DE1095879B - Transistor-Verzoegerungsstromkreis - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf Verzögerungsstromkreise und insbesondere auf Verzögerungsstromkreise, in welchen statische Schaltelemente verwendet werden.

Die Verwendung von Verzögerungsstromkreisen mit einer Widerstands-Kapazitäts-Kombination, die an einer Gleichspannung liegt, als Haupteinstellelement, wobei die am Kondensator liegende Spannung den zeitlichen Einstellparameter darstellt, ist bereits bekannt. Viele dieser Vorrichtungen sind, wie man festgestellt hat, recht temperaturempfindlich, besonders wenn sie sehr niedrigen Temperaturen ausgesetzt sind, z. B. wenn sie sich im Freien befinden, wie im Falle von Anzapfumschaltern an Masttransformatoren, bei welchen diese Vorrichtungen sich oft als unzureichend erwiesen haben.

Hinzu kommt, daß die Auslösetätigkeit der dem Einstellkondensator folgenden Stufe wegen der Einstellgenauigkeit sehr konstant sein sollte. Wenn der Kondensator eine bestimmte Spannung erreicht hat, sollte eine kurze Übergangszeit von einem leitenden Zustand in den anderen in den auf den Einstellkondensator folgenden Stufen gewährleistet sein. Bei Geräten früherer Bauart ist dies oft nicht der Fall, da die Übergangsspannung infolge Änderungen in den Stromkreisparametern, die nicht ohne weiteres von der mit der Aufsicht betrauten Person überwacht werden können, erheblich schwankt. Die angeführten Mangel werden bei einer relaislosen Verzögerungsschaltung mit einem i?C-Glied, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Aufladung bzw. Entladung des Kondensators durch einen zugeführten Impuls erfolgt, der die Sperrung bzw. Entsperrung eines den Kondensator kurzschließenden Schalttransistors bewirkt, und daß vor Beendigung des zugeführten Impulses eine Entladung bei Erreichen der Durchbruchspannung einer am Kondensator liegenden Zenerdiode erfolgt, weitgehend behoben. Besonders werden Beginn und Ende der i?C-Aufladung genau festgelegt und damit auch die Verzögerungszeit. Eingangsspannungen, die nicht mindestens ebensolange wie die eingestellte Verzögerungszeit dauern, bleiben auf den Ausgangskreis ohne Wirkung.

Es ist weiter ein Ziel der Erfindung, einen Verzögerungsstromkreis von zuverlässiger Arbeitsweise innerhalb eines großen Bereiches von Umgebungstemperaturen zu erstellen. Ein weiterer Zweck der Erfindung ist die Schaffung eines Verzögerungsstromkreises, der durch Änderungen der Merkmale der Stromkreisbestandteile nicht grundlegend beeinflußt wird. Ein weiterer Zweck der Erfindung ist die Schaffung eines Verzögerungsstromkreises, in welchem das wichtigste Einstellelement ein in Serie geschaltetes Widerstands-Kapazitäts-Netzwerk ist, in welchem in der dem Netzwerk folgenden Stufe der Wechsel von einem leitenden Zustand in den anderen sehr scharf und genau ist und nicht ohne weiteres durch Änderungen in den Eigenschaften von Stromkreisbestandteilen bewirkt wird.

Transistor-Verzögerungsstromkreis

Anmelder:

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

Vertreter: Dipl.-Ing. A. Essel, Patentanwalt,
München 2, Wittelsbacherplatz 4

Beanspruchte Priorität:
V. St. ν. Amerika vom 25. April 1956

Richard L. Bright, Adamsburg, Pa. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

Ein Merkmal dieser Erfindung ist die Verwendung eines in Serie geschalteten Widerstands-Kapazitäts-Stromkreises für die Betätigung eines Transistorschalters durch eine Koppelungsvorrichtung, deren Widerstand zusammenbricht, wenn die am Kondensator liegende Spannung einen bestimmten Wert erreicht, um einen plötzlichen Zufluß von Auslösestrom zum Transistor zu ermöglichen.

Der Kondensator ist normal kurzgeschlossen; wenn der Kurzschluß entfernt wird, steigt die am Kondensator anliegende Spannung in einem Maße, das von den relativen Werten des Widerstandes und des Kondensators und einer Gleichstromspannung in diesen bestimmt wird. Die Koppelungsvorrichtung, die aus einer Zenerdiode besteht, gibt den Weg frei, wenn die am Kondensator liegende Spannung einen bestimmten Wert erreicht hat. Der, schnelle Einbruch von Strom in den Transistorsteuer-

: Stromkreis macht den Transistor leitend. Dieser Transistorschalter steuert noch einen anderen, im normalen Zustand leitenden Transistorschalter, der jetzt nichtleitend gemacht wird, um einen Kurzschluß an einem Paar Ausgangsklemmen im Ausgangsstromkreis des zuletzt genannten Transistors zu beseitigen. Die Emitter-Kollektor-Vorspannung des letztgenannten Transistors erscheint jetzt als die Ausgangsspannung des ganzen Stromkreises.

Andere Zwecke und Merkmale der Erfindung ergeben sich im Laufe der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, in welcher in einer Figur ein Schaltplan einer typischen Anwendung der Erfindung dargestellt wird.

In der Zeichnung sind ein Widerstand 17 und ein Kondensator 31, die in Serie geschaltet sind, dargestellt, die

009 680/362

3 4

an eine Gleichstromquelle 15 angeschlossen sind. Zum Wie bekannt, wird ein Flächentransistor vom Typ

Zwecke der Stabilisierung der an den Kondensator ange- p-n-p bis zur Kollektorstromsättigung leitend gemacht,

legtenSpannungisteineZenerdiode21 an eine Anzapfung 19 wenn die Basis in bezug auf eine der an sie anschließenden

des Widerstandes 17 angeschlossen. Die Zgner-Durch- Elektroden ein negatives Potential hat, und der Kollek-

schlagsspannung der Diode sollte etwas weniger betragen 5 torstrom wird abgeschaltet, wenn die Basis in bezug auf

als die Normalspannung an der Anzapfung 19, damit die die beiden benachbarten Elektroden positiv ist.

Diode eine richtige Regelwirkung ausüben kann. Die Der Transistor 39 ist mittels einer Vorspannungs-

Kathode der Diode ist geerdet, d. h. mit dem Anschluß quelle 33, die mit einem Strombegrenzungswiderstand 35

des Kondensators 31 verbunden, der nicht mit dem Wider- zwischen Basis 43 und Emitter 41 gekoppelt ist, bis zur

stand 17 verbunden ist. Dar Emitter 25 eines Flächen- io Sperrung vorgespannt. Der Kondensator 31 liegt in Reihe

transistors 23 vom Typ p-n-p ist mit der Verbindungs- zwischen Emitter 41 und Basis 43 des Transistors 39

stelle von Widerstand 17 und Kondensator 31 verbunden, über eine Zensrdiode 33, und die Anode 32 der Zener-

und der Kollektor 29 des Transistors 23 ist geerdet. Dar diode 33 ist mit dem Emitter 25 des Transistors 23, und

Transistor 23 ist vorzugsweise ein gezogener Flächen- die Kathode 35 der Zenerdiode 33 ist mit der Basis 43

transistor, so daß, wenn sättigender Kollektorstrom hin- 15 von Transistor 39 verbunden. Die Zenerdiode 33 ist vor-

durchfiießt, die Emitter-Kollektor-Impedanz äußerst zugsweise eine Flächendiode vom Typ p-n und hat eine

niedrig ist, wodurch der Kondensator 31 wirksam kurz- sehr scharfe Zener-Durchbruchscharakteristik. Die Zener-

geschlossen ist. Durchbruchsspannung muß groß genug sein, um den

Eine Vorspannungsquelle 22 ist zwischen Basis 27 und Transistor 39 zur Kollektorstromsättigung zu bringen,

Kollektor 29 mit einem Strombegrenzungswiderstand 20 ao d. h. Basis 43 bezüglich Emitter 41 in ein negatives

eingefügt, so daß der Transistor 23 bis zum Unterbrechen Potential zu versetzen.

des Kollektorstromes vorgespannt ist, wenn kein äußeres Aus der obigen Beschreibung des gesamten Strom-Signal auf die Basis 27 gegeben wird. Der Kollektor 9 kreises ergibt sich, daß, wenn kein Signal zwischen den eines zweiten Schalttransistors 6, der im wesentlichen die Anschlüssen 1 und 2 angelegt wird, die Transistoren 6 gleichen Eigenschaften hat wie der Transistor 23, ist mit 35 und 39 gesperrt sind und die Transistoren 23 und 59 im der Basis 27 gekoppelt durch einen Trennwiderstand 18. Zustand der Kollektorsättigung sind. Der Kondensator 31 Die Emitter-Kollektor Vorspannung für den Transistor 6 ist kurzgeschlossen, ebenso wie die Ausgangsanschlüsse 71 wird der Vorspannungsquelle 13 entnommen, die durch und 73. Da der Widerstand 55 durch niedrige Impedanz die Impedanz 11 mit dem Transistor verbunden ist. Ein zwischen Emitter 61 und Kollektor 65 mit der Erde verPaar Eingangsanschlüsse 1, 2 sind mit Basis 7 und Emit- 30 bunden ist, erscheint an den Klemmen 71 und 73 keine ter 5 des Transistors 6 durch den Widerstand 3 gekoppelt, Ausgangsspannung. Es wird nun angenommen, daß ein und der Emitter 5 ist außerdem geerdet. Der Transistor 6 Signal an die Anschlüsse 1 und 2 angelegt wird, das ausist normalerweise nichtleitend, wenn nicht ein Impuls auf reicht, um den Transistor 6 zur Kollektorstromsättigung die Anschlüsse 1 und 2 gegeben wird, dessen Polarität so zu bringen. Die Vorspannungsquelle 22 überwindet nun ist, daß der Transistor bis zur Kollektorstromsättigung 35 die Vorspannungsquelle 13, um den Transistor 23 zur leitend gemacht wird. Unterbrechung des Kollektorstromes zu bringen. Der

Die Werte der Widerstände 11, 18 und 20 sind so ge- Kondensator 31 beginnt sich nun zu laden in Überein-

wählt, daß bei nichtleitendem Transistor 6 die Vorspan- Stimmung mit dem Exponentialgesetz eines in Serie ge-

nungsquelle 13 die Vorspannungsquelle 22 übertrifft, um schalteten ÄC-Stromkreises, der an einer konstanten

den Transistor 23 bis zur Sättigung leitend zu machen, 40 Spannungsquelle liegt. Wenn die an Kondensator 31 auf-

aber wenn der Transistor 6 bis zur Sättigung leitend ist, tretende Spannung die Zener-Durchbruchsspannung der

wird die Vorspannungsquelle 13 von der Vorspannungs- Zenerdiode 33 erreicht, gibt die Zenerdiode den Weg frei,

quelle 22 überwunden, um den Transistor 23 nichtleitend und ein starker Stromfluß geht durch den Emitter-Basis-

zu machen. Stromkreis von Transistor 39, wodurch der Transistor 39

Ein dritter Schalttransistor 39 mit der Basis 43, dem 45 zur KoUektorstromsättigung gebracht wird. Die VerEmitter 41 und dem Kollektor 45, dessen Eigenschaften bindungssteile der Widerstände 46 und 47 ist nun so gut denen der oben beschriebenen Transistoren ähnlich sind, wie geerdet, und die Vorspannungsquelle 42 bewirkt die ist durch die Impedanz 47 mit einer Emitter-Kollektor- Sperrung des Kollektorstromflusses durch den Transi-Vorspannungsquelle 51 verbunden. Die Vorspannungs- stör 59. Die Ausgangsspannung der Vorspannungsquelle 53 quelle 51 ist außerdem durch die in Serie geschalteten 5<> tritt jetzt zwischen den Ausgangsanschlüssen 71 und 73 Widerstände 47 und 46 mit der Basis 63 eines vierten auf. Die zeitliche Verzögerung zwischen dem Anlegen an Schalttransistors 59 gekoppelt. Beide Schalttransistoren die Eingangsanschlüsse 1 und 2 und dem Auftreten einer sind Flächentransistoren vom Typ p-n-p. Der positive Ausgangsspannung in den Anschlüssen 71 und 73 ist fast Anschluß der Vorspannungsquelle 51 ist geerdet, ebenso genauso lang wie die Zeit, die der Kondensator 31 bewie der Emitter 61 des Transistors 59. Eine weitere Vor- 55 nötigt, um die Zener-Durchschlagsspannung der Diode 33 Spannungsquelle 42 ist über den Widerstand 40 mit zu erreichen, da die mit den anderen Bestandteilen des Emitter 61 und Basis 63 verbunden. Die Emitter-Kollek- Stromkreises zusammenhängenden Verzögerungen unbetor-Vorspannung für den Transistor 59 wird durch die deutend sind.

Vorspannungsquelle 53 geliefert, deren negativer An- Es wurde festgestellt, daß die Verzögerung in dem oben

schluß durch den Widerstand 55 mit dem Kollektor 65 60 beschriebenen Stromkreis eine Zuverlässigkeit von 3 bis

verbunden ist. Die Ausgangsanschlüsse 71 und 73 sind 5 % innerhalb eines Temperaturbereichs besitzt, der sich

mit dem Kollektor 65 bzw. Emitter 61 verbunden. Die mindestens von —60 bis +60° C erstreckt. Eine Änderung

Werte der Widerstände 40, 46 und 47 sind so gewählt, der Eigenschaften der Stromkreiskomponenten, die Zener-

daß bei nichtleitendem Transistor 39 die Vorspannungs- diode ausgenommen, hat keinen besonderen Einfluß auf

quelle 51 die Vorspannungsquelle 42 übertrifft, um den 65 die Wirkungsweise des Stromkreises. Da die Zenerdioden-

Transistor59 zur KoUektorstromsättigung zu bringen, röhre äußerst zuverlässig ist, ist sie vielleicht der am

und außerdem wird, wenn der Transistor 39 bis zur wenigsten empfindlichste Teil in dem Stromkreis. Der

KoUektorstromsättigung leitend ist, die Vorspannungs- Übergang von einem der Leitzustände in den anderen

queUe 42 den Transistor 59 bis zur Kollektorstromunter- der Stufen schließt die Transistoren 39 und 59 ein, und

brechung vorspannen. 70 es wird festgesteUt, daß er äußerst ausgeprägt und genau

Claims (1)

5 6 ist. Die Zenerdiode gibt den Weg sehr schnell frei bei führten Impuls erfolgt, der die Sperrung bzw. Entimmer konstanter Spannung, und der Stromimpuls in den sperrung eines den Kondensator kurzschließenden Transistor 39 ist von solcher Größe und hat eine so steil Schalttransistors (23) bewirkt, und daß vor Beansteigende Flanke, daß bei dem Übergang von einem endigung des zugeführten Impulses eine Entladung Leitzustand in den anderen die Verzögerung im wesent- 5 bei Erreichen der Durchbruchspannung einer an der liehen Null ist. Kondensatorspannung liegenden Zenerdiode (33) Typische Werte der Stromkreisteüe sind weiter unten erfolgt. angegeben. Diese Werte sollen Beispiele für eine im Be- 2. Relaisloser Impulsverzögerungsstromkreis nach trieb befindliche Anwendung der Erfindung sein und Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltsollen nicht in begrenzendem Sinne ausgelegt werden, da io transistor von einem zweiten Schalttransistor geauch andere Werte zur Erreichung eines einwandfreien steuert ist. Betriebes eingesetzt werden können. 3. Relaisloser Impulsverzögerungsstromkreis nach Transistor 6, 23, 39 und 59 RR 87 Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zenerdiodenröhre 21 IN 204 analoS df Eingangsschaltung aus zwei Transistoren Zenerdiodenröhre 33 IN 202 1S aufgebaute Ausgangsschaltung der Zenerdiode folgt Widerstand 3 11 Kiloohm . 4" Relaisloser Impulsyerzogerungsstromkreis nach Widerstand 11 7,5 Kiloohm Anspruch 1 oder den folgenden dadurch gekenn- Widerstand 18 1,8 Kiloohm zeichnet daß die Emrtter-KoUektor-yorspannungs- Widerstand 20 51 Kiloohm ^fe df /rs1;en Schalttransistors gleichzeitig als Widerstand 17 50 Küoohm 2° Ladequelle fur den Kondensator dient. Widerstand 35 39 Kiloohm A 5- Relaisloser Impulsyerzogerungsstromkreis nach Widerstand 47 20 Kiloohm Anspruch 1 oder den .folgenden dadurch gekenn- Widerstand 46 5,1 Kiloohm zeichnet, daß die Emitter-KoUektor-Vorspannungs- Widerstand 40 20 Kiloohm <luelle des zweiten Transistors des Ausgangsschalt- Widerstand55 5,1 Kiloohm a5 kreises gleichzeitig die Ausgangsspannung liefert. Kondensator 31 50 MF Relaisloser Impulsverzögerungsstromkreis nach VorspannungsqueÜe 13"'.'.'.'.'.'.'.'.'.'. 48 Volt Anspruch 1 oder den folgenden, dadurch gekenn- Vorspannungsquelle 22 12 Volt zeichnet, daß beim Eingangs- und Ausgangsschalt- Vorspannungsquelle 15 48 Volt kl?ls 3e,wells /er eme Transistor bis ms Satügungs- Vorspannungsquelle 38 12 Volt 3° gebiet leltenäjlst· wfn" der andere Tran^stor ge- Vorspannungsquelle 51 48 Volt 3P^ * t, und umgekehrt. Vorspannungsquelle 42 12 Volt A 7' Relaisloser Impulsyerzogerungsstromkreis nach Vorspannungsquelle 53 48 Volt Anspruch 1 oder den folgenden, dadurch gekenn- zeichnet, daß der Kondensator eine einstellbare Die Erfindung ist nicht auf diese besonderen Einzel- 35 Kapazität besitzt. heiten oder Stromkreisschaltungen, wie oben dargestellt, 8. Relaisloser Impulsverzögerungsstromkreis nach beschränkt, da verschiedene Abwandlungen hiervon Anspruch 1 oder den folgenden, dadurch gekenn- durchgeführt werden können, ohne daß vom Sinn und zeichnet, daß eine zweite Zenerdiode die Ladespan- Umfang dieser Erfindung abgewichen wird. nung des Kondensators stabilisiert. 40 9. Relaisloser Impulsverzögerungsstromkreis nach Patentansprüche: Anspruch 1 oder den folgenden, dadurch gekenn-

1. Relaisloser Impulsverzögerungsstromkreis, insbe- zeichnet, daß nach Wegfall der Eingangsspannung

sondere Impulslängensieb, dessen Verzögerungszeit die Ausgangsklemmen kurzgeschlossen sind.

durch die Aufladezeit eines Kondensators festgelegt

ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufladung bzw. 45 In Betracht gezogene Druckschriften:

Entladung des Kondensators (31) durch einen züge- Deutsche Patentschriften Nr. 934 481, 933 513.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 009 680/362 12. 60