CH402943A - Verfahren zum Betrieb einer Torschaltung zur Speisung einer induktiven Belastung und Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens - Google Patents

Description

  Verfahren zum Betrieb einer Torschaltung zur Speisung einer induktiven Belastung  und Einrichtung zur Durchführung dieses     Verfahrens       Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren  zum Betrieb einer Torschaltung zur Speisung einer  induktiven Belastung mit Stromimpulsen über die       Kollektor-Emitterstrecke    eines Transistors in Ab  hängigkeit eines der Basis des     Transistors    durch eine       Steuersignalquelle    angelegten Steuersignals sowie dem  Kollektor des Transistors in der Sperrichtung zuge  führten Spannungsimpulsen, wobei die induktive Be  lastung in den     Emitterkreis    des Transistors geschaltet  ist.  



  Eine derartige Torschaltung bietet den Vorteil,  dass der Transistor als impulsgespeister     Emitterver-          stärker    mit kleiner Ausgangsimpedanz und grosser  Eingangsimpedanz wirkt. Sie ist deshalb besonders  vorteilhaft und wird mit einer     ohmischen    oder     kapazi-          tiven    Belastung sehr oft verwendet. Sie wäre auch  besonders vorteilhaft für die Steuerung von magneti  schen Speicherelementen, da diese Steuerung mit  Hilfe von Wicklungen mit einer beschränkten Anzahl  Windungen geschieht und deshalb ansehnliche Ströme  erheischt.

   Leider bilden diese Wicklungen induktive  Belastungen,     über,die    die Vorderflanke des     Kollektor-          Speiseimpulses    eine scharfe     Gegenspannungsspitze     erzeugt, wodurch der     Emitter    des Transistors in bezug  auf seine Basis unter Umständen in .die Sperrichtung  polarisiert werden kann, so dass der Transistor trotz  der Anwesenheit eines vorwärtsgerichteten Basis  Steuersignals unmittelbar wieder gesperrt wird  Eine auf der Hand liegende Lösung dieser Schwie  rigkeit besteht darin,

   die Amplitude des der Basis  zugeführten Signals grösser zu wählen als die Ampli  tude der über der Belastung durch die     Stromimpulse     erzeugten     Gegenspannungsirnpulse.    Dadurch wird  jedoch die maximal zulässige     Transistor-Verlustlei-          stung    sehr rasch überschritten, so dass diese Lösung  meistens nicht anwendbar ist und/oder zur Verwen-         dung    von verhältnismässig langsamen Transistoren mit  hoher Verlustleistung führt, wobei die Steuerung  selbst auch eine ansehnliche Leistung erfordert.  



  Die Erfindung hat zum Ziel, diesen Nachteil des  impulsgespeisten     Emitter-Verstärkers    zu beheben, um  dessen Verwendung in Verbindung mit einer induk  tiven Belastung zu erleichtern oder sogar in manchen       Fällen    überhaupt möglich zu machen.  



  Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch ge  kennzeichnet, dass die     Steuersignalquelle    der Basis des  Transistors einen Steuerstrom zuführt, der grösser ist  als der dem Sättigungswert des     Kollektorstromes    des  Transistors entsprechende Basisstrom, so dass ein       Überfluss    von freien Ladungsträgern in der Basiszone  des Transistors erzeugt wird.  



  Die Einrichtung zur Durchführung des erfindungs  gemässen Verfahrens ist dadurch     gekennzeichnet,    dass  die     Steuersignalquelle    derart ausgebildet ist, dass die       Spannungs-Amplitude    der durch sie erzeugten Steuer  signale bedeutend kleiner ist als diejenige der dem  Kollektor in Sperrichtung zugeführten Spannungs  impulse und dass der Innenwiderstand dieser     Steuer-          signalquelle    mindestens so klein gewählt ist, dass der  durch diese Quelle der Basis des Transistors gelieferte  Strom bedeutend grösser ist als der durch den Strom  verstärkungsfaktor des Transistors dividierte Sätti  gungswert des     Kollektorstromes.     



  Wie schon erwähnt, ist das Verfahren nach der  Erfindung und die Einrichtung zur Durchführung  dieses Verfahrens für die Steuerung magnetischer  Speicherelemente besonders gut geeignet; die Infor  mation einer solchen magnetischen Speichervorrich  tung, z. B. einer magnetischen     Trommel,    wird mei  stens mit Hilfe von sogenannten Matrizen einge  schrieben und/oder abgelesen, wodurch bei jedem  Impuls einer Reihe von sogenannten Taktimpulsen      eine bestimmte Schreibe- oder     Ablesewicklung,    z. B.  die Wicklung eines bestimmten magnetischen Schreib  kopfes mittels einer Kaskade von Schaltelementen  gewählt wird.  



  Zum Schreiben muss dann ein magnetisierender  Stromimpuls über die Schaltelemente durch die ge  wählte     Schreibewicklung    geschickt werden, wobei ein       Gegenspannungsimpuls    über der     Schreibewicklung     entwickelt wird. Die Torschaltung ist in solchen Kas  kaden von Schaltelementen besonders gut geeignet.

   In  einer Kaskade von zwei Schaltelementen ergibt sich  damit noch der Vorteil, dass die Elemente jeder  Reihenkombination von zwei Schaltelementen durch  Transistoren desselben Leitungstyps gebildet sein  können, indem einer der Transistoren als mit     Kollek-          torimpulsen    gespeister     Emitter-Verstärker    und der  andere mit geerdetem     Emitter    geschaltet ist.  



  Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an  Hand der Zeichnung näher erläutert, worin:       Fig.    1 das     Prinzip-Schaltbild    eines Teiles einer  Matrize mit Torschaltung ist,       Fig.    2 das Schaltbild der Reihenkombination zweier  Schaltelemente dieser Matrize ist; und       Fig.    3 Strom- und     Spannungs-Zeitdiagramme    an  verschiedenen Punkten dieser Reihenkombination  veranschaulicht.  



  Die     Fig.    1 zeigt das Prinzip-Schaltbild eines Teiles  einer Matrize zur Wahl eines Schreibkopfes aus einer  Anzahl Schreibköpfe 111, 112...l21, 122...131,  <B>132</B> ... Diese Schreibköpfe werden z. B. benutzt, um  eine Information in der Form eines magnetischen  Zustandes eines bestimmten Teiles einer magnetischen  Trommel     aufzuzeichnen.        Dazu    muss     durch    den gewähl  ten Schreibkopf     einAufzeichnungsimpuls        geschicktwer-          den.    Die Schreibköpfe werden mittels zweier kreuz  weise angeordneter Reihen von Schaltelementen ge  wählt.

   Diese Schaltelemente sind Transistoren des       P-N-P-Types,    wobei die Transistoren 1, 2, 3 ... der  einen Reihe als     Emitter-Verstärker        mit    Kollektor  speisung geschaltet sind, während die Transistoren 11,  12, 13 usw. der anderen Reihe mit geerdetem     Emitter     geschaltet sind. Alle Transistoren werden basisge  steuert. Der Schreibkopf 132 wird z.

   B. dadurch  gewählt,     dass    die Transistoren 13 und 2 durch Anlegen       eines    negativen Impulses an ihre bezüglichen Basis  elektroden leitend gemacht werden, so dass ein nega  tiver Impuls, welcher gleichzeitig     an    die     Kollektor-          elektroden    aller Transistoren 1, 2, 3 usw. der ersten  Reihe angelegt wird, über die     Kollektor-Emitter-Strek-          ken    der Transistoren 2 und 13 durch die Spule 132  und eine damit in Reihe geschaltete Diode 132' fliesst.  



  Die     Fig.2    zeigt das vollständige Schaltbild der  Reihenkombination der Transistoren 2 und 13 und  der Schreibspule 132 mit der Diode 132'. Der Tran  sistor 13 wird direkt durch eine Quelle negativer       Impulse    gesteuert, die über einen Widerstand 213  von z. B. 1,2     kQ    an seine Basis angeschlossen ist.  Sein     Emitter    liegt an einem Punkt festen Potentials  von z.

   B. + 12,5 V und das Potential des Ausganges  der     Steuerimpulsquelle    schwankt zwischen + 15 V,    wobei der Transistor 13 gesperrt ist, und + 5 V, wo  bei ein Strom von zirka 6     mA    zwischen der     Emitter-          und    der Basiselektrode des Transistors 13 und über  den Widerstand 213 fliesst. Der Transistor 13 ist vom  Typ     0C    76, welcher bei einem Basisstrom von 5     mA     bereits gesättigt ist.  



  Der Transistor 2 ist ebenfalls vom Typ<B>0C76.</B>  Der Basis des Transistors 2 wird ein Steuerstrom von  mindestens 20     mA        zugeführt,    so dass dieser Transi  stor sehr stark gesättigt ist und ein     überfluss    von  freien Ladungsträgern in seiner Basiszone aufgespei  chert wird. Zu diesem Zweck wird dieser     Transistor     über einen Steuertransistor 22 gesteuert.

   Der Tran  sistor 22 ist basisgesteuert wie der Transistor 13, je  doch über einen Widerstand 27 von 3,3     kQ.    Sein  Kollektor ist geerdet über einen Widerstand 24 von  390     S.    und sein     Emitter    speist die Basis des Tran  sistors 2 über einen Widerstand 23 von 220     P    und  eine damit in Reihe geschaltete     Induktivität    25, wel  che durch     eine    in bezug auf den     Emitterstrom    des  Transistors 22 in der Sperrichtung geschaltete Diode  26 überbrückt ist.  



  Die     Fig.    3     zeigt    Strom- und     Spannungszeitdia-          gramme    an verschiedenen Punkten der Reihenkom  bination der     Fig.    2. Die erste Zeile dieser Figur zeigt  einen negativen Stromimpuls 1c2, angelegt an den  Kollektor des Transistors 2. Die zweite Zeile zeigt einen  Wahlimpuls     Vbl3-Vb22,    welcher gleichzeitig über  den Widerstand 213 an die Basis des Transistors 13  und über den Widerstand 27 an die Basis des Tran  sistors 22 angelegt wird. Die dritte Reihe zeigt den  dadurch hervorgerufenen Stromimpuls     Ibl3-Ib22    im       Basis-Emitter-Kreis    des Transistors 13 bzw. im Basis  kreis des Transistors 22.  



  Wie ersichtlich, soll der Schreibspule 132 ein  Stromimpuls von     150mA    zugeführt werden. Die  Amplitude der Steuerimpulse beträgt 10 V (+ 15 V  nach + 5 V) und der Basisstrom des Transistors 13  erreicht einen Wert von 6     mA,    der sich aus der Span  nungsdifferenz zwischen     Emitter    (+ 12,5 V) und       Steuerpunkt    (+ 5 V) und aus dem Wert des Wider  standes 213 ergibt. Der Eigenwiderstand der Basis  Emitter-Strecke des Transistors 13 ist klein in bezug  auf den Widerstand 213.  



  Der durch den Transistor 22 verstärkte Steuer  impuls<I>1b2,</I> zugeführt an die Basis des Transistors 2,  ist auf der fünften Zeile der     Fig.    3 dargestellt. Der  Basisstrom des Transistors 2 erreicht schnell einen       Wert    von 20     mA,    so dass dieser Transistor stark ge  sättigt ist. Im Augenblick des Eintreffens des nega  tiven Impulses an den Kollektor des Transistors 2  sind beide Transistoren 2 und 13 stark leitend. Die  Diode 132' ist in bezug auf diesen Stromimpuls in  der     Durchlassrichtung    geschaltet, so dass die Vorder  flanke des Stromimpulses     1c2    ungehindert an den  Klemmen der eine induktive Belastung bildenden  Schreibspule 132 wirksam ist.

   Durch diese Vorder  flanke wird dementsprechend eine scharfe und hohe       Gegenspannungsspitze    über dieser Spule erzeugt. Diese  Spitze ist auf der vierten Zeile     (Ve2)    der     Fig.    3 dar-      gestellt und erreicht bei einer     Induktivität    der Spule  132 von 0,2     mH    einen Wert von zirka 35 V.

   Dadurch  wird der     Emitter    des Transistors 2 vorübergehend  stark negativ     in    bezug auf dessen Basis, so dass dieser  Transistor wieder     gesperrt    wäre, falls     seine    Basiszone  nicht einen     überfluss    von freien Ladungsträgern  enthalten     würde.    Dank dieses Überflusses von freien  Ladungsträgern verursacht das zeitweise     Wiederun-          terbrechen    des Basisstromes des Transistors 2 keine  Unterbrechung des Stromimpulses durch die in Reihe  geschalteten Transistoren 2 und 13 durch die Schreib  spule 132 und ihre Diode 132'.

   Diese zeitweise Unter  brechung ist auf der fünften Zeile der     Fig.    3 ersicht  lich und der Stromimpuls 1132 durch die Spule 132  ist auf der letzten Zeile dieser Figur dargestellt. Wäh  rend der negativen Spannungsspitze am     Emitter    des  Transistors 2 wird der Strom für den Impuls durch  die Schreibspule 132     einfach    aus der Reserve von  freien Ladungsträgern der Basiszone des Transistors 2  geschöpft.  



  Am Ende des     Stromimpulses    1c2, zugeführt an  dem Kollektor des Transistors 2, verursacht die Hin  terflanke dieses Impulses eine scharfe positive Span  nungsspitze am     Emitter    des Transistors 2,     nämlich     durch plötzliche Unterbrechung des Stromes durch die  Schreibspule 132. Diese scharfe positive Spitze     könnte     auch nach dem Ende des     Kollektor-Stromimpulses     über die     Emitter-Basisstrecke    und die Steuerimpuls  quelle geführt werden, und dadurch verkleinert wer  den, was die     Flankensteilheit    des Stromimpulses und  den Nutzeffekt der Schreibeinrichtung verschlechtern  würde.

   Die scharfe und starke     Basisstromspitze    (auf  der fünften Zeile der     Fig.    3 gestrichelt dargestellt)       wird    jedoch durch die     Induktivität    25 unterdrückt  und kann auch in dieser     Induktivität    keine Gegen  spannungsspitze erzeugen, da die     Induktivität    durch  die Diode 26 stark     geshuntet    ist. Die     Hinterflanke     des Impulses durch die     Schreibspule    132 wird dem  entsprechend sehr wenig verzerrt.  



  Die Diode 132' und die entsprechenden Dioden  ,der verschiedenen Schreibspulen der Matrize, teilweise  dargestellt auf     Fig.    1, entkoppeln die verschiedenen  Schreibspulen einer vertikalen oder einer horizon  talen Reihe in     bezug    aufeinander, so dass die durch  einen Stromimpuls über einer Schreibspule erzeugten  Spannungsimpulse keine Ströme durch die anderen  Schreibspulen verursachen können.  



  Abgesehen von der dadurch entstehenden starken  Verzerrung der Stromimpulse durch die Schreibspule  132 ist es zu beachten, dass beim zeitweisen Wieder  sperren des Transistors 2 von     Fig.    2 die Verlustlei  stung in diesem Transistor stark ansteigen würde und  den     mz        ximsl    zulässigen Wert bald überschreiten  könnte. Auch beim Steuern der Basis dieses Tran  sistors mittels einer Spannung grösserer Amplitude als  die der     Gegenspannungsspitze    über     der    induktiven  Belastung würde     dir    für den Transistor zulässige  Grenze der Verlustleistung und/oder der     Emitter-          Basisspannung    bald überschritten sein.

      Abgesehen von     der    beschriebenen Anwendung in  einer     Matrize    oder in     ähnlichen    Einrichtungen, wobei  die Erzeugung eines     Stromimpulses    durch eine induk  tive Belastung vom gleichzeitigen Auftreten zweier  Wahl- oder Steuersignale abhängig gemacht werden  muss, kann das     erfindungsgemässe    Verfahren in jedem  Fall angewendet werden, in welchem eine induktive  Belastung über     einen    als     Emitter-Verstärker    geschal  teten Transistor mit     Stromimpulsen    gespeist werden  soll.

   Die     Emitterfolgeschaltung    ist dabei öfters sehr  zweckmässig infolge ihres geringen Ausgangswider  standes und ihres hohen Eingangswiderstandes.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE I. Verfahren zum Betrieb einer Torschaltung zur Speisung einer induktiven Belastung mit Stromimpul sen über die Kollektor-Emitter-Strecke eines Tran sistors in Abhängigkeit eines .der Basis des Tran sistors durch eine Steuersignalquelle angelegten Steuer signals sowie dem Kollektor des Transistors in der Sperrichtung zugeführten Spannungsimpulsen, wobei die induktive Belastung in den Emitterkreis des Tran sistors geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuersignalquelle der Basis des Transistors einen Steuerstrom zuführt,

   der grösser ist als der dem Sätti gungswert des Kollektorstromes des Transistors ent sprechende Basisstrom, so dass ein überfluss von freien Ladungsträgern in der Basiszone des Tran sistors erzeugt wird.

   II. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuersignalquelle derart ausgebildet ist, dass die Spannungsamplitude der durch sie erzeugten Steuer signale bedeutend kleiner ist als diejenige der dem Kollektor in Sperrichtung zugeführten Spannungs impulse und dass der Innenwiderstand dieser Steuer signalquelle mindestens so klein gewählt ist, dass der durch diese Quelle der Basis des Transistors gelieferte Strom bedeutend grösser ist als der durch den Strom verstärkungsfaktor (a')

   des Transistors dividierte Sättigungswert des Kollektorstromes. UNTERANSPRÜCHE 1. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenwiderstand der Steuer signalquelle hauptsächlich durch einen in Reihen schaltung an die Basis angeschlossenen Widerstand gebildet ist, welcher den bei leitendem Transistor fliessenden Basisstrom praktisch bestimmt. 2.

   Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass im Basiskreis eine Induktivität eingeschaltet ist, welche die Basisstromspitze, hervor gerufen durch die am Ende des Stromimpulses infolge der Belastung auftretende vorwärtsgerichtete Emitter- spannungs.spitze mindestens teilweise unterdrückt. 3. Einrichtung nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, das die Basis-Induktivität durch eine in bezug auf den vorwärtsgerichteten Basisstrom in der Sperrichtung geschaltete Diode überbrückt ist. 4.

   Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die induktive Belastung zwi schen den Emitter des erstgenannten Transistors und den Kollektor eines zweiten Transistors geschaltet ist, dessen Basis mit einer zweiten Steuersignalquelle gekoppelt ist, so dass die Erzeugung eines Strom impulses durch die induktive Belastung vom gleich zeitigen Auftreten eines zweiten Steuersignals abhängig ist. 5. Einrichtung nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Emitter des zweiten Tran sistors mit einem Punkt festen Potentials verbunden ist. 6.

   Einrichtung nach Unteranspruch 4, in welcher verschiedene induktive Belastungen mit dem Kollektor des zweiten Transistors und/oder mit dem Emitter des ersten Transistors verbunden sind, dadurch gekenn zeichnet, dass in Reihe mit jeder induktiven Belastung eine Diode geschaltet ist, welche in bezug auf die der entsprechenden Belastung zuzuführenden Stromim pulse in der Durchlassrichtung gepolt ist und die durch einen Stromimpuls über dieser induktiven Belastung erzeugte Spannungsspitze daran hindert, Ströme durch die anderen induktiven Belastungen hervorzurufen.