einem gemeinsamen P-leitenden 2i
Halbleiterbereich gebildet werden, jedoch müssen deren Kathoden in unabhängigen N-leitenden Halbleiterbereichen
vorgesehen vorgesehen werden. Weiterhin ist in diesem Fall eine hohe Durchbrichsspannung
für diese Dioden Di, D\ und Di erforderlich, da die u>
Spannung der Last manchmal an diesen Dioden Di, D/ und D2 liegt
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Halbleiter-Schalteinheit mit einem ein Wechselstromsignal schaltenden
PNPN-Schalter anzugeben, der zuverlässig r> durch eine einige Steuerspannungsquelle geringer
Spannung einschaitbar sein soll, selbst wenn er in einem mit Wechcel-Spannung betriebenen Lastkreis eingebaut
ist; die Halbleiter-Schalteinheit soll dabei wirtschaftlich arbeiten sowie einfach aufgebaut und in eine integrierte
Schaltung hoher Integrationsdichte integrierbar sein.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Lehre nach dem Kennzeichen des Patentanspruchs
1.
Bei der erfindungsgemäßen Halbleiter-Schalteinheit ist also die Stromquelle mit der Konstantstrom-Senke
über den Strom-Umschalter verbunden, so daß die Stromquelle wegen der Konstantstrom-Senke als
Konstantstrom-Schaltung arbeitet.
Insbesondere bei Vorsehen von Dioden in der Konstantstrom-Senke und eines Transistors in der
Stromquelle wird der Basis-Strom des Transistors der Stromquelle dieser Dioden konstantgehalten, indem das
Potential an der Basis des betreffenden Transistors der Stromquelle konstantgehalten wird, so daß ein konstanter
Strom am Emitter dieses Transistors auftritt. Da bekanntlich der Kollektor-Strom eines Transistors in
einer festen Beziehung zum Emitter-Strom steht, nämlich gleich dem Produkt eines Stromverstärkungs-Faktors
β entsprechend der Transistor-Kennlinie mit dem Basis-Strom ist, wird deshalb im Ergebnis auch der
Kollektor-Strom konstant gehalten, der vom Transistor der Stromquelle in den Kathoden-Steueranschluß des
PNPN-Schalters eingespeist wird (vgl. im übrigen weiter unten die Erläuterung von F i g. 2).
Die Erfindung gibt also eine Halbleiter-Schalteinheit mit wenigstens einem PNPN-Schalter zum Schalten
eines Wechselstromsignals an, bei der der in den Lastkreis eingebaute PNPN-Schalter zuverlässig durch
eine einzige Sleuerspannungsquel.e geringer Spannung einschaltbar ist. Das Ansteuerglied steuert den PNPN-Schalter
mit einem konstanten Strom an. ohne unnötig Energie zu verbrauchen und Rauschen zu erzeugen, und
hat einen einfachen Schaltungsaufbau. Die erfindungsgemäße
Halbleiter-Schalteinheit ist einfach aufgebaut und kann wirtschaftlich vorteilhaft in die gewünschte
integrierte Schaltungsform integriert werden. Weiterhin kann die Stromquelle selbst in eine Konstantstromquelle
umgewandelt werden, was allerdings zu einem etwas komplizierteren Aufbau führt
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigen
F i g. 1 ein Schaltbild einer von den Erfindern bereits entwickelten Halbleiter-Schalteinheit mit einem 4-Elektroden-PNPN-Schalter,
von der die Erfindung ausgeht:
F i g. 2 ein Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Halbleiter-Schalteinheit;
F i g. 3 ein Schaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung;
Fig.4 ein Schaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels
der Erfindung; und
Fig.5 ein Schaltbild eines vierten Ausführungsbeispiels
der Erfindung.
In Fig.2, die ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Halbleiter-Schalteinheit zeigt, sind
vorgesehen eine Kcnstantstrom-Senke 13 aus im wesentlichen einem Widerstand R2, Koppeldioden Ck
und einem NPN-Transistor Qj; ein Strom-Umschalter
14 aus Dioden Dj, D3' und Ob\ eine Stromquelle 15 in der
Form eines PNP-Transistors Qi mit zwei Kollektoren;
und ein 4-Elektroden-PNPN-Schalter 1 mit einem Anoden-Steueranschluß Ga und einem Kathoden-Steueranschluß
Gk. Die Halbleiter-Schalteinheit hat
weiterhin ein Steuerglied mit einer Spannungsquelle Ei, einem Schalter SW2 und einem Widerstand A3. Dieses
Steuerglied ist \ ereinfachend mit dem Schalter SW2 und
dem Widerstand R3 dargestellt, um das Verständnis für
den Betrieb der Schaltung der F i g. 1 zu erleichtern. Tatsächlich ist das Steuerglied jedoch eine elektronische
Schaltung. Die Spannungsquelle E\ gibt eine Spannung von z. B. 5 V ab, die für die gewünschte Integration
dieses Steuergliedes geeignet ist.
Im Betrieb ist der Schalter SW2 geschlossen, wodurch
Strom von der Spannungsquelle Ei zur Basis des Transistors Qj und zu den Dioden Ds in der
Konstantstrom-Senke 13 über den Widerstand R}
geleitet wird, so daß die Konstantstrom-Senke 13 zum Einschalten des PNPN-Schalters 1 erregt wird. Da das
Potential an der Basis des Transistors Qi im wesentlichen
durch die Dioden Ds konstantgehalten wird, tritt
ein konstanter Strom am Emitter des Transistors Qs auf.
Entsprechend zieht der Kollektor des Transistors Q*
konstanten Strom. Damit arbeitet die Schaltung 13 als Konstantstrom-Senke.
Wenn die Anode A und die Kathode K des PNPN-Schalters 1 beide hohes positives Potential
gegen Masse haben, wobei das Potential an der Anode höher ist als an der Kathode, fließt Strom über die
Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors Qi in der
Konstantstrom-Senke 13 von der Anode A des PNPN-Schalters 1 durch den Anoden-Steueranschluß
Ga und durch die Diode Dj im Strom-Umschalter 14,
über den Transistor Q3 nach Masse, wodurch der
PNPN-Schalter 1 eingeschaltet wird. In diesem Zeitpunkt wirkt die Diode D6 im Strom-Umschalter 14
sperrend, und die Stromquelle 15 ist nicht erregt, da das
Potential am Kollektor des Transistors Qj auf einen Pegel nahe dem Potential an der Anode A des
PNPN-Schalters 1 ansteigt.
Wenn andererseits die Anode A und die Kathode K des PNPN-Schalters 1 beide negatives Potential gegen
Masse haben, wobei das Potential an der Kathode höher ist als an der Anode, wirkt im Strom-Umschalter 14
nunmehr die Diode D3 sperrend und konstanter Strom
fließt in den Kollektor des Transistors Qi im Stromsenken-Konstantstromglied
13 von der Spannungsquelle £, über den Transistor Q4, der die Stromquelle 15 bildet,
und über die Diode Dfe im Strom-Umschalter 14, wodurch die Basis des Transistors Q4 angesteuert wird.
Als Ergebnis fließt konstanter Strom in den Kathoden-Sieueransdiiuß
Gk des PNPN-Schalters 1 von einem der Kollektoren des Transistors Q4, so daß dieser
eingeschaltet wird. Obwohl in F i g. 2 nicht dargestellt, sondern nur angedeutet, können die Diode Di und ein
anderer Kollektor des Transistors Q4 mit dem Anoden-Steueranschluß
bzw. einem Kathoden-Steueranschluß eines anderen PNPN-Schalters verbunden sein, erforderlich
ist dies jedoch nicht.
Daraus folgt, daß die Konstantstrom-Senke 13 solange konstanten Strom zieht, wie der Schalter SW2
geschlossen ist und daß der Strom-Umschalter 14 den Stromweg abhängig vom Potential an der Anode bzw.
der Kathode des PNPN-Schalters 1 umschaltet, während die Stromquelle 15 während der Zeitdauer
erregt ist, in der die Anode und die Kathode des PNPN-Schalters 1 negatives Potential gegen Masse
haben. Deshalb fließt der Steueranschluß-Strom zum PNPN-Schalter 1, ohne dessen Potential entgegenwirken
zu müssen, weshalb die Ansteuerquelle £Ί für diese Halbleiter-Schalteinheit keine hohe Spannung haben
muß.
Bei der Integration der Halbleiter-Schalteinheit in eine integrierte Schaltung ist im allgemeinen ein
NPN-Transistor die Grundkomponente und nicht der PNP-Transistor, zumal dessen Stromverstärkungsfaktor
gering ist Insbesondere ist bei Verwendung bei einer hohen Spannung der Stromverstärkungsfaktor des
PNP-Transistors kleiner als Eins. Die Anoden-Steueranschluß-Empfindlichkeit des PNPN-Schalters ist kleiner
als die Kathoden-Steueranschluß-Empfindlichkeit. Wenn deshalb die Stromstärke der Konstantstrom-Senke
13 beim Schaltungsaufbau der Fig.2 so gewählt ist, daß sie an die Anoden-Steueranschlub-Empfindlichkeit
des PNPN-Schalters 1 angepaßt ist kann die Stärke des Stromes, der in den Kathoden-Steueranschluß Gk
eingespeist wird, kleiner sein, da die Kathoden-Steueranschluß-Empfindlichkeit besser als die Anoden-Steueranschluß-Empfindlichkeit
ist. Damit kann der PNP-Transistor Q4 ein Transistor mit kleinem Stromverstärkungsfaktor sein. Weiterhin können zahlreiche Kollektoren für den PNP-Transistor Q4 vorgesehen werden.
Der in Fig.2 dargestellte'Schaltungsaufbau ist daher
sehr vorteilhaft da die Anzahl der Schaltungs-Bauelemente kleiner als bei F i g. 1 ist und die Schalteinheit
einfacher in die gewünschte integrierte Schaltungsform integriert werden kann.
Fig.3 zeigt ein Schaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfmdungsgemäßen Halbleiter-Schalteinheit Dieses zweite Ausführungsbeispiel ist
eine Abwandhing des ersten Ausführungsbeispiels nach F i g. 2, von dem es sich lediglich durch den Aufbau des
Strom-Umschalters unterscheidet Bei der Schalteinheit der Fig.3 dient ein PNP-Transistor Q5 mit zwei
Kollektoren als Strom-Umschalter 24. Das heißt die
Dioden D3, D3 und Db in Fig. 2 sind nicht elektrisch
voneinander isoliert, sondern sind im gleichen einkristallinen Halbleiterbereich gebildet, wodurch ein elektrisch
gleichwertiger Transistor Q5 gebildet wird. Dieser PNP-Transistor Q5 muß aus dem gerade beschriebenen
Grund keine Stromverstärkungsfunktion ausüben. Wenn die Anode A des PNPN-Schalters 1 in Fig. 3 auf
einem hohen positiven Potential ist, fließt Strom in die Konstantstrom-Senke 13 vom Anoden-Steueranschluß
Ga des PNPN-Schalters 1 durch den Kollektor und die Basis des Transistors Q5. In dieser Zeit arbeitet der
Transistor Q5 in der Weise, in der die dargestellte
Beziehung zwischen dem Kollektor und dem Emitter genau umgekehrt ist. Das heißt, der Transistor Q5 wirkt
im wesentlichen als einfache Diode, da er keinen Strom
zur Basis des Transistors Qa speisen kann, der die
Stromquelle 15 bildet. Wenn andererseits der PNPN-Schalter 1 durch dessen Kathoden-Steueranschluß GK
eingeschaltet ist, steuert der Transistor Qs den Transistor Q4 in der Stromquelle 15 über den Emitter
des dargestellten Zustandes. In diesem Fall fließt konstanter Strom auch über den Kollektor des
Transistors Qs, wodurch ein Rückfluß des Stromes zum Anoden-Steueranschluß GA des PNPN-Schalters 1
bewirkt wird. Jedoch ist es möglich, jeden wesentlichen nachteiligen Einfluß durch diesen Strom zu verhindern,
indem die Schaltung so ausgelegt wird, daß der Stromverstärkungsfaktor des Transistors Q5 möglichst
klein ist. Obwohl das Ausführungsbeispiel der F i g. 3 der Schaltungsanordnung und dem Betrieb des Ausführungsbeispiels
der F i g. 2 gleicht, kann das erstere leichter in die gewünschte integrierte Schaltungsform
als das letztere integriert werden, da die einer hohen Spitzen-Sperrspannung ausgesetzten Dioden vollkommen
unnötig sind.
Fig.4 zeigt eine Anwendung des Ausführungsbeispiels
der F i g. 3, bei der ein Stromfluß in Vorwärts- und Rückwärts-Richtung ermöglicht wird. In Fig.4 sind die
Anoden und Kathoden von zwei PNPN-Schaltern 1 und Γ antiparallel geschaltet, um einen Zweirichtungsschalter
zu bilden. Die Anoden-Steueranschlüsse Ga und G'a
der PNPN-Schalter 1 und Γ, die den Zweirichtungsschalter
bilden, sind jeweils mit den einzelnen Kollektoren des Transistors Qs verbunden, der den
Strom-Umschalter 24 dargestellt, und die Kathoden-Steueranschlüsse Gk und Gk der PNPN-Schalter 1 und
Γ sind jeweils mit den einzelnen Kollektoren des Transistors Qa verbunden, der die Stromquelle 15 bildet,
so daß ein Wechselstrom zwischen den Anschlüssen B und C fließen kann. Der Betrieb der in Fig.4
dargestellten Schalteinheit ist leicht aus der zu F i g. 3 gegebenen Beschreibung verständlich. Es ist auch sofort
ersichtlich, daß das in F i g. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel auf eine Anordnung nach Fig.4 angewendet
werden kann, so daß ein Stromfluß in Vorwärts- und in Rückwärts-Richtung möglich ist
Fig.5 zeigt ein Schaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Halbleiter-Schalteinheit Das Ausführungsbeispie! der Fig.5
gleicht im wesentlichen dem Ausführungsbeispie! der
Fig.4 mit der Ausnahme, daß die Anoden-Steueranschlüsse Ga und Ga der PNPN-Schalter 1 und 1', die
den Zweirichtungsschalter bilden, kurzgeschlossen und gemeinsam mit dem einzigen Kollektor eines Transistors Qs' verbunden sind, der einen Strom-Umschalter
34 bildet Der in Fig.5 dargestellte Aufbau kann
erhalten werden, wenn die beiden PNPN-Schalter 1 und Γ im gleichen einkristallinen Halbleiterbereich gebidet
werden, so daß sie im wesentlichen an den Teilen entsprechend ihren Anoden-Steueranschlüssen zusammengeschaltet
sind. Bei Integration ist so das Ausführungsbeispiel der F i g. 5 wegen weiterer Erhöhung der
Integrationsdichte besonders vorteilhaft.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
1. Halbleiter-Schalteinheit
- mit wenigstens einem 4-Elektroden-PNPN-Schalter
- mit je einem Kathoden-Steueranschluß und je einem Anoden-Steueranschluß,
- mit einer Stromquelle zum Einspeisen von Strom in den Kathoden-SteueranschluB der PNPN-Schalter,
- mit einer Konstantstrom-Senke und
- mit einem Strom-Umschalter,
gekennzeichnet durch
gekennzeichnet durch
- einen im Strom-Umschalter (14; 24; 24; 34) vorgesehenen Stromweg-Umschalter zum wahlweisen
Schalten
- des aus dem Anoden-Steueransch'uß (G*)
des PNPN-Schalters (1) fließenden Stroms bzw.
- des die Stromquelle (15) ansteuernden Stroms
- in die Konstantstrom-Strecke (13)
- je nach dem am PNPN-Schalter (1) liegenden Potential (F ig. 2; 3; 4; 5);
— wobei der Stromweg-Umschalter mindestens einen ersten, einen zweiten und
einen dritten Anschluß aufweist, von denen angeschlossen sind:
- der erste Anschluß an den Ausgangsanschluß der Konstantstrom-Senke
(13),
- der zweite Anschluß an den Steueranschluß der Stromquelle (15) und
- der dritte Anschluß an den Anoden-Steueranschluß des PNPN-Schalters
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|---|---|---|---|
| JP7779676A JPS534458A (en) | 1976-07-02 | 1976-07-02 | Pnpn switch driving circuit |
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ID=13643948
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE2728945A Expired DE2728945C3 (de) | 1976-07-02 | 1977-06-27 | Halbleiter-Schalteinheit mit 4-Elektroden-PNPN-Schaltern |
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| JP (1) | JPS534458A (de) |
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| US5211595A (en) * | 1992-07-20 | 1993-05-18 | North American Philips Corporation | Method of manufacturing an arc tube with offset press seals |
Family Cites Families (1)
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|---|---|---|---|---|
| JPS5210012A (en) * | 1975-07-14 | 1977-01-26 | Hitachi Ltd | Pnpn switch driving circuit |
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1976
- 1976-07-02 JP JP7779676A patent/JPS534458A/ja active Granted
-
1977
- 1977-06-27 DE DE2728945A patent/DE2728945C3/de not_active Expired
- 1977-06-28 US US05/811,143 patent/US4232234A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS564064B2 (de) | 1981-01-28 |
| US4232234A (en) | 1980-11-04 |
| DE2728945C3 (de) | 1982-03-11 |
| DE2728945A1 (de) | 1978-01-05 |
| JPS534458A (en) | 1978-01-17 |
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