DE2114215B2

DE2114215B2 - ELECTRONIC TELEGRAPH RELAY WITH OVERLOAD PROTECTION

Info

Publication number: DE2114215B2
Application number: DE19712114215
Authority: DE
Inventors: Herbert 7250 Leonberg Aulhorn
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1971-03-24
Filing date: 1971-03-24
Publication date: 1973-07-26
Also published as: AT330257B; AU4015872A; ATA243472A; ES401102A1; IT950400B; DE2114215A1; FR2131524A5; AU467340B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung für ein elektronisches Telegrafenrelais, bestehend aus der Reihenschaltung zweier Transistoren entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps, deren Basen das Steuersignal zugeführt wird, während dem Verbindungspunkt zweier gleichartiger Elektroden das Ausgangssignal gegen die an Masse liegende Versorgungsspannungsmitte entnommen wird und die anderen Elektroden der Transistoren an der Versorgungsspannung liegen. The invention relates to a circuit arrangement for an electronic telegraph relay, consisting of from the series connection of two transistors of opposite conductivity type, their bases the control signal is supplied, while the connection point of two electrodes of the same type is the Output signal is taken from the supply voltage center, which is connected to ground, and the others Electrodes of the transistors are connected to the supply voltage.

Fig. 1 zeigt einen bekannten, als elektronischesFig. 1 shows a known, as electronic

S Telegrafenrelais einsetzbaren Schalter zum schnellen Anschalten eines von zwei Potentialen an e>n,en Verbraucher. Diese Anordnung hat nicht nur den Nachteil, daß als Steuerspannung Potentiale angelegt werden müssen, die gleich groß wie die gewünschtenS Switch that can be used in telegraph relays for quickly connecting one of two potentials to a consumer. This arrangement not only has the disadvantage that potentials are applied as control voltage must be the same size as the ones you want

ίο Ausgangspotentiale sind. Wenn der Schalter durch niedere Steuerpotentiale gesteuert werden soll, so muß ein geeigneter Schaltverstärker vorgeschaltet werden. Es bestimmt aber auch die Steuerspannung zusammen mit dem Werte des Lastwiderstandes den durch die Transistoren fließenden Strom, was bei niedrigen Lastwiderständen, also immer bei einem Kurzschluß am Ausgang, zu einer Zerstörung der Transistoren führt.ίο are output potentials. When the switch is through If lower control potentials are to be controlled, a suitable switching amplifier must be connected upstream will. However, it also determines the control voltage together with the value of the load resistance current flowing through the transistors, which occurs with low load resistances, i.e. always with one Short circuit at the output, which leads to the destruction of the transistors.

Zum Schütze solcher Transistoren wird häufig eine bekannte Schutzschaltung eingesetzt, wie sie in Fi g. 2 dargestellt ist. Durch die an der Basis des Transistors Trs S liegende Vergleichsspannung LJ_R bleibt dieser Transistor so lange voll durchgehe uert, bis die am Emitterwiderstande R_E durch den Emitterstrom abas fallende Spannung U_E zuzüglich des Basis-Emitterpotentials U_BE gleich der Vergleichsspannung U_R wird. Dann wild der Transistor zugeregelt und begrenzt den Strom auf den Wert (l/„ - l/_B£)/ R_E. To protect such transistors, a known protection circuit is often used, as shown in Fi g. 2 is shown. As a result of the comparison voltage LJ _R at the base of the transistor Trs S , this transistor remains fully operational until the voltage U _E falling at the emitter resistor R _E due to the emitter current abas plus the base-emitter potential U _BE equals the comparison voltage U _R. Then the transistor is closed and the current is limited to the value (l / "- l / _{B £} ) / R _E.

Um einen vollen Überlastungsschutz für die An-Ordnung nach Fig. 1 erzielen zu können, muß also zwischen den Polen der Stromversorgungsquelle und den Stromversorgungseingängen der Anordnung je eine solche Schutzschaltung nach Fig. 2 a oder b zwischengeschaltet werden, wobei die Schutzschaltung für den positiven Pol der Fig. 2 voll entspricht, die für den negativen Pol jedoch einen Transistor entgegengesetzen Leitfähigkeitstyps und eine umgekehrt gepolte Vergleichsspannung bzw. Dioden aufweist. Die Transistoren der Schutzschaltungen müssen dabei gleich hoch belastbar sein wie die des Relais selbst. Die Erfindung stellt sich nun zur Aufgabe, eine Schaltungsanordnung für ein solches elektronisches Telegrafenrelais anzugeben, das mit kleinen Steuerspannungen auskommt und dessen Ausgang gegen Überlastungen, z. B. durch Kurzf chlüsse, geschützt ist, bei dem ferner in den Endstufen und durch die Schutzschaltung ein möglichst geringer Leistungsverlust auftritt, so daß die Versorgungsspannung praktisch in voller Höhe auf den Verbraucher durchgeschaltet wird. Durch die eingesetzten Maßnahmen soll dabei auch nur ein vernachlässigbarer Mehraufwand an Bauelementen auftreten. Die gestellte Aufgabe wird bei einem elektronischen Telegrafenrelais, bestehend aus der Reihenschaltung zweier Transistoren entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps, deren Basen das Steuersignal zugeführt wird, während dem Verbindungspunkt zweier gleichartiger Elektroden das Ausgangssignal gegen die an Masse liegende Versorgungsspannungsmitte entnommen wird und die verbleibenden Elektroden der beiden Transistoren an der Versorgungsspannung anliegen, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kollektoren der beiden Transistoren miteinander und mit dem Ausang verbunden sind, daß die Basen dieser Transistoren jeweils von einem in Emitterschaltung betriebenen, zum gesteuerten Transistor unterschiedlichen Leitfähigkeitstyp aufweisenden Vorstufentransistor gesteuert werden, deren miteinander verbundenen Basen ein bipolaresIn order to be able to achieve full overload protection for the on-order according to FIG. 1, must therefore between the poles of the power supply source and the power supply inputs of the arrangement each such a protective circuit according to FIG. 2 a or b interposed are, the protective circuit for the positive pole of FIG. 2 corresponds fully to the for the negative pole, however, a transistor of the opposite conductivity type and one vice versa has polarized comparison voltage or diodes. The transistors of the protective circuits must be be the same high load capacity as that of the relay itself. The invention is now the task of a Specify circuit arrangement for such an electronic telegraph relay that uses small control voltages gets by and its output against overloads, z. B. is protected by shortcuts, with the lowest possible power loss in the output stages and through the protective circuit occurs, so that the supply voltage is switched through to the consumer practically in full will. The measures used should only result in negligible additional expenditure occur on components. The task at hand is made up of an electronic telegraph relay from the series connection of two transistors of opposite conductivity type, their bases the control signal is supplied, while the connection point of two electrodes of the same type is the Output signal is taken against the supply voltage center connected to ground and the remaining Electrodes of the two transistors are connected to the supply voltage, according to the invention solved that the collectors of the two transistors are connected to each other and to the output are that the bases of these transistors are each operated by an emitter circuit to the controlled Pre-stage transistor having different conductivity types can be controlled, their interconnected bases a bipolar

Steuersignal zugeführt wird, daß zum Erzielen eines Überlastungsschutzes in die Emitter der Transistoren je einen Emitterwiderstand eingefügt wird und den Basen dieser Transistoren ihr Steuersignal von den Kollektoren der Vorstufentransistoren zugeführt wird, während zwischen der Basis der Transistoren und dem entsprechenden (positiven bzw. negativen) Pol der Versorgungsspannung Dioden ais Referenzelemente eingefügt sind, daß dabei der Wert der Emitterwiderstände so gewählt wird, daß die durch den maximal zugelassenen Emitterstrom an diesen Widerständen abfallende Spannung U_E gleich der an den Dioden als Referenzspannung U_R abzüglich des Basis-Emitterpoientials U_BE der Transistoren ist.Control signal is supplied that to achieve overload protection in the emitter of the transistors an emitter resistor is inserted and the bases of these transistors their control signal is supplied from the collectors of the transistors, while between the base of the transistors and the corresponding (positive or negative) pole the supply voltage diodes are inserted as reference elements so that the value of the emitter resistors is chosen so that the voltage U _E dropping through the maximum permitted emitter current at these resistors is equal to that at the diodes as reference voltage U _R minus the base-emitter potential U _{BE of} the transistors is.

In dem Artikel von R. S. Richards: How to design transformerless audio-frequency power amplifiers, Electronics, November 16, 1962, Seiten 50... 52, ist als Möglichkeit der Ausbildung einer Endstufe mit Transistoren unterschiedlichen 7 ,eitfähigkeitstyps in Fig. 1 (A), die der Fig. 3 dieser Anmeldung entspricht, auch das Prinzip einer Emitterschaltung von Vor- und Endstufentransistoren dargestellt, ausgeführt wurden, dann aber nur solche in KoHektorschal tung. überlastungsschutzmaßnahmen sind nicht vorgesehen. In the article by R.S. Richards: How to design transformerless audio-frequency power amplifiers, Electronics, November 16, 1962, pages 50 ... 52, is a possibility of training a power amplifier with transistors of different 7, conductivity type in Fig. 1 (A), which corresponds to Fig. 3 of this application, also the principle of an emitter circuit of pre- and output stage transistors shown, executed were, but then only those in KoHektorschal tion. Overload protection measures are not provided.

Die Erfindung soll nun an Hand dei Figuren eingehend beschrieben werden. Es zeigenThe invention will now be described in detail with reference to the figures to be discribed. Show it

Fig. 1 bis 3 die zum Stande der Technik bereits beschriebenen Schaltungen.1 to 3 the circuits already described in relation to the prior art.

Fig. 4 das erfindungsgemäße elektronische Relais mit Überlastungsschutz.4 shows the electronic relay according to the invention with overload protection.

In der Fig. 4 sind Trsl und Trsl zwei Silizium-Transistoren entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps, und zwar Trsl ein p-n-p- und Trs2 ein n-p-n-Transistor. Ihre Emitter liegen jeweils über einen Widerstand R_f am positiven bzw. negativen Pol der Versorgungsspannung. Die Kollektoren dieser beiden Transistoren sind miteinander verbunden und bilden den Ausgang des elektronischen Relais, zwischen dem und der an Masse liegenden Mitte der Versorgungsspannungsquelle der Verbraucher R_L liegt. Ist der Transistor Trsl durchgeschaltet und der Transistor Trsl gesperrt, so liegt R_L die positive Versorgungsspannung + U₅ an, umgekehrt die negative - U_s. In FIG. 4, Trsl and Trsl are two silicon transistors of opposite conductivity type, namely Trsl a pnp transistor and Trs2 an npn transistor. Their emitters are each connected to the positive or negative pole of the supply voltage via a resistor R _f. The collectors of these two transistors are connected to one another and form the output of the electronic relay, between which and the center of the supply voltage source, which is connected to ground, the consumer R _L is located. If the transistor Trsl is switched on and the transistor Trsl is blocked, the positive supply voltage + U ₅ is applied to R _L , and conversely the negative - U _s .

Die Basis des Transistors Trsl wird nun durch einen Vorstufentransistor Trs 3 entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps, also durch einen n-p-n-Transistor gesteuert. Zwischen dem Kollektor des Transistors Trs 3 und der Basis des Transistors Trsl liegt ein Widerstand R1 und zwischen der Basis des Transistors Trsl und dem positiven Versorgungsspannungspol die Reihenschaltung zweier in Durchlaßrichtung gepolter Silizium-Dioden Dl. Entsprechend wird die Basis des Transistors Trs 2 von einem p-n-p-Vorstufentransistor Trs4 gesteuert, wobei zwischen Kollektor von Trs4 und Basis von Trsl der Widerstand Rl und zwischen der Basis von Trs 2 und dem negativen Pol der Versorgungsspannung die Reihenschaltung zweier Dioden D2 liegt. Die Emitter der beiden Transistoren Trs3 und Trs4 liegen an der auf Masse liegenden Versorgungsspannungsmitte. An den miteinander verbundenen Basen der beiden Transistoren liegt gegen Masse das bipolare Steuersignal ± U_c. The base of the transistor Trsl is now controlled by a precursor transistor Trs 3 of the opposite conductivity type, that is to say by an npn transistor. Between the collector of the transistor Trs 3 and the base of transistor Trsl a resistor R 1 and between the base of transistor Trsl and the positive supply voltage pole, the series circuit of two in the forward poled silicon diodes Dl. Accordingly, the base of the transistor Trs 2 from a pnp transistor precursor TRS4 controlled, whereby between the collector of TRS4 and based on Trsl the resistor R and between the base of Trs 2 and the negative pole of the supply voltage the series connection of two diodes D2. The emitters of the two transistors Trs3 and Trs4 are connected to the middle of the supply voltage, which is grounded. The bipolar control signal ± U _c is applied to ground at the interconnected bases of the two transistors .

Wird der Transistor Trs 3 durch ein positives Eingangssignal + U_c an seiner Basis durchgesteuert, so fallen an den beiden Siliziumdioden durch seinen Kollektorstrom etwa 1,2 Volt ab. Der Küllektorstrom des Transistors wird dabei durch den Widerstand Rl auf einen für seinen Typ zulässigen und zur Durchsteuerung des Transistors Trs 1 bei dessen höchst auftretendem Kollektorstrom ausreichenden Wert begrenzt. Der Transistor Trsl wird durchgesteuert und seinIf the transistor Trs 3 is turned on by a positive input signal + U _c at its base, then about 1.2 volts drop across the two silicon diodes due to its collector current. The capacitor current of the transistor is limited by the resistor Rl to a value which is permissible for its type and sufficient to control the transistor Trs 1 when the highest collector current occurs. The transistor Trsl will be turned on and

S Kollektorstrom hängt hauptsächlich von der Höhe der Versorgungsspannung + U₅ und der Größe des Lastwiderstandes R_L ab. Um nun zu verhindern, daß bei zu kleinem Lastwiderstand R_L, also etwa bei Kurzschluß des Ausgangs, der Kollektorstrom Werte an- S Collector current mainly depends on the level of the supply voltage + U ₅ and the size of the load resistance R _L. In order to prevent the collector current from falling if the load resistance R _L is too low, i.e. if the output is short- circuited, for example.

nehmen kann, die zur Überlastung oder sogar zur thermischen Zerstörung des Transistors führen, ist in seinem Emitterkreis der Widerstand R _E eingefügt. An ihm fällt nun eine Spannung U_E = J _E R_E ab, die der Steuerspannung als Gegenkopplung entgegen-can take, which lead to overloading or even thermal destruction of the transistor, the resistor R _{E is} inserted in its emitter circuit. A voltage U _E = J _E R _E now drops across it, which acts as a negative feedback against the control voltage.

wirkt und den Transistor Trsl sperrt, wenn sie den Wen U_D - U_BE erreicht. Hierin ist U_E die Spannung am Widerstände R_E,J_E der Emitterstrom des Transistors Trsl, U_D die Spannung an den Dioden D1, also die Steuerspannung des Transistors Trsl und l/_S£ dasacts and blocks the transistor Trsl when it reaches the Wen U _D - U _BE . Here, U _{E is} the voltage across the resistors R _E , J _{E is} the emitter current of the transistor Trsl, U _{D is} the voltage across the diodes D 1, i.e. the control voltage of the transistor Trsl and I / _{S £} das

Basis-Emitterpotentiai dieses Transistors, bei Siliziumtransistoren etwa 0,6 Volt. Durch entsprechende Wahl des Wertes von R_E läßt sich also erreichen, daß der Strom im Transistor Trsl einen bestimmten, vorgegebenen Wert nicht übersteigen kann.Base-emitter potential of this transistor, about 0.6 volts for silicon transistors. By selecting the value of R _E accordingly, it can be achieved that the current in the transistor Trsl cannot exceed a certain, predetermined value.

Ist der Transistor Trs3 gesperrt, z. B. durch ein negatives Steuersignal an seiner Basis oder ein positives, das wertmäßig kleiner als etwa 0,6 Volt ist, so liegt die Basis des Transistors Trs 1 praktisch auf der Versorgungsspannung -r U₅ und ist so gesperrt.If the transistor Trs3 is blocked, e.g. B. by a negative control signal at its base or a positive one that is less than about 0.6 volts in terms of value, the base of the transistor Trs 1 is practically on the supply voltage -r U ₅ and is blocked.

Die Funktion der Transistoren Trs4 und Trs2 ist bei Berücksichtigung ihres gegenüber den Transistoren entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps entsprechend. The function of the transistors Trs4 and Trs2 is taking into account their conductivity type, which is opposite to that of the transistors, accordingly.

Das soeben beschriebene elektronische Telegraphenrelais hat also die Eigenschaft, daß es bei einer Steuerspannung an den Basen der beiden Transistoren Trs3und Trs4 von + U_c > +0,6 Volt an den Lastwiderstand R_L die Spannung + U_s anlegt, zwischen + U_c = +0,6 Volt und - L\ = -0,6 Volt die Spannung 0, da sowohl Trsl und Trs2 gesperrt sind, und ab - U_c > -0,6 Volt die Spannung - U₅, wenn man die am Widerstand R_E und der Emitter-Kollektorstrecke der Transistoren abfallende Spannung vernachlässigt. Diese beträgt je nach Transistortyp insge-The electronic telegraph relay just described has the property that when the control voltage at the bases of the two transistors Trs3 and Trs4 is + U _c > +0.6 volts, it applies the voltage + U _s to the load resistor R _L , between + U _c = +0.6 volts and - L \ = -0.6 volts the voltage 0, since both Trsl and Trs2 are blocked, and from - U _c > -0.6 volts the voltage - U ₅ , if you connect the resistor R _E and the voltage drop across the emitter-collector path of the transistors are neglected. Depending on the transistor type, this amounts to

4.5 samt etwa 1,1... 1,6 Volt. Bei den üblichen Versorgungsspannungen von etwa ±20 Volt ergibt sich durch die erfindungsgemäße Schaltung mit Überlastungsschutz ein außerordentlich geringer Energieverlust in der Schaltung selbst (5 ... 8 Ψ() verglichen4.5 including about 1.1 ... 1.6 volts. With the usual supply voltages of around ± 20 volts, the circuit according to the invention with overload protection results in an extremely low energy loss in the circuit itself (5 ... 8 Ψ ( ) compared

mit dem bei bekannten Überlastungsschutzmaßnahmen, wie vorgeschalteter Konstantstromquelle oder Schutzwiderstand.with the known overload protection measures, such as an upstream constant current source or Protective resistance.

Die Schaltung ist dabei die elektronische Realisierung eines Telegraphenrelais mit Ruhelage Mitte.The circuit is the electronic implementation of a telegraph relay with a neutral position in the middle.

Wenn nun zur Ansteuerung des elektronischen Relais keine bipolaren Signale zur Verfügung stehen, sondern nur unipolare, so läßt sich dieses durch Vorsetzen einer Vorstufe mit dem Transistor Trs5 realisieren, dessen Emitter an Masse liegt. Schaltet durch ein positives Signal an seiner Basis der Transistor Trs5 durch, so wird der Verbindungspunkt der Widerstände R 3 und R 4 praktisch an Masse gelegt und die Basen der Transistoren Trs3 und Trs4 erhalten negatives Steuersignal. Liegt an der Basis von TrsS das Potential null an, so ist der Transistor gesperrt und die Basen von Trs3 und Trs4 erhalten positives Potential. Für diesen Fall lassen sich die Vorstufen mit den Transistoren Trs3 und Trs4 insoweit modifizieren, als dieIf there are no bipolar signals available to control the electronic relay, but only unipolar signals, this can be achieved by placing a preliminary stage with the transistor Trs5, the emitter of which is connected to ground. If the transistor Trs5 turns on due to a positive signal at its base, the connection point of the resistors R 3 and R 4 is practically connected to ground and the bases of the transistors Trs3 and Trs4 receive a negative control signal. If zero potential is present at the base of TrsS, the transistor is blocked and the bases of Trs3 and Trs4 are given a positive potential. In this case, the precursors with the transistors Trs3 and Trs4 can be modified to the extent that the

Kollektorwiderstände Rlund R2 entfallen und durch J_E der Transistoren Trs3 und TrsA groß genug ist,Collector resistances Rl and R 2 are omitted and is large enough due to J _{E of} the transistors Trs3 and TrsA,

Emitterwiderstände R _E3 und R_Et ersetzt werden. Da damit der resultierende Kollektorstrom J_c (J_c =Emitter resistors R _E3 and R _{Et are} replaced. Since the resulting collector current J _c (J _c =

die Steuerspannungen für diese Transistoren jetzt J_E -J₈) ausreicht, um die Transistoren Trsl undthe control voltages for these transistors now J _E -J ₈ ) is sufficient to the transistors Trsl and

durch die Versorgungsspannung + U_s und — U₅ so- Trs2 mit dem maximal zugelassenen Kollektorstrom wie die Werte für die Widerstände A3, A4 und RS 5 durchzusteuern. Wenn das elektronische Relais mitthrough the supply voltage + U _s and - U ₅ so- Trs2 with the maximum permitted collector current like the values for the resistors A3, A4 and RS 5. If the electronic relay with

bestimmt und unabhängig von den Werten der Steu- einer Vorstufe mit dem Transistor TrsS betriebendetermined and operated independently of the values of the control of a preliminary stage with the transistor TrsS

erspannungen des Transistors Trs5 sind, werden diese wird, entfällt naturgemäß die bisherige Ruhestellungvoltages of the transistor Trs5 are, if this is, the previous rest position is of course omitted

Emitterwiderstände so gewählt, daß (+ U_c — U_BE)I Mitte, also die Möglichkeit, an den Ausgang auch dasEmitter resistors chosen so that (+ U _c - U _BE ) I middle, so the possibility of connecting that to the output

R_Ei bzw. (— U_e + U _eE)//?_c<, also der Emitterstrom Potential null gegen Masse anzulegen. R _Ei or (- U _e + U _eE ) //? _{c <} , i.e. the emitter current to apply zero potential to ground.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Sr-Sr-

Claims

Patent claims:

1.Circuit arrangement for an electronic telegraph relay, consisting of the series connection of two transistors of opposite conductivity types, the bases of which are supplied with the control signal, while the connection point of two electrodes of the same type, the output signal to the supply voltage center connected to ground is taken and the remaining electrodes of the two transistors are connected to the supply voltage are applied, characterized in that the collectors of the two transistors (Trsl, 7> s2) are connected to each other and to the output, that the bases of these transistors are each from a precursor transistor operated in emitter circuit to the controlled transistor (Trsl or Trsl) having different conductivity types {Trs3 or Trs4) are controlled, the interconnected bases of which a bipolar control signal (+ Uf) is fed that to achieve overload protection in the emitters of the transistors (Trsl and Trs2) each have an Emitterw resistor ( R _E ) is inserted and the bases of these transistors (Trsl or Trs2) are fed their control signal from the collectors of the pre-stage transistors (Trs3 or Trs4), while between the base of the transistors (Trsl or Trs2) and the corresponding ( positive or negative) pole of the supply voltage diodes (Dl or D2) are inserted as reference voltage elements, so that the value of the emitter resistors (R _E ) is chosen so that the voltage (U _E ) that is dropped across these resistors due to the maximum permitted emitter current equals the voltage (U _R ) present as reference voltage at the diodes (Dl or D 2) minus the base-emitter potential (U _BE ) of the transistors (Trsl or Trs2).

2. Circuit arrangement for an electronic relay according to claim 1, characterized in that to enable control with a unipolar signal the electronic relay is preceded by a preliminary stage with a further transistor (Trs S) , that the emitter of this transistor is connected to ground, while between positive and negative supply voltage (+ U ₅ and - L / _S) is an existing three resistors (K 3, JR4und RS) voltage divider, in that the connection points of the resistors {R 3 and R the collector 4) of the transistor (Trs 5 ) and the connection points of the resistors (R 4 and RS) the bases of the transistors ( Trs 3 and Trs 4) are connected.