DD143190B1

DD143190B1 - Dynamisch gesteuerter schwellwertschalter

Info

Publication number: DD143190B1
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: 1982-12-29
Also published as: SE8003938L; CS312480A1; DD143190A1; CS245253B1; GB2053605A; DE3007030A1

Description

30. 03. 1982 El 210-Fe/Kr

-Ί-

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 Verschiebung 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 ergibt sich das aus dem angeführten hohen S.perrstrom und

der. Vorbelastungsfrequenz sowie aus dem im niederohmigen Z.ustand 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 Schaltelementes vom hochohmigen in den niederohmigen Zustand unter Beibehaltung seiner Kennwerte bzw. Arbeitspunkte über eine Impulsansteuerung wahlweise auszulösen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daßdem Ansteuerimpulse erzeugenden Generator eine Impulsformerstufe nachgeschaltet ist, welche eine erste, wirksame Impulsbreiten kleiner und eine zweite, wirksame Impulsbreiter größer als die Verzögerungszeit des Schaltelementes festlegende Einstellung aufweist*

Ausfunrungsoeispiel

Ід der Zeichnung zeigen?

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

.Figur 2ϊ das Schaltbild eines dynamisch gesteuerten Schwellwertschalters,

Figur 3: ein weiteres Schaltbild dieses Schwellwertschalters und

Figur 4- und 5:

Sparmungs-Zeit-Funktionen innerhalb des dynamisch gesteuerten Schwellwertschalter in Abhängigkeit der Werte der Steuergröße·

Gemäß Figur 2 besteht der erfindungsgemäße Schwellwertschalter aus der Reihenschaltung eines Schaltelementes S amorphen Halbloitermaterials, eines Meßwiderstandes R«., eines Generators G und eines Widerstandes R^. Ein Kondensator C überbrückt die Reihenschaltung von Schaltelement S und Meßwiderstand Rßj· 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 Schwellspannung Ug für das Umschalten in den Zustand hoher Leitfähigkeit liegen· Hierbei ist die Zeit, in welcher sich die Amplitude des Spannungsverlaufes U^ oberhalb oder nahe der Schwellspannung Ug befindet, als die wirksame Impulsbreite t,- bezeichnet· Die Ansteuerimpulse liegen über den Widerstand R«. am Schaltelement S gemäß dem Spannungsverlauf Ug der Fig· 1 an· Nach Erreichen der Schwellspannung Ug am Schaltelement S vergeht die Verzögerungszeit t₂ bis zur Umschaltung in den niederohmigen Zustand (Umschaltzeit t,), die mit einem Anstieg des durch .das Schaltelement S fließenden Stromes I₁₃, gemäß Figur 1 gekennzeichnet ist· Nach Ablauf der Zeit t* geht das Schaltelement S infolge des Abfallens des Spannungsverlaufes U_G innerhalb einer Rückschaltzeit t₆ in den hoch-

ohmigen Zustand zurück. Die genannten Abläufe setzen voraus, daß der Kondensator C von der Reihenschaltung des Meßwiderstandes R_M 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 Ujj in Pig· 4). Die soeben beschriebenen Spannungsverläufe der Figur 1 sind im oberen Teil der Figur 4 als Zusammenstellung gezeigt· Hierbei ist die wirksame Impulsbreite te größer als die Verzögerungszeit tg· 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 R^ angeschaltet gemäß Figur 2. Dies würde beim oben genannten Einsatzbeispiel einer nichtgedrückten Taste entsprechen. Der Spannungsverlauf IL, der Ansteuerimpulse liegt dann als Spannungsverlauf U™ entsprechend Figur 5 am Schaltelement S an· Der Kondensator C verringert in Verbindung mit dem Widerstand R™ 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 te auf einen Wert, der unter der elementspezifischen Verzögerangszeit tp liegt. Bei geeigneter Wahl des Kondensators G wird durch die Zeitverschiebung nicht nur die Verzögerungszeit tp sondern auch die Schwellspannung Ug unterschritten. Das Schaltelement S kann nicht in den niederohmigen Zustand umschalten, die Ansteuerimpulse des Generators lösen keine Impulse am Auseane A aus«

Eine andere Ausführung des'erfindungsgemäßen Schwellwertschalters ist in Figur 3 gezeigt· Die Impulsformerstufe RV, C ist als Parallelschaltung ausgeführt, welche die Reihenschaltung von Schaltelement S, Meßwiderstand R^ 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 Ug am Schaltelement S und damit eine wirksame Impulsbreite tr, die größer als die Verzögerungszeit to des Schaltelementes S ist (zweite Einstellung der Impulsformerstufe Ry, C)· Die Abschaltung des Kondensators C ergibt den kleineren Anstieg des Spannungsverlaufes Ug am Schaltelement S und damit eine wirksame Impulsbreite te, die kleiner als die Verzögerungszeit t~ 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_G der Ansteuerimpulse der durchfließende Strom unter einem Haltewert absinkt«

Mittels der beschriebenen Schaltungsanordnung werden die Arbeitspunkte eines Schaltelementes auf der Grundlage amorphen Halbleitermaterials durch thermische Überlastung nicht verschoben, seine Lebensdauer ist dadurch größer. Die zu 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

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 dem Generator (G) eine Impulsformerstufe (Ry₁C) nachgeschaltet ist, welche eine erste, wirksame Impulsbreiten (te) kleiner und eine zweite, wirksame Impulsbreiten (te) größer als die Verzögerungszeit (tg) des Schaltelementes (S) festlegende Einstellung aufweist·
2. Dynamisch gesteuerter Schwellwertschalter nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (Ry) der Impulsformerstufe (Ry,C) zwischen dem Generator (G) und dem Schaltelement (S) eingeschaltet ist und mit diesen (G, S, R_M) eine Reihenschaltung (G, Ry, S, R^) bildet und der Kondensator (C) der Impulsformerstufe (Ry, C) an die Reihenschaltung des Schaltelementes (S) und des Meßwiderstandes (R_M) anschließbar ist, wobei der angeschlossene Kondensator (C) der ersten Einstellung der Impulsformerstufe (Ry, C) und dessen Abschaltung der zweiten Einstellung derselben entspricht.

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