DE1937114B2 - Anordnung zur Auskopplung eines Ausgangssignals und zur Unterdrückung von Spannungsspitzen - Google Patents
Anordnung zur Auskopplung eines Ausgangssignals und zur Unterdrückung von SpannungsspitzenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Auskopplung eines; Ausgangssignals und zur Unterdrückung von
induzierten Spannungsspitzen, die bei Unterbrechung des Stromflusses durch Induktivitäten mit Hilfe einer
Schaltstrecke, insbesondere der Schaltstrecke eines Schalttransistors in der Stromzuführungsleitung zur Incluktivität
auftreten, wobei der Induktivität eine sogenannte Freilaufdiode parallel geschaltet ist.
Es sind verschiedene Maßnahmen bekannt, um Schalteinrichtungen, die die Stromzufuhr zu Induktivitäten
unterbrechen sollen, vor der beim Abschalten in duzierten Spannung zu schützen. Unter der Bezeichnung
»Fniilaufdiode« ist eine Anordnung bekannt, bei der parallel zur Induktivität eine Diode oder die Reihenschaltung
aus einer Diode und einem Widerstand liegt. Die Diode ist so gepolt, daß sie beim Einschalten
des die Induktivität durchfließenden Stroms sperrt, beim Abschalten des Stroms jedoch leitend wird, wodurch
der Spjlenstrom bis zu seinem völligen Abklingen
über diese Diode fließt.
Es ist weiterhin bekannt, daß die Aufgaben einer Diode auch von Transistoren übernommen werden
können. Dies wird insbesondere bei der Herstellung von Dioden in monolithisch integrierter Schaltungstcchnik beachtet Die für die Funktion als Diode nicht
benötigte' dritte Elektrode der in monolithisch integrierter Schaltungstechnik hergestellten Transistoren
wird entweder nicht angeschlossen oder mit einer der anderen Elektroden des Transistors verbunden bzw.
nicht in das Halbleitermaterial eind'ffundiiTt
Wenn ein dem ScbaUvorgang entsprechendes Ausgangssignal benötigt wird, sind weitere Schaltungsmaßnahmen für die Auskopplung des Ausgangssignals, beispielsweise ein weiterer Transistor, erforderlich.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu schaffen, die zur Unterdrückung von
Spannungsspitzen dient und gleichzeitig eine Auskopp lung eines Ausgangssignals ermöglicht
Die Aufgabe kann dadurch gelöst werden, daß gemäß der Erfindung diese Freilaufdiode durch zwn
Elektroden eines Transistors gebildet ist dessen drino
Elektrode zum Auskoppeln des Ausgangssignals dien ι
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ι·· geben sich in Verbindung mit den Unteransprüchen ju .
der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsb.-ι spielen und den Zeichnungen. Es zeigen
Fig. 1 bis 4 je eine Anordnung zur Unterdrücken·
von Spannungsspitzen und zur gleichzeitigen Auskopr lung eines Ausgangssijjnals.
F i g. 5 die Anordnung der Elektroden für einen wie einen Schnitt durch einen in monolithisch iniegi
ter Schaltungstechnik hergestellten Transistor, ■, dem zwei Elektroden als Freilaufdiode Verwend;.·
finden und dessen dritte Elektrode zur Auskoppl··;
eines Ausgangssignals dient und
F i g. 6 die Anordnung der Elektroden für einen ■
wie einen Schnitt durch den Lateraltransistor, von ck
zwei Elektroden eine Freilaufdiode bilden, und de^s
dritte Elektrode zur Auskopplung eines Ausgange gnals dient.
In F i g. 1 ist eine Spule 10 mit ihrem ersten Ende ,:
eine Plusleitung 11 und mit ihrem zweiten Ende an dt ■■■
Kollektor eines Schalttransistors 12 vom npn-Typ ;<·.
geschlossen, dessen Emitter mit einer Minusleitung !; verbunden ist. An den Verbindungspunkt des KoIIc?
tors des Schalttransistors 12 und der Spule 10 ist ui.
Basis eines Transistors 14 angeschlossen, dessen Ko lektor mit der Plusleitung 11 und dessen Emitter übi ■-einen
Widerstand 15 mit der Minusleitung 13 verbim den ist.
Die Wirkungsweise der beschriebenen Schaltanorci
nung ist folgende:
Wird an die Basis des Schalttransistors 12 ein positives Signal angelegt, dann wird der Schalttransistor 12
leitend, und durch die Spule 10 beginnt ein Strom zu fließen. Das Potential am Verbindungspunkt des Kollektors
des Schalttransistors 12 und der Spule 10, das gleichzeitig das Basispotential des Transistors 14 ist,
wird negativ und der Transistor 14 sperrt. Das an der Ausgangselektrode des Transistors 14 anliegende Signal
wird ebenfalls negativ. Wird nun an die Basis des Schalttransistors 12 ein negatives Signal angelegt, dann
sperrt der Schalttransistor 12 und unterbricht den Stromfluß durch die Spule 10. Bei der Unterbrechung
des Stromflusses durch die Spule 10 wird in dieser eine Spannung induziert, die das Potential am Kollektor des
Schalttransistors 12 in positiver Richtung stark erhöhen würde. Dies könnte zur Zerstörung des Schalttransistors
12 führen. Beim Sperren des Schalttransistors 12 wird jedoch durch das positive Potential am Kollektor
des Schalttransistors 12 die durch die Basiselektrode und die Kollektorelektrode des Transistors 14 gebildete Freilaufdiode leitend und übernimmt den durch die'
induzierte Spannung hervorgerufenen Strom bis zu seinem völligen Abklingen. Gleichzeitig mit dem Umschalten des Schalttransistors 12 erscheint auch an der
Ausgangselektrode des Transistors 14 ein oostives Si-
gna|,de der Transistor 14 nun tötend ist.
In F i g. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt.
Die Spule 10 ist mit ihrem einen Anschlußdraht an die Plusleitung Il angeschlossen und mit ihrem anderen
Anschlußdreht mit dem Kollektor des Schalttransistors
12 verbunden, dessen Emitter an die Minusleitung 13 engeschlossen ist Der Schalttransistor 12 ist
vom npn-Typ. An den Verbindungspunkt des Kollektors des Schalttransistors 12 und der Spule 10 ist der
Emitter eines pnp-Transistors 16 angeschlossen, dessen %t>
Basis mit der Pluszuleitung 11 verbunden ist und dessen
Kollektor als Ausgangselektrode dient, wobei der Kollektor
des Transistors 16 Ober einen Widerstand mit der Minusleitung 13 verbunden ist. Die Wirkungsweise
dieser Schaltanordnung ist folgende: i.j
Wenn an die Basis des Schalttransistors 12 ein positives Signal gelangt, dann wird der Schalttransistor 12
leitend, und durch die Spule beginnt ein Strom zu fließen. Am Kollektor des Schalttransistors 12 liegt ein negatives
Potential an, und die durch die Basiselektrode und die Emitterelektrode des Transistors 16 gebildete
Freilaufdiode ist gesperrt und an der Kollektorelektrode des Transistors 16 liegt ein negatives Ausgangssigna)
an. Gelangt nun an die Basis des 'Jchalttransistors 12 ein negatives Signal, dann sperrt der Schalttransistor
12, und der durch die Spule 10 fließende Strom wird unterbrochen. Der Transistor 16 wird nunmehr durch
die in der Spule 10 induzierte Spannung leitend gehalten, und zwar so lange, bis der Spulenstrom in dem
durch die Spule 10, die Emitterelektrode und die Basiselektrode des Transistors 16 gebildeten Stromkreis
vollständig abgeklungen ist. Während dieser Zeit erscheint an der Ausgangselektrode des Transistors 16,
dem Kollektor, ein Ausgangssignal. Die Zeitkonst^nie,
mit der der Spulenstrom abklingt, richtet sich dabei im wesentlichen nach den elektrischen Daten der Spule 10.
In F i g. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt.
Die Spule 10 ist mit ihrem einen Ende an die Plusleitung U und mit ihrem anderen Ende an den Kollektor
des Schalttransistors 12 angeschlossen, dessen Emitter mit der Minusleitung 13 verbunden ist. An den
Kollektor des Schalttransistors 12 ist weiterhin die Basis eines Transistors 17 angeschlossen, dessen Emitter
mit der Plusleitung Il verbunden ist und dessen Kollektor
über einen Widerstand 19 an eine Plusleitung 18 +5 angeschlossen ist Die an der Plusleitung 18 anliegende
Spannung ist dabei höher als die an der Plusleitung 11
anliegende Spannung. Die der Spule 10 parallel geschaltete Freilaufdiode wird wiederum durch die Basiselektrode
und die Emitterelektrode des Transistors 17 gebildet, wobei das Ausgangssignal am Kollektor dieses
Transistors 17 erscheint.
Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist grundsätz lieh die gleiche wie die der vorher beschriebenen Anordnungen.
Liegt an der Basis des Schalttransistors 12 ein positives Signal an, dann fließt durch die Spule 10
ein Strom. Wird eine negative Spannung an die Basis des Schalttransistors 12 angelegt, dann sperrt dieser
Transistor, und der durch die Spule 10 fließende Strom wird unterbrochen. Durch die bei Unterbrechung des
Stromflusses durch die Spule 10 induzierte Spannung
wird nun der Transistor 17 in seinen leitenden Zustand gesteuert, und zwar so lange, bis der Spulenstrom Ober
«ie durch die Basiselektrode und die Emitterelektrode des Transistors 17 gebildete Freilaufdiode abgeklungen
ist. Mit dem Abschalten des Spulenstroms erscheint ein Ausgangssignal an dem Kollektor des Transistors 17,
das so lange dort anliegt bis der Spulenstrom aber die
Basis-Emitter-Strecke des Transistors 17 und über die Spule 10 abgeklungen ist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in F i g.4 dargestellt.
Dieses Ausführungsbeispiel gleicht im wesentlichen dem gemäß F i g. 1. Die Spule 10 ist mit ihrem
ersten Anschluß mit der Plusleitung 11 und mit ihrem zweiten Anschluß mit der Kollektorelektrode des Transistors
12 verbunden, dessen Emitter mit der Minusleitung 13 verbunden ist Der Transistor 14 ist hier nicht
direkt mit dem Kollektor des Schalttransistors 12 verbunden, sondern über einen Widerstand 20. Die Wir
kungsweise dieser Schaltung isi grundsätzlich die gleiche wie die dei Schaltung .emäß F i g. 1, lediglich die
Zeitkonstante, mil der der Spulenstrom abklingt, isl
nun durch den Widerstand 20 geändert
Die in den F i g. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiele können auch mit Transistoren des entgegengesetzten
Leitfähigkeitstyps ausgeführt sein, wenn die Schaltungen mit einer Spannungsquelle umgekehrter
Polarität verbunden sind.
In F i g. 5 und 6 sind zweckmäßige Ausführungen der Transistoren 14 und 16 gemäß F i g. 1 und 2 dargestellt.
Der in F i g. 5 gezeigte npn-Transistor weist eine n-dotierte Wanne 21 und eine noch stärker η-dotierte Leitschicht
22 auf, die üblicherweise in ein p-leitendes Substrat
23 eingebettet ist Das p-leitende Basisgebiet 24 sowie der Basis- und Kollektorkontakt 25 bzw. 26 sind
mit Rücksicht auf den relativ großen Spulenstrom großflächig ausgeführt, wogegen der Emitter 27 mit
dem dazugehörigen Kontakt 28 nur venig Platz einnimmt, da der Stromfluß durch den Widerstand 15 gering
gehalten wird.
F i g. 6 ist ein in monolithisch integrierter Technik hergestellter Lateraltransistor in der Draufsicht und in
der Seitenansicht im Schnitt dargestellt. Die Basis-Emitter-Diode ist hier großflächig ausgeführt, der Kollektor
dagegen ist mit geringem Flächenaufwand nur für den kleinen Signalstrom des Ausgangssignals ausgebildet.
Das p-leitende Substrat isl mit 29, die Basis (η-Insel) mit 30 und eine unter der Basis angeordnete
Leitschicht mit 31 bezeichnet. Der Emitter 32 und der Kollektor 33 werden wie üblich durch eine p-Diffusion
in das Basismaterial gebildet. Beim Transistor gemäß F i g. 6 kann also der Spulenstrom von beiden Längsseiten
des Emitters 33 über die Leitschicht 31 zu einem Basiskontakt 34 fließen. Der relativ kleine Kollektorstrom
nimmt seinen Weg von der Schmalseite des Emitters 34 direkt durch die Basisschicht 30 zum Kollektor
33.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Anordnung zur Auskopplung eines Ausgangssignals und zur Unterdrückung von induzierten
Spannungsspitzen, die bei Unterbrechung des Stromflusses durch Induktivitäten mit Hilfe der
Schaltstrecke eines Schalttransistors in der Stromzuführungsleitung zur Induktivität auftreten, wobei
der Induktivität eine sogenannte Freilaufdiode par- w
alle) geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß diese Freilaufdiode durch zwei Elektroden eines Transistors (14 bzw. 16. 17) gebildet ist.
dessen dritte Elektrode zum Auskoppeln des Ausgangssignals dient
Z Anordnung nach Anspruch J, dadurch gekeniizeichnet,
daß die Freilaufdiode durch die Basis- uno Kollektorelektrode eines Transistors (14) gebildet
ist, wobei der Leitfähigkeitstyp dieses Transistors (14) der gleiche ist wie der eines in der Stromzufüh- ao
rungsleitung zu der Induktivität (10) angeordneten Schalttrafi Jstors (12), und daß die Auskopplung des
Ausgangssignals über den Emitter des Transistors
(14) erfolgt
3. Anordnung nach Anspruch I1 dadurch gekenn- as
zeichnet, daß die Freilaufdiode durch die Basis- und Emitterelektrode des Transistors (16 bzw. 17) gebildet
im und die Auskopplung des Ausgangssignais
über die Kollektorelektrode dieses Transistors (16 bzw. 117) erfolgt.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zu der durch zwei
Elektroden des Transistors (14 bzw. 16, 17) gebildeten Freilaufdiode eii. Wide: stand (20) in Reihe geschaltet
ist.
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