DD143190A1

DD143190A1 - Dynamisch gesteuerter schwellwertschalter

Info

Publication number: DD143190A1
Application number: DD21317779A
Authority: DD
Inventors: Christian Dippmann; Dieter Doerfel; Joerg Troeltzsch
Original assignee: Christian Dippmann; Dieter Doerfel; Joerg Troeltzsch
Priority date: 1979-05-28
Filing date: 1979-05-28
Publication date: 1980-08-06
Also published as: DD143190B1; SE8003938L; CS312480A1; CS245253B1; GB2053605A; DE3007030A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schwellwertschalter mit einem Schaltelement aus amorphem Halbleitermaterial und einem separaten Steuerkreis. Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Schwellwertschalters auf der Grundlage eines derartigen Schaltelements mit hoher Reproduzierbarkeit und Lebensdauer seiner Schalteigenschaften. Aufgabe der Erfindung ist es, die charakteristischen Uebergaenge des Schaltelementes vom hochohmigen in den niederrohmigen Zustand unter Beibehaltung seiner Kennwerte bzw. Arbeitspunkte ueber eine Impulssteuerung wahlweise ausloesen. Erfindungsgemaess wird dies erreicht, indem die Ansteuerimpulse ueber eine Impulsformerstufe am Schaltelement mit einer wiksamen Impulsbreite anliegen, die in einer ersten Einstellung der Impulsformerstufe kleiner und in einer zweiten Einstellung groesser als die Verzoegerungszeit des Schaltelementes ist. Die Erfindung ist fuer mechanisch-elektrische Wandler von Tastschaltern, Fuer Relais und Koppler verwendbar. -Fig.2-

Description

Titel der Erfindung

Dynamisch gesteuerter Schwellwertschalter

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen durch einen separaten Steuerkreis dynamisch gesteuerten Schwellwertschalter mit einem Schaltelement aus amorphem zwischen hoher und niedriger Leitfähigkeit schaltbarem Halbleitermaterial. Er ist für mechanisch-elektrische Wandler von Tastschaltern, für Relais und Koppler sowie zum Aufbau einer Tastatur verwendbar.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Ein bekanntes sperrschichtfreies Halbleiterschaltelement wird vom Zustand niedriger in den Zustand hoher Leitfähigkeit geschaltet, indem die an ihm angelegte Impulsfolge in ihrer Frequenz bzw. Breite so lange erhöht wird, bis das Halbleiterschaltelement in den Zustand hoher Leitfähigkeit übergeht.

Die beschriebene Energiesteuerung des Halbleiterschaltelementes beruht auf der Verschiebimg des Arbeitspunktes am Schaltelement. Der durch diese Arbeitspunktverschiebung erzielte Steuereffekt des Schaltprozesses ist nicht bauelementespezifisch, da es sich hierbei um die Ausnutzung des von der Frequenz bzw. von der Impulsbreite abhängigen Neu- und Wiederholungsschaltens handelt, das mit einem thermischen Überlastungseffekt zu vergleichen ist. Insbesondere

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ergibt sich das aus dem angeführten hohen Sperrstrom und der Vorbelastungsfrequenz sowie aus dem im niederohmigen Zustand fließenden hohen Strom. Die Nutzung thermischer Überlastungseffekte ist zwangsweise mit einer Verschiebung der Schaltparameter des Schaltelementes und damit des Arbeitspunktes verbunden. Charakteristisch für diesen Belastungsfall sind erhöhte Streuungen der Kennwerte des Schaltelementes bei entsprechend unzureichender Reproduzierbarkeit und Lebensdauer der Bauelemente. Zusätzlich sei erwähnt, daß die Anwendung gesteuerter elektronischer Bauelemente in der Schaltungstechnik weitestgehend an eine mögliche Steuerung der Bauelementefunktionen durch einen getrennten Steuerkreis gebunden ist. Die Steuerung des bekannten Schaltelementes ist diesbezüglich unzweckmäßig, da eine vom Arbeitspunkt unabhängige Steuergröße mit einem separaten Steuerkreis fehlt(DE-OS 1927874).

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Schwellwertschalters auf der Grundlage eines derartigen steuerbaren Schaltelementes mit hoher Reproduzierbarkeit und Lebensdauer seiner Schalteigenschaften.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, die charakteristischen Übergänge des Schalt element es vom hoch ohmigen in den niederohmigen Zustand unter Beibehaltung seiner Kennwerte bzw. Arbeitspunkte über eine Impulsansteuerung wahlweise auszulösen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst, indem Ansteuerimpulse über eine Impulsformerstufe am Schaltelement mit einer wirksamen Impulsbreite anliegen, die in einer ersten Einstellung der Inipulsformerstufe kleiner und in einer zweiten Einstellung größer als die Verzögerungszeit des Schaltelementes ist.

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Ausführungsbeispiel

In der Zeichnung zeigen:

Figur 1: Spannungs- und Stromstärke-Zeit-Funktionen an amorphen Halbleitern,

Figur 2: das Schaltbild eines dynamisch gesteuerten Schwellwertschalters,

Figur 3: ein weiteres Schaltbild dieses Schwellwertschalters und

Figur 4 und 5:

Spannungs-Zeit-Funktionen innerhalb des dynamisch gesteuerten Schwellwertschalters in Abhängigkeit der Werte der Steuergröße.

Gemäß Figur 2 besteht der erfindungsgemäße Schwellwertschalter .aus der Reihenschaltung eines Schaltelementes S amorphen Halbleitermaterials, eines Meßwiderstandes R^, eines Generators G und eines Widerstandes Ry. Ein Kondensator C überbrückt die Reihenschaltung von Schaltelement S und Meßwiderstand Rjjß. Kondensator C und Widerstand Ry bilden eine Impulsformerstufe.

Der Generator G erzeugt Ansteuerimpulse mit dem in Figur 1 gezeigten Spannungsverlauf Uq, deren Amplituden über der für das Schaltelement S geltenden Schwell spannung Ug für das Umschalten in den Zustand hoher Leitfähigkeit liegen. Hierbei ist die Zeit, in welcher sich die Amplitude des Spannungsverlaufes Uq oberhalb oder nahe der Schwellspannung U„ befindet, als die wirksame Impulsbreite tj- bezeichnet. Die Ansteuerimpulse liegen über den Widerstand Ry am Schaltelement S gemäß dem Spannungsverlauf U^₁ der Fig. 1 an. Nach Erreichen der Schwellspannung U_q am Schaltelement S vergeht die Verzögerungszeit tp bis zur Umschaltung in den niederohmigen Zustand (Umschaltzeit t,), die mit einem Anstieg des durch das Schaltelement S fließenden Stromes 1™ gemäß Figur 1 gekennzeichnet ist. Fach Ablauf der Zeit t, geht das Schaltelement

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S infolge des Abfallens des Spannungsverlaufes Up innerhalb einer Rückschaltzeit tg in den hochohmigen Zustand zurück. Die genannten Abläufe'setzen voraus, daß der Kondensator C von der Reihenschaltung des Meßwiderstandes R._r und des Schaltelementes S abgeschaltet ist. Dies entspricht der zweiten Einstellung der Impulsformerstufe Ry, C. Bildet der Schwellwertschalter nach Figur 2 die Grundlage einer Taste, so würde der abgeschaltete Kondensator C der gedrückten Taste zwecks Erzeugung eines Impulses am Ausgang A entsprechen (Spannungsverlauf U™ in Fig. 4). Die soeben beschriebenen Spannungsverläufe der Figur 1 sind im oberen Teil der Figur 4 als Zusammenstellung gezeigt. Hierbei ist die wirksame Impulsbreite tj- größer als die Verzögerungszeit tp. Auf die Beschreibung der Vorrichtung zur An- und Abschaltung des Kondensators C wird hier verzichtet. Die An- und Abschaltung beinhaltet ebenfalls die Vergrößerung und die Verkleinerung der Kapazität bzw. die Kopplung und Entkopplung des Kondensators C.

In der ersten Einstellung der Impulsformerstufe Ry, C ist der Kondensator C an die Reihenschaltung von Schaltelement S und Meßwiderstand HL· angeschaltet gemäß Figur 2. Dies würde beim oben genannten Einsatzbeispiel einer nichtgedrückten Taste entsprechen. Der Spannungsverlauf U_& der Ansteuerimpulse liegt dann als Spannungsverlauf U-g entsprechend Figur 5 am Schaltelement S an. Der Kondensator C verringert in Verbindung mit dem Widerstand Ry den Spannungsanstieg am Schaltelement S, so daß die Schwellspannung Ug zu einem späteren und für das Schaltelement S nicht wirksamen Zeitpunkt erreicht wird. Dies bedeutet eine Verkleinerung der wirksamen Impulsbreite tj- auf einen Wert, der unter der elementspezifischen Verzögerungszeit t₂ liegt. Bei geeigneter Y/ahl des Kondensators C wird durch die Zeitverschiebung nicht nur die Verzögerungszeit't₂ sondern auch die Schwellspannung U_g unterschritt en. Das Schaltelement S

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kann nicht in den niederohmigen Zustand umschalten, die Ansteuerimpulse des Generators lösen keine Impulse am Ausgang A aus.

Eine andere Ausführung des erfindungsgemäßen Schwellwertschalters ist in Figur 3 gezeigt. Die Impialsformerstufe Ry, C ist als Parallelschaltung ausgeführt, welche die Reihenschaltung von Schaltelement S, Meßwiderst and IL, und Ausgangskreis des Generators G überbrückt. Diese Schaltungsvariante ergibt die analoge Umkehrung des für Figur 2 beschriebenen Effektes. Die Anschaltung des Kondensators C ergibt den größeren Anstieg des Spannungsverlaufes U™ am Schaltelement S und damit eine wirksame Impulsbreite tj-, die größer als die Verzögerungszeit t₂ des Schaltelementes S ist (zweite Einstellung der Impulsformerstufe Ry, G). Die Abschaltung des Kondensators C ergibt den kleineren Anstieg des Spannungsverlaufes υ_π am Schaltelement S und damit eine wirksame Impulsbreite tj-, die kleiner als die Verzögerungszeit tp des Schaltelementes S ist. Das entspricht der ersten Einstellung der Impulsformerstufe Ry, C. Die Ansteuerimpulse des Generators G lösen am Ausgang A keinen Impuls aus·

Das Schaltelement S kehrt in den hochohmigen Zustand zurück, sobald auf Grund des Spannungsverlaufs U« der Ansteuerimpulse der durchfließende Strom unter einem Haltewert absinkt.

Mittels der beschriebenen Schaltungsanordnung werden die Arbeitspunkte eines Schaitelementes auf der Grundlage amorphen Halbleitermaterials durch thermische Überlastung nicht verschoben, seine Lebensdauer ist dadurch größer. Die su steuernde Größe ist die wirksame Impulsbreite der angelegten Ansteuerimpulse, der Einfluß der Streuung der Kennwerte auf das Schaltverhalten des Schaltelementes wird daher auf einem Minimum gehalten.

Claims

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Erfindungsanspruch

1. Dynamisch gesteuerter Schwellwertschalter mit einem Schaltelement aus amorphem zwischen hoher und niedriger Leitfähigkeit schaltbarem Halbleitermaterial mit einer Verzögerungszeit beim Übergang von niedriger zu hoher Leitfähigkeit in Verbindung mit einem Ansteuerimpulse erzeugenden Generator, in dessen Ausgangskreis das Schaltelement in Reihe mit einem Meßwiderstand liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerimpulse über eine Impulsformerstufe (Ry, C) am Schaltelement (S) mit einer wirksamen Impulsbreite (tj-) anliegen, die in einer ersten Einstellung der Impulsformerstufe (Ry, C) kleiner und in einer zweiten Einstellung größer als die Verzögerungszeit (tp) des Sehaltelementes (S) ist.
2. Dynamisch gesteuerter Schwellwertschalter nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (Ry) der Impulsfonnerstufe (Ry, C) zwischen dem Generator (G) und dem ^;Schaltelement (S) eingeschaltet ist und mit diesen (G, S, Rjj) eine Reihenschaltung (G, Ry, S, R^) bildet und der Kondensator (C) der Impulsformerstufe (Ry₅ C) an die Reihenschaltung des Schaltelementes (S) und des Meßwiderstandes (Rm) anschließbar ist, wobei der angeschlossene Kondensator (C) der ersten Einstellung der Impulsformerstufe (Ry, C) und dessen Abschaltung der zweiten Einstellung derselben entspricht.

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Dynamisch gesteuerter Schwellwertschalter nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (C) und der Widerstand (Ry) der Impulsformerstufe (Ry, C) eine Parallelschaltung bilden, welche die Reihenschaltung von Schaltelement.(S), Meßwiderstand (RM) und Generator (G) überbrückt, wobei der abgeschaltete Kondensator (C) der ersten Einstellung der Impulsformerstufe (Ry, C) und dessen Anschaltung der zweiten Einstellung derselben entspricht.

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen