DD143190B1 - DYNAMICALLY CONTROLLED THRESHOLD SWITCH - Google Patents
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Description
30. 03. 1982 El 210-Fe/Kr30. 03. 1982 El 210-Fe / Kr
-Ί--Ί-
Titel der ErfindungTitle of the invention
Dynamisch gesteuerter SchwellwertschalterDynamically controlled threshold value switch
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
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·The invention relates to a dynamically controlled by a separate control circuit threshold value switch with a switching element of amorphous switchable between high and low conductivity semiconductor material. It can be used for mechanical-electrical converters of push-button switches, for relays and couplers as well as for the construction of a keyboard.
Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions
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·A known semiconductor non-blocking switching element is switched from the lower state to the high-state state by increasing the frequency or width of the pulse train applied to it until the semiconductor switching element enters the high-conductivity state.
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 undThe described energy control of the semiconductor switching element is based on the displacement of the operating point on the switching element. The control effect of the switching process achieved by this operating point shift is not component-specific, since this involves the utilization of the new and repeat switching which depends on the frequency or the pulse width and which is to be compared with a thermal overloading effect. In particular, this results from the cited high S. Sperrstrom and
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).the. Preload frequency as well as from the low current Z.ustand flowing high current. The use of thermal overloading effects is necessarily associated with a shift in the switching parameters of the switching element and thus the operating point. Characteristic of this load case are increased variations in the characteristics of the switching element with correspondingly insufficient reproducibility and service life of the components. In addition, it should be mentioned that the application of controlled electronic components in circuit technology is largely tied to a possible control of the component functions by a separate control circuit. The control of the known switching element is impractical in this regard, since an independent from the operating point control variable with a separate control circuit is missing (DE-OS 1927874).
Ziel der ErfindungObject of the invention
Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Schwellwertschalters auf der Grundlage eines derartigen steuerbaren Schaltelementes mit hoher Reproduzierbarkeit und Lebensdauer seiner Schalteigenschaften·The aim of the invention is to provide a threshold value switch based on such a controllable switching element with high reproducibility and lifetime of its switching characteristics.
Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention
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.The object of the invention is to trigger the characteristic transitions of the switching element of the high-impedance in the low-resistance state while maintaining its characteristics or operating points via a pulse control optional.
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*According to the invention, this object is achieved in that the pulse generating generator is followed by a pulse shaper, which has a first, effective pulse widths smaller and a second, effective pulse widths greater than the delay time of the switching element setting setting *
AusfunrungsoeispielAusfunrungsoeispiel
Ід der Zeichnung zeigen?ІD show the drawing?
Figur 1: Spannungs- ила. Stromstärke-Zeit-Funktionen an amorphen Halbleitern,Figure 1: Voltage ила. Current-time functions on amorphous semiconductors,
.Figur 2ϊ das Schaltbild eines dynamisch gesteuerten Schwellwertschalters,Fig. 2 shows the circuit diagram of a dynamically controlled threshold switch.
Figur 3: ein weiteres Schaltbild dieses Schwellwertschalters undFigure 3: another circuit diagram of this threshold and
Figur 4- und 5:FIGS. 4 and 5:
Sparmungs-Zeit-Funktionen innerhalb des dynamisch gesteuerten Schwellwertschalter in Abhängigkeit der Werte der Steuergröße·Saving time functions within the dynamically controlled threshold value depending on the values of the control variable ·
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 ·According to FIG. 2, the threshold value switch according to the invention consists of the series connection of a switching element S of amorphous half-collector material, a measuring resistor R ", a generator G and a resistor R 1. A capacitor C bridges the series connection of switching element S and measuring resistor Rssj · capacitor C and resistor Ry form a pulse shaper stage ·
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 UG innerhalb einer Rückschaltzeit t6 in den hoch-The generator G generates drive pulses with the voltage curve Uq shown in FIG. 1, the amplitudes of which lie above the threshold voltage Ug applicable for the switching element S for switching to the high-conductivity state. Here, the time in which the amplitude of the voltage curve U 1 is above or near the threshold voltage Ug, as the effective pulse width t, - denotes · The drive pulses are across the resistor R «. After reaching the threshold voltage Ug at the switching element S, the delay time t 2 elapses until it is switched to the low-resistance state (switching time t 1), which rises with the current flowing through the switching element S. Current I 13 , according to FIG. 1 is characterized. After the time t * has elapsed, the switching element S, as a result of the drop in the voltage curve U G, goes into the high-side within a switch-back time t 6.
ohmigen Zustand zurück. Die genannten Abläufe setzen voraus, daß der Kondensator C von der Reihenschaltung des Meßwiderstandes RM 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.ohmic state back. The processes mentioned assume that the capacitor C is switched off from the series connection of the measuring resistor R M and the switching element S. This corresponds to the second setting of the pulse shaper stage Ry, C. If the threshold switch according to FIG. 2 forms the basis of a key, then the switched-off capacitor C would correspond to the pressed key for generating a pulse at the output A (voltage trace Ujj in Pig * 4). The voltage waveforms of Figure 1 just described are shown in the upper part of Figure 4 as a compilation · Here, the effective pulse width te is greater than the delay time tg · The description of the device for switching on and off of the capacitor C is omitted here · The and shutdown also includes the increase and decrease of the capacitance or the coupling and decoupling of the capacitor 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«in the first setting of the pulse shaper Ry, C, the capacitor C is connected to the series circuit of switching element S and measuring resistor R ^ according to Figure 2. This would correspond to the above-mentioned application example of a non-pressed key. The voltage curve IL, the drive pulses is then as voltage curve U ™ according to Figure 5 on the switching element S · The capacitor C decreases in connection with the resistor R ™ the voltage increase at the switching element S, so that the threshold voltage Ug at a later and for the switching element S. ineffective time is reached. This means a reduction of the effective pulse width te to a value which is below the element-specific delay time tp. With a suitable choice of the capacitor G, not only the delay time tp but also the threshold voltage Ug is undershot by the time shift. The switching element S can not switch to the low-impedance state, the on control pulses of the generator do not trigger pulses on the Aneane A «
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·Another embodiment of the threshold switch according to the invention is shown in FIG. 3. The pulse shaper RV, C is designed as a parallel circuit which shunts the series connection of switching element S, measuring resistor R and output circuit of generator G. This circuit variant yields the analogous inverse of that for FIG The connection of the capacitor C results in the larger increase of the voltage curve Ug at the switching element S and thus an effective pulse width tr which is greater than the delay time to of the switching element S (second setting of the pulse shaping stage Ry, C) gives the smaller increase of the voltage curve Ug on the switching element S and thus an effective pulse width te, which is smaller than the delay time t ~ of the switching element S. This corresponds to the first setting of the pulse shaper Ry, C. The drive pulses of the generator G solve at the output A none pulse out·
Das Schaltelement S kehrt in den hochohmigen Zustand zurück, sobald auf Grund des Spannungsverlaufs UG der Ansteuerimpulse der durchfließende Strom unter einem Haltewert absinkt«The switching element S returns to the high-resistance state as soon as, due to the voltage curve U G of the drive pulses, the current flowing through falls below a holding value.
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·By means of the described circuit arrangement, the operating points of a switching element based on amorphous semiconductor material are not shifted by thermal overload, its service life is thereby greater. The quantity to be controlled is the effective pulse width of the applied drive pulses, the influence of the dispersion of the characteristic values on the switching behavior of the switching element is therefore kept to a minimum.
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