DE3107536A1

DE3107536A1 - Schaltungsanordnung zum ansteuern induktiver lasten

Info

Publication number: DE3107536A1
Application number: DE19813107536
Authority: DE
Inventors: Gene Karl Indianapolis Ind. Sendelweck
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1980-02-28
Filing date: 1981-02-27
Publication date: 1981-12-03
Also published as: FI810528L; KR830005757A; CA1162239A; IT8119906A0; DE3107536C2; US4322770A; FR2477338A1; ES8202997A1; PL229829A1; JPS56134809A; IT1135577B; GB2070876A; FR2477338B1; ES499893A0; GB2070876B

Description

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ECA 74- 836 Ks/Ei

U.S. Serial No: 125,64-7

Filed: February 28, 1980

EOA Corporation New York, H.Y., V.St.v.A.

Schaltung anordnung zum Ansteuern induktiver Lasten

Die Erfindung bezieht sich auf Leistungsendstufen zur Speisung induktiver Lasten und betrifft insbesondere eine Schaltung, die einen Leistungsverstärker davor schützt, daß er sich durch die Wirkung induktiv entwickelter Spannungsimpulse "verklemmt".

Leistungsendtransistoren wie z.B. die in Tonverstärkern und in geschalteten Tersorgungsschaltungen verwendeten Ausgangstransistoren steuern häufig induktive Lasten an, beispielsweise Eelais, Transformatoren oder Lautsprecherspulen. Leistungstransistoren mit induktiven Lasten funktionieren im allgemeinen zufriedenstellend, wenn sie linear arbeiten. Unter linearen Betriebsbedingungen verhalten sich die Transistoren kontinuierlich als niederohmige Spannungsquellen für die Last, wodurch induktiv entwickelte Spannungsspitζen, die gelegentlich von der Last auf die Transistoren rückgekoppelt werden können, ausreichend gedämpft werden. Wenn jedoch die Leistungsendtransistoren in einer geschalteten Versorgungsschaltung vorübergehend durch das Steuersignal in einen "niedrigen" (d.h. ausgeschalteten) Zustand geschaltet werden oder wenn die Transistoren in einem Tonverstärker durch ein weit ausgesteuertes Ausgangssignal in

den nichtlinearen Bereich getrieben werden, dann "bilden sie eine hohe Impedanz für die induktive Last. Die induktive Energie in der Last baut sich auf einen Spitzenwert auf und schlägt dann zurück in den Verstärker oder die Versorgungsschaltung. Dieser starke Energiestoß kann als hoher negativer Spannungsimpuls erscheinen, was zum Schließen von Strom-Gegenkopplungen in einem oder mehreren der Leistungsendtransistoren und anderen Schaltungsteilen des Verstärkers oder'der Versorgungsschaltung führen kann. Diese Stromsohleifen können die Schaltungen im Verstärker oder in der Versorgungsschaltung in einem Zustand "verklemmen", in welchem die Ausgangsgröße der Schaltungen auf einen Bruchteil des normalen maximalen Ausgangspegels reduziert ist. Der verklemmte Zustand dauert so lange an, bis die Energieversorgung von der verklemmten Schaltung fortgenommen wird.

Dieses Problem des Verklemmens ist noch kritischer, wenn die Leistungsendtransistoren keine diskreten Bauelemente sondern integrierte Bestandteile eines monolithischen integrierten Schaltungsplättchens sind, wie es z.B. bei den integrierten RCA-Bausteinen CA3134- oder TDA 119O (TV Sound I.P. and Audio Output Subsystems) der ÜPall ist. In diesem Pail führen die hohen negativen Spannungsimpulse nicht nur zur Verklemmung eines oder mehrerer der Leistungsendtransistoren, sondern die durch die Impulse hervorgerufenen Ströme können zu anderen Bereichen des integrierten Schaltungsplättchens geleitet werden, wo dann andere Schaltungsfunktionen gestört werden können. Außerdem können die resultierenden hohen Stromdichten in dem kleinen integrierten Schaltungsplättchen einen oder mehrere der dort integrierten Transistoren zerstören und außerdem die auf der Oberfläche des Schaltungsplättchens gebildeten metallischen Leiter zum Schmelzen bringen.

Eine Methode zum Verhindern des "Verklemmens" in einem integrierten Leistungsverstärker ist in der US-Patentanmeldung Nr.035,34-7 beschrieben, die am 2. Mai 1979 unter dem Titel "Anti-Latch Circuit for Power Output Devices Using Inductive Loads" einge-

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reicht wurde. Bei der dort offenbarten Anordnung sind ein Kondensator und ein Widerstand parallel zwischen den Emitter des Leistungsendtransistors und Masse geschaltet. Eine induktive Last liegt parallel zur Serienschaltung der Kollektor-Emitter-Strecke des Leistungsendtransistors und der genannten Widerstand/Kondensator-Kombination. Ohne diese Widerstand/Kondensator-Kombination würde die integrierte Schaltung in den verklemmten Zustand geraten, wenn ein negativer Spannungsimpuls von der induktiven Last auf den Kollektor des Leistungsendtransistors rückgekoppelt wird. Wenn der Spannungsimpuls um ungefährt -0,5 Volt in negativer Richtung geht, dann bilden der Kollektor des Transistors und das anliegende Substratmaterial der integrierten Schaltung einen effektiven Diodenübergang, der durch den negativen Spannungsimpuls in Durchlaßrichtung gespannt wird. Es stößt dann ein Strom durch das Substrat zu anderen Bereichen der integrierten Schaltung, die dadurch in den verklemmten Zustand geraten kann.

Der Kondensator und der Widerstand in der oben erwähnten Anordnung verhindern ein solches Verklemmen unter den meisten Umständen dadurch, daß sie die Gleichspannung am Emitter des Leistungsendtransistors glätten. Der Kondensator wird durch den über den Leistungsendtransistor fließenden Strom auf eine positive Spannung aufgeladen, die einer in der integrierten Schaltung gebildeten ρ -leitenden Zone angelegt wird, welche mit der Verbindungsstelle zwischen dem Transistoremitter und der Widerstand/ Kondensator-Kombination gekoppelt ist. Ein negativer Spannungsimpuls am Kollektor des Leistungsendtransistors spannt den effektiven Diodenübergang, der durch den Transistorkollektor und die erwähnte p⁺-Zone gebildet wird, in Durchlaßrichtung vor, bevor er die effektive Diode zwischen Kollektor und Substrat in Durchlaßrichtung spannt, da die p⁺-Zone auf höherem Potential als das an Masse liegende Substrat ist. Der negative Spannungsimpuls wird dann ohne Schaden über die durch den Transistorkollektor und die erwähnte p⁺-Zone gebildete effektive Diode verbraucht, bevor die effektive Kollektor-Substrat-Diode ihre Durchlaßvorspannung bekommen kann. - 7 -

Es wurde gefunden, daß diese Anordnung unter gewissen Betriebsbedingungen manchmal ein Verklemmen der Schaltung nicht verhindern kann. Während stiller Zeiten liefert der Leistungsendtransistor nur eine kleine Menge Strom für die Widerstand/Kondensator-Kombination. Der Kondensator entlädt sich dann über den Widerstand, und der Spannungspegel am Emitter des Transistors driftet nach unten in Richtung zum Massepοtential des Substrats. Das plötzliche Anlegen eines hohen Aussteuerungssignals kann dann einen negativen Spannungsimpuls am Kollektor des Transistors zur Folge haben, der den Kollektor-Substrat-Übergang in Durchlaßrichtung spannt und damit den verklemmten Zustand herbeiführt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Schaltungsanordnung, die das Verklemmen in einem Leistungsverstärker oder einer Versorgungsschaltung wirksamer als bisher verhindert. Die wesentlichen Merkmale zur Lösung dieser Aufgabe sind im Patentanspruch Λ angeführt. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung treibt ein Leistungsendtransistor eine induktive Last, die parallel zur Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors liegt. Zwischen den Transistor und einen Punkt mit Bezugspotential ist eine erste Diode gekoppelt, die in Eeihe mit der Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors liegt und in der gleichen Polarität wie der Basis-Emitter -Über gang des Transistors gepolt ist. Parallel zur ersten Diode ist ein Kondensator angeordnet, und parallel zur induktiven Last liegt eine zweite Diode, die entgegen der ersten Diode gepolt ist. Für die zweite Diode ist ein Exemplar ausgewählt, welches einen solchen Spannungsabfall hat, daß der von der induktiven Last kommende negative Spannungsimpuls auf eine Spannung begrenzt wird, die der Differenz der Spannungsabfälle an der ersten und der zweiten Diode entspricht.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel anhand von Zeichnungen näher erläutert.

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Fig. 1 zeigt das Schaltbild einer Schaltung mit einer erfindungsgemäßen Anordnung zum Vermeiden des Verklemmens;

Fig. 2 zeigt in einem Schaltbild eine bekannte Verwendungsart der Badstufe nach Fig. 1;

Fig. 3 zeigt einen Teil des Schaltbildes der Fig. 1.

In der Anordnung nach Fig. 1 ist die Leistungsendstufe eines monolithischen integrierten Schaltungsplättchens 10, das eine Niederfrequenz- oder Tonschaltung darstellt, mit einem Lautsprecher 60 verbunden. Die strichpunktierte Linie 10 zeigt die Grenze des integrierten Schaltungsplättchens. Die Verbindung des Schaltungsplättchens mit äußeren Bauteilen erfolgt über Anschlußklemmen 12, 13 und 14. Das Substrat 11 des integrierten Schaltungsplättchens ist an der Klemme 13 mit einem auf Bezugspotential (Masse) liegenden Punkt verbunden. Die Leistungsendstufe der integrierten Schaltung wird durch Signale einander entgegengesetzter Polarität angesteuert, die von anderen Teilen des Schaltungsplättchens über interne Anschlußverbindungen T1 und T2 zugeführt werden. Das am Anschluß T1 zugeführte Signal wird auf die Basis eines als Emitterfolger geschalteten Transistors 16 gegeben. Der Kollektor des Transistors 16 ist an ein Versorgungspotential (B+) angeschlossen, und sein Emitter ist mit der Basis eines Leistungsendtransistors 18 gekoppelt. Der Kollektor des Endtransistors 18 ist an das Versorgungspotential B+ angeschlossen, und sein Emitter ist über einen Widerstand 19 ^mi"b einer Tonausgangsklemme 12 verbunden. Der Transistor 18 ist gegenüber ausgangsseitigen Kurzschlüssen durch Widerstände 22 und 24· und einen Transistor 20 geschützt. Die Widerstände 22 und 24- liegen in Reihe hintereinander zwischen dem Emitter des Transistors 16 und einer Leitung 21, die mit der Tonausgangsklemme 12 verbunden ist. Der Transistor 20 ist mit seinem Kollektor an die Basis des Transistors 16, mit seiner Basis an den Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 22 und 24· und mit seinem Emitter an die Leitung 21 angeschlossen.

Das am Anschluß T2 angelegte Signal wird auf die Basis eines Transistors 26 gekoppelt, dessen Emitter mit der Leitung 21 und dessen Kollektor mit der Basis eines als Emitterfolger geschalteten Transistors 28 gekoppelt ist. Der Kollektor des Transistors 28 ist mit der Leitung 21 verbunden, und sein Emitter ist an die Basis eines Leistungsendtransistors 58 angeschlossen. Zwischen dem Kollektor und dem Emitter des Transistors 26 liegt ein Kondensator. Der Leistungsendtransistor 38 ist mit seinem Kollektor an die Tonausgangsklemme 12 und mit seinem Emitter über einen Widerstand 39 an eine andere Ausgangsklemme 14 angeschlossen. Einen Schutz des Transistors 38 gegenüber Kurzschlüssen bringt eine zweite Schutzschaltung, die Widerstände 32 und 34 und einen Transistor 30 enthält. Die Widerstände 32 und 34 sind in Reihe hintereinander zwischen den Emitter des Transistors 28 und die Ausgangsklemme 14 geschaltet. Der Kollektor des Transistors 30 ist an die Basis des Transistors 28 angeschlossen, seine Basis ist mit dem Terbindungspunkt zwischen den Widerständen 32 und 34 gekoppelt, und sein Emitter ist mit der Ausgangsklemme 14 verbunden.

Außerhalb des integrierten Schaltungsplättchens 10 befinden sich diskrete Schaltungselemente, die mit dem Plättchen über die Klemmen 12 und 14 verbunden sind. Ein Koppelkondensator 48 koppelt Ausgangssignale von der Tonausgangsklemme 12 auf die Primärwicklung eines Ausgangs- oder Endtransformators 50. Das andere Ende der Primärwicklung des Transformators 50 ist mit der Ausgangsklemme 14 gekoppelt. Die Sekundärwicklung des Transformators 50 ist mit der Spule eines Lautsprechers 60 gekoppelt.

In der Fig. 1 erkennt man, daß der Widerstand 39 mit dem Widerstand 34 und dem Emitter des Transistors 30 verbunden ist. Bei der dargestellten Ausführungsform der integrierten Schaltung ist diese Verbindung nicht durch einen herkömmlichen metallischen Leiter auf der Oberfläche des Schaltungsplättchens gebildet sondern einen "Tunnel" 35 aus p⁺-leitendem Halbleitermaterial. Die Verwendung dieses Tunnels ist im vorliegenden Fall

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"bedingt durch die komplizierte Yerschlungenheit der metallischen Leiter auf der Oberfläche des integrierten Schaltungsplättchens 10. Der Tunnel 35 liegt räumlich in der Nähe zur n⁺-Kollektorzone des npn-Transistors 38 und erfüllt neben der zu schaffenden Verbindung noch eine zweite zusätzliche Funktion, wie es weiter unten beschrieben wird.

Die Anordnung nach Fig. 1 enthält ferner zwei Dioden 40 und 44 und einen Kondensator 42. Venn man diese Elemente vorübergehend wegdenkt und sich die Klemme 14 mit der Klemme 13 verbunden denkt, dann hat man eine typische Anordnung gemäß dem Stand der Technik, wie sie in Fig. 2 gezeigt ist. Bei dieser Schaltungsweise kann sich der Transistor 38 bei starken Signalen, die den Transistor in den nichtlinearen Bereich treiben, "verklemmen". Der Transformator 50 kann unter diesen Bedingungen einen großen negativen Spannungsimpuls entwickeln, der über die Klemme 12 auf den Kollektor des Transistors 38 zurückschlägt. Der negative Spannungsimpuls erreicht die n⁺-leitende Kollektorzone des npn-Transistors 38 und treibt diesen Transistor in Richtung auf und unterhalb des Massepotentials (0 Volt). Venn die η -Kollektorζone ein Potential von etwa -0,5 Volt erreicht, dann bildet n⁺-Kollektor zwei Dioden, eine mit dem naheliegenden p⁺- Tunnel 35 und die andere mit dem Substrat des integrierten Schaltungsplättchens, und beide Dioden liegen durch die Verbindungen an der Klemme 13 und 14 auf Massepotential. Diese Dioden beginnen zum angesprochenen Zeitpunkt zu leiten, und der durch den negativen Spannungsimpuls erzeugte Strom schlägt über den vom n⁺—Kollektor des Transistors 38 und dem Substratmaterial gebildeten Diodenübergang, der in Fig. 2 durch die Diode D¹ dargestellt ist. Dieser Strom, der einen Betrag in der Größenordnung von 600 Milliampere hat, strömt in das Substrat in Form negativ geladener Minoritätsträger, wie es mit dem Pfeil e in Fig. 2 gezeigt ist. Der Stromfluß reduziert das Ausgangssignal des Transistors 38 auf einen Bruchteil seines vorherigen Verts. Da die Minoritätsträger negativ geladen sind, suchen sie einen Veg zu einem positiven Potential, im vorliegenden Fall

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zum Versorgungspotential B+. Die Minoritätsträger fließen also durch das Substratmaterial zu anderen Bereichen des integrierten Schaltungsplättchens 10, wo sie andere Schaltungen auf dem Plättchen in den verklemmten Zustand bringen können, so daß diese Schaltungen ebenfalls unwirksam werden. Es ist bekannt, daß starke Stromstöße dieses Typs unter den ungünstigsten Verklemmungsbedingungen den Transistor 38 zerstören und den das Versorgungspotential B+ führenden Leiter zum Schmelzen bringen können.

Das bei der bekannten Ausführungsform auftretende Problem der Verklemmung wird bei der Anordnung nach Fig. 1 durch die Einfügung der Dioden 4-0 und 44 und des Kondensators 42 vermieden. Die Diode 4-0 ist mit ihrer Anode an die Klemme 14 und mit ihrer Kathode an Masse angeschlossen. Der Kondensator 42 ist parallel zur Diode 40 geschaltet. Die Diode 44 ist zwischen die Klemmen 12 und 14 geschaltet, wobei ihre Anode an der Klemme 14 und ihre Kathode an der Klemme 12 liegt.

Im Betrieb wird die Diode 40 durch den Emitterstrom (Signal- und Ruhestrom) des Transistors 38 im leitenden Zustand gehalten. Die Diode 40 hält daher die Klemme 14 um das der Durchlaßspannung einer Diode entsprechende Maß (1 Diodenspannungsabfall, etwa +0,6 Volt) oberhalb des Massepotentials. Der Kondensator 42 bildet für Signalfrequenzen einen Nebenschluß von der Klemme 14 nach Masse und glättet außerdem die Gleichspannung an der Klemme 14. Da die Diode 40 die Klemme 14 auf einem Potential oberhalb des Massepotentials des Substrats hält, kann der Kondensator 42 mit kleinerem Kapazitätswert ausgelegt sein als im Falle der weiter oben erwähnten US-Patentanmeldung, wo die vom Kondensator gespeicherte Ladung diese Funktion erfüllte. Da außerdem die Spannung an der Klemme 14 wegen der Wirkung der Diode weder höher noch niedriger als ungefähr +0,6 Volt werden kann, arbeiten die Endtransistoren über einen festen Spannungsbereich zwischen dem an der Klemme 14 herrschenden Wert und dem Versorgungspotential B+. Dies ist bei der weiter oben erwähnten

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Anordnung nicht der Fall, wo sich die Konden sat or spannung und somit die Spannung an der Klemme 14 je nach den Ansteuerbedingungen des Endtransistors zwischen O und ungefähr 1 YoIt ändern kann.

Wenn dem Transformator 50 ein weit ausschlagendes Signal angelegt wird und dies zur Entwicklung eines negativen Spannungsimpulses an der Klemme 12 führt, wird der Impuls durch die Leitfähigkeit der Diode 44 abgeführt. Die Diode 44 beginnt zu leiten, wenn der Spannungsimpuls an ihrer Kathode einen Wert erreicht, der gleich dem Spannungswert an ihrer Anode (d.h. der Spannung an der Klemme 14) minus dem DurchiaßSpannungsabfall an der Diode 44 ist. Dies ist in Fig. 3 näher veranschaulicht.

Die Fig. 3 zeigt unter Verwendung der gleichen Bezugszahlen einen Teil der Anordnung nach Fig. 1. Wenn der negative Spannungsimpuls an der Kathode der Diode 44 einen Wert erreicht, der zum Spannen der Diode 44 auf Durchlaß ausreicht, fließt induktiver Strom I₁ durch die mit der Diode 44, dem Kondensator 48 und der Er imärwicklung des Transformators 50 gebildeten Schleife. Diese I-r-Stromschleife geht über keines der Elemente der integrierten Schaltung, insbesondere nicht über den Transistor 38. Der negative Spannungsimpuls wird also eliminiert, ohne irgendwelche Elemente der integrierten Schaltung schädigen zu können.

Außerdem enthält die I-j--Stromschleife weder die Diode 40 noch den Kondensator 42. Die Impedanz dieser Elemente wird durch den I-jy-Strom nicht beeinflußt, womit sichergestellt ist, daß sie weiterhin den Spannungspegel an der Klemme 14 auf dem durch die Diode 40 festgelegten Maß von +0,6 YoIt halten.

Das Fließen des Stroms I-r über die Diode 44 führt zu einem Spannungsabfall an dieser Diode, wie er mit dem Pfeil Υπ/μ^ angedeutet ist. Der Spitzenwert des Stroms I^ ist bekannt, und für die Diode 44 kann ein entsprechendes, diesen Strom aushaltendes Exemplar gewählt werden. Außerdem kann die Diode 44 so

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ausgesucht werden, daß die an ihr abfallende Spannung Vj,,._f] ausreicht, den negativen Spannungsausschlag an der Kathode der Diode 44 so klein zu halten, daß ein Verklemmen der Schaltung verhindert wird. Der negative Spannungsausschlag TL an der Kathode der Diode 44 läßt sich durch folgende Gleichung ausdrücken:

⁷L - ^VD40 " ^VD44'

wobei Vj)UQ ^der konstante Spannungsabfall an der Diode 40 ist. Ein Verklemmen der Schaltung kann beispielsweise vorkommen, wenn Vj- einen Wert von -0,5 Volt erreicht, bei welchem der Diodenübergang zwischen dem n⁺-Kollektor des Transistors 38 und dem Substratmaterial auf Durchlaß vorgespannt wird. Es sollte also verhindert werden, daß V^ diesen Wert von -0,5 Volt erreicht. Bei der Ausfuhrungsform nach Fig. 3 beträgt der konstante Spannungsabfall Vjj^q an der Diode 40 ungefähr +0,6 Volt, und die Diode 44 ist so ausgesucht, daß an ihr eine Spannung von maximal 1 Volt fällt. Somit ist

V_L = +0,6 - 1,0 = -0,4 Volt,

also geringer als der Vert von -0,5 Volt, bei welchem eine Verklemmung eintreten kann.

Die "Vernichtung" des negativen Spannungsimpulses an der Klemme 14 wird noch vervollständigt durch die Wirkung des effektiven Diodenübergangs, der durch den n⁺-Kollektor des Transistors 38 und den nahe beiliegenden Tunnel 35 aus p⁺-Material gebildet ist, wie es weiter oben beschrieben wurde. Die Spannung von +0,6 Volt, die an der Klemme 14 durch die Diode 40 und den Kondensator 42 aufrechterhalten wird, liegt auch am p⁺-Tunnel 35· Dies bedeutet, daß der effektive Diodenübergang, der vom p⁺-Tunnel 35 und dem η -Kollektor des Transistors 38 gebildet ist, auf Durchlaß vorgespannt zu werden beginnt, wenn der negative Spannungsimpuls die Spannung am Kollektor des Transistors 38 auf ungefähr 0 Volt reduziert hat. Die Beifügung "ungefähr" ist hier gerechtfertigt,

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weil der p⁺-Tunnel nicht in direkter körperlicher Berührung mit dem η -Tunnel ist sondern nahebei in der gleichen Epitaxial-Wanne liegt, in welcher der Transistor 38 gebildet ist. Ein solcher Bereich aus Epitaxial-Material trennt die beiden Halbleiterzonen der effektiven Diode, wodurch diese Diode naturgemäß schlechtere Leitungseigenschaften hat als die Diode 40 oder 44. Wenn die Spannung am Kollektor des Transistors 38 mehr und mehr negativ wird, wird die effektive Diode mehr und mehr leitend, um einen Teil der Ladung des negativen Spannungsimpulses zu zerstreuen.

Die erwähnte effektive Diode ist in der Fig. 3 gestrichelt als Diode D" dargestellt. Da die Diode D'^r durch den vom negativgerichteten Spannungsimpuls verursachten Strom in Durchlaßrichtung vorgespannt wird, reagiert der p⁺-Tunnelbereich mit der Injektion positiv geladener Minoritätsträger (Löcher) in das umgebende Material der Epitaxial-Wanne. Da diese Minoritätsträger positiv geladen sind, fließen sie zu einem niedrigeren Potential, im vorliegenden Fall also in das auf Massepotential liegende Substrat, das sich unter der Epitaxial-Wanne befindet. Dieser Minorität s träger fluß ist durch den Pfeil h in Fig. 3 angedeutet. Sobald die Minoritätsträger das Substrat erreichen, werden sie ohne schädliche Nebenwirkung als Massestrom weggeleitet und fließen am Ende in den an der Klemme 13 gebildeten Masseanschluß der Versorgung sspannungsquelle der integrierten Schaltung. Auf diese Weise ergänzt die effektive Diode D" die Wirkung der Diode 44, um induktiv erzeugte negative Spannungsimpulse an der Klemme 12 zu zerstreuen, bevor die vom Kollektor des Transistors 38 und dem Substrat gebildete effektive Diode in Durchlaßvorspannung geraten und eine Verklemmung in der integrierten Schaltung hervorrufen kann.

Es sei noch erwähnt, daß jede ρ -Zone, die nahe der Kollektorzone des Transistors 38 liegt und auf das gleiche Vorspannungspotential wie die Klemme 14 gerät, die p⁺-Zone einer effektiven Diode bilden kann, die in der gleichen Weise wie die Diode D" in Fig. 3 funktioniert.

Claims

-'··-' ρατΈντ-Α-νwAlte 3 1 Ο 7 5 3 6

DR. DIETER V. BEZOLD

DIPL. ING. PETER SCHÜTZ

DIPL. ING. WOLFGANG HEUSLER

MARIA-THEHESIA-STRASSE 22 POSTFACH 86 O6 68

D-8OOO MUENCHEN 86

,_ · TELEFON 089M7 69 06

RCA 74- 856 Ks/Ei X₇₆₈₁₉

U.S. Serial No: 125,647 ab sept, mo, 4706006

Piled: February 28, I98O TELEXs₂₂₆₃₈

·' » ^ TELEGRAMM SOMBEZ

RCA Corporation
New York, E.X., V. St.v.A.

Schaltungsanordnung zum Ansteuern induktiver Lasten

Patentansprüche

Als Leistungsendstufe zum Ansteuern einer induktiven Last verwendbare Schaltungsanordnung mit einem Transistor, der eine Basiselektrode zum Empfang eines Steuersignals und eine zweite und dritte Elektrode enthält, zwischen denen sich die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors befindet, ferner mit einer Einrichtung zum Koppeln der induktiven Last zwischen die zweite und dritte Elektrode des Transistors, sowie mit einer ersten Diode, deren erste Elektrode mit der dritten Elektrode des Transistors und deren zweite Elektrode mit einem Bezugspotential gekoppelt ist und die so gepolt ist, daß sie den Kollektor-Emitter-Strom des Transistors zwischen der dritten Elektrode des Transistors und dem Hassepotential leitet und die im leitenden Zustand eine erste Potentialdifferenz zwischen ihrer ersten und ihrer zweiten Elektrode bewirkt, dadurch gekenn-

ZUGELASSEN BEIM EUROPÄISCHEN PATENTAMT · PROFESSIONAL REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE

POSTSCHECK MÖNCHEN NR. 6 9148-800 · BANKKONTO HYPOBANK MÖNCHEN (BLZ 700 200 40) KTO. 60 60 25 73 78 SWIFT HYPO DE MM

zeichnet , daß zur Verhinderung des Eintretens eines verklemmten Zustandes in der Schaltungsanordnung infolge eventueller, von der induktiven Last entwickelter Spannungsimpulse eine zweite Diode (44-) vorgesehen ist, deren erste Elektrode (Anode) mit der dritten Elektrode (Emitter) des Transistors (38) gekoppelt ist und deren zweite Elektrode (Kathode) mit der zweiten Elektrode (Kollektor) des Transistors gekoppelt ist und die so gepolt ist, daß sie Strom von der dritten Transistorelektrode zur zweiten Transistorelektrode leiten kann, und die im leitenden Zustand eine zweite Potentialdifferenz zwischen ihrer ersten und ihrer zweiten Elektrode "bewirkt, und daß die zweite Diode und die induktive Last (50) eine Schleife "bilden, um Strom zu leiten, der von den erwähnten Spannungsimpulsen an der zweiten Transistorelektrode erzeugt wird, und daß die zweite Diode (44) leitend wird, wenn der Pegel der Spannungsimpulse höher ist als die Differenz zwischen der ersten und der zweiten Potentialdifferenz.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor (38) auf einem monolithischen integrierten Schaltungsplättchen (10) gebildet ist, das ein Halbleitersubstrat (11) eines ersten Leitungstyps enthält, welches leitend mit dem Bezugspotential (Masse) verbunden ist; daß die dritte Transistor elektrode ein mit einer ersten Klemme (14-) des Schaltungsplattchens gekoppelter Emitter und die zweite Transistorelektrode ein Kollektor ist, der von einem dem ersten Leitungstyp entgegengesetzten Leitungstyp ist und mit einer zweiten Klemme (12) des Schaltungsplattchens verbunden ist, so daß dieser Kollektor und das Substrat einen Diodenübergang (D¹) bilden; daß die erste und die zweite Diode (4-0 und 44-) außerhalb des integrierten Schaltungsplattchens angeordnet sind; daß die von der induktiven Last an der zweiten Klemme entwickelten Spannungsimpulse die zweite Diode bei einem ersten Schwellenwert leitend machen, der vom Spannungsimpuls vor einem zweiten Schwellenwert erreicht wird, welcher zur Durchlaß-Vorspannung des besagten Diodenübergangs ausreicht.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Diode (44) mit der induktiven Last (50) eine Schleife bildet, um vom Spannungsimpuls in der Schleife resultierenden Strom außerhalb des integrierten Schaltungsplättchens zu leiten.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schwellenwert im wesentlichen gleich der Differenz zwischen dem Potential an der ersten Klemme und dem Durchlaßspannungsabfall der zweiten Diode ist, und daß der zweite Schwellenwert im wesentlichen gleich der Differenz zwischen dem Bezugspotential und dem DurchiaßSpannungsabfall des vom Kollektor und vom Substrat (102) gebildeten Diodenübergangs ist.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb des integrierten Schaltungsplättchens (10) parallel zur ersten Diode (40) ein Kondensator (42) angeordnet ist und daß auf dem integrierten Schaltungsplättchen in dichter Nähe des Kollektors des Transistors 38 eine mit der ersten Klemme (14) gekoppelte Halbleiterζone (35) vorgesehen ist, die mit dem Kollektor einen zweiten Diodenübergang (D") bildet, der von den Spannungsimpulsen in Durchlaßrichtung vorgespannt wird, wenn die Spannungsimpulse einen dritten, vor dem zweiten Schwellenwert erreichten Schwellenwert erreichen.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Schwellenwert im wesentlichen gleich dem Bezugspotential ist.