DE1056181B - Bistabiler Kippschalter mit gegenueber der Schaltleistung geringerem Leistungsverbrauch - Google Patents

Description

DEUTSCHES

In: der Relaistecihni'k der Fernmeldeanlagen ergibt sich öfters die Aufgabe, ein Relais mit einem kurzen Impuls einzuschalten, das einen Haltestromkreis schließt, in dem es nach Beendigung des Impulses gehalten bleibt. Diese Anordnungen machen es erforder-Hch, daß der Einschalteimpuls etwas länger als die Anzugszeit des Relais ist, damit das Relais mit Sicherheit ansprechen und seinen Haltekontakt schließen kann. Um mit sehr kurzen Impulsen arbeiten zu können, ist die Anwendung elektronischer Schaltmittel, wie Glimmröihren, Elektronenröhren oder Transistoren, erforderlich, die jeweils einen von zwei stabilen Zuständen einzunehmen vermögen. Auch bei der elektronischen Steuerung van Stromtoren mit Dioden oder Transistoren durch bistabile Schalter wird normalerweise für den »Ein«-Zustand eine wesentlich höhere Leistung als für den »Aus«-Zustand gebraucht.

Die bekannten bistabilen Schaltanordnungen nach Eccles-Jordan sind symmetrisch aufgebaut. Daher ist der Verbrauch an elektrischer Leistung des bistabilen Schalters unabhängig davon, in welchem seiner beiden stabilen Zustände er sich befindet, ob also der Verbrauchen-, der ein Relais oder ein anderes elektromagnetisches Schaltmittel sein kann, ein- oder ausgeschaltet ist. Wi.rd z. B. in der Fernmeldetechnik aus einer großen Anzahl von Relais, welche über solche bistabilen Schalter gesteuert werden, in einem gegebenen Augenblick nur ein Bruchteil eingeschaltet, so verbrauchen die bistabilen Schalter dieselbe Leistung, wie wenn alle Verbraucher eingeschaltet wären.

Zur Herabsetzung dieses Leistungsverbrauches ist es bekannt, die bistabilen Schalter für eine sehr geringe Leistung zu bemessen und in dem einen der beiden stabilen Zustände diese Leistung über einen zusätzlichen Leistungstransistor zur Steuerung des A^erbrauchers (Relais, Lampe, Torschaltungen od. dgl.) zu verstärken. In dem einen Schaltzustand des bistabilen Schalters wird daher nur die geringe Eigenleistung verbraucht, während in dem anderen stabilen Zustand zusätzlich auch die wesentlich größere Leistung für die Steuerung des Verbrauchers verbraucht wird.

Die Erfindung bezweckt, den gleichen Erfolg einer Verringerung des Leistungsverbrauches in dem einen stabilen Zustand dos Schalters ohne Aufwendung eines zusätzlichen Transistors, einer Elektronenröhre oder eines sonstigen Verstärkerschaltmittels zu erzielen, das besondere Venstärkc.rschaltmittel der bekannten Anordung somit einzusparen. Dies erreicht die Erfindung dadurch, daß in einer Schaltungsanordnung für aus zwei Gliedern mit mindestens je drei Elektroden gebildete bistabile Schalter die Stromkreise beider Glieder durch unterschiedliche Bemessung der Spannungsteilerwiderstände für die Vorspannung je zweier Elektroden unsymmetrisch aufgebaut sind und Bistabiler Kippschalter

mit gegenüber der Schaltleistung

geringerem Leistungsverbrauch

Anmelder:

Telefonbau und Normalzeit G. m. b. H.,
Frankfurt/M., Mainzer Landstr. 134-146

Hans H. Gute, Frankfurt/M.,
ist als Erfinder genannt worden

die durch die Unsymmetrie hervorgerufene Unstabilität durch Aufbringung einer konstanten Spannung an zwei einander entsprechenden Elektroden der Glieder aufgehoben wird. Durch diese konstante Spannung an zwei einander entsprechenden Elektroden wird eine Stabilität in jedem der beiden möglichen Zustände erzwungen, obwohl die unsymmetrische Dimensionierung der sonstigen Schaltelemente einen unterschiedlichen Leistungsverbrauch in den beiden stabilen Zuständen ergibt. Die konstante Spannung kann durch eine besondere Spannungsquelle, einen nichtlinearen Widerstand oder auch durch eine entsprechende Ausbildung der beiden über einen gemeinsamen Widerstand verlaufenden, als Spannungsteiler wirkenden Stromkreise des Schalters hervorgerufen werden.

Einige Auisführungsbeispiele der Erfindung sind, in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt

Fig, 1 die übliche Ausbildung eines aus zwei Transistoren gebildeten bistabilen Schalters,

Fig. 2 einen unsymmetrischen bistabilen Schalter mit einer besonderen Spannungsquelle.

Ein aus zwei Transistoren TrI und Tr2 gebildeter bistabiler Schalter besitzt zwei Spannungsteiler, die aus den Widerständen Rl, Rl, RZ einerseits und R5, R6, R7 andererseits gebildet werden. Diese Spannungsteiler bestimmen die Spannung, der Basis der beiden Transistoren. Die Widerstände R2 und R6 der beiden Spannungsteiler sind hierbei durch Kondensatoren Cl und C 2 überbrückt, damit ein schnelles Umschalten von einem stabilen Zustand auf den anderen stabilen Zustand möglich ist. Die Emittoren der beiden Transistoren Tr 1 und Tr 2 sind miteinander verbunden und über einen Widerstand R4 an den

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positiven, Pol der Spannungsquelle gelegt. Der Kollektor des Transistors TrI ist an den Verbindungsputnkt der Widerstände R 5 und i?6 des Spannungsteilers des Transistors Tr 2 gelegt, und umgekehrt liegt der Kollektor des Transistors Tr 2 an dem Verbindungspunkt der Widerstände Rl und R2 des Transistors TrI.

Die einander entsprechenden Widerstände beider Spannungsteiler, z.B. die Widerstände R1 und R 5, sind gleich groß bemessen. Die Widerstände R2 bzw. /?6 \'erhalten sich zu den Widerständen R 3 bzw. R 7 bei bekannten Anordnungen etwa wie 2 :1 oder größeres Verhältnis. Angenommen, der Transistor Tr 2 ist leitend, dann fließt ein Strom über den Widerstand Rl, den Transistor Tr 2 und den Widerstand./? 4. Infolgedessen wird der Spannungsabfall an dem Widerstand Rl vergrößert. Die Spannung an der Basis des Transistors TrI wird, positiver gegenüber der Spannung an dem Emitter, so daß der Transistor TrI sperrt. Wird über den Eingang El ein kurzer negativer Impuls an die Basis des Transistors TrI angelegt, dann wird dieser stromleitend,. Dadurch wird der Stromfluß über den Widerstand R 5 verstärkt. Über den Kondensator C2 wird ein positiver Impuls auf die Basis des Transistors Tr 2 übertragen, so daß dieser sperrt. Wird an den Eingang E2 ein negativer Impuls aufgebracht, dann wird der Transistor Tr2 leitend, und der Transistor TrI sperrt. . In beiden stabilen Zuständen fließt ein Strom gleicher Größe über den Widerstand R Ί, so daß dessen Spannung gleich groß ist. Wird an Stelle der Widerstände Rl oder/? 5 der elektromagnetische Verbraucher, ein Relais od. dgl., eingeschaltet, dann muß der entsprechende Widerstand des anderen Spannungsteilers gleich groß bemessen iSein, damit die Stabilität in beiden möglichen Zuständen gewährleistet ist. Ausschlaggebend dafür ist, daß die an dem gemeinsamen Emitterwiderstand i?4 abfallende Spannung für den jeweils gesperrten Transistor größer ist als die durch den Spannungsteiler an der jeweiligen Basis erscheinende Spannung. Gleichzeitig muß diese Spannung aber auch für den stromführenden Transistor kleiner sein als die an seiner Basis durch den Spannungsteiler erscheinende Spannung. Da bei der symmetrischen Ausbildung in jedem der beiden stabilen Zustände der Stromfluß über den Widerstand i?4 gleich groß ist, fließt stets ein dem \^erbraucherst/rom entsprechender Strom, unabhängig davon, ob der Verbraucher eingeschaltet ist oder nicht.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten bistabilen Schalter sind die beiden Widerstände i?l und i?5 ungleich bemessen. Der Widerstand Rl des Verbrauchers ist wesentlich kleiner als der entsprechende Widerstand J? 5 des anderen Spannungsteilers. Die an den beiden Emittoren der beiden Transistoren TrI und Tr2 liegende Spannung wird durch eine Spannungsquelle U mit kleinem Innenwiderstand konstant gehalten. Der Transistor Tr 2 kann'so-gewählt werden, daß er ein großes Leistungsverhältnis zwischen dem ein- und dem ausgeschalteten Zustand des Verbrauchers zuläßt. Der Transistor Tr 1 braucht dagegen nur auf kleine Leistung dimensioniert zu werden. Solange der Transistor TrI leitend ist, fließt nur ein geringer Strom über den Widerstand R 5; solange der Transistor Tr 2 leitend ist, fließt ein erheblich stärkerer Strom über den Verbraucher Rl. Die Stabilität ist durch die Spannungsquelle U sichergestellt.

An Stelle der konstanten Spannungsquelle kann auch ein nichtlinearer \¥iderstand verwendet werden. So kann z. B. eine Kristalldiode Si mit einer bestimmten Anlaufspannung an die Stelle der Spannungsquelle U gesetzt werden. Man kann dazu vorzugsweise Siliciumdioden verwenden, deren Anlaufspannung bei etwa 0,7 V liegt, die dann bei stärker zunehmendem Strom nur wenig ansteigt. Ebenso lassen sich die unter der Bezeichnung »Zenerdioden« bekannten K.ristalldioden für denselben Zweck anwenden.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung können die Widerstände 7?1, 7?2 und R3 des einen Spannungsteilers und die Widerstände R5, R6 und R7 des anderen Spannungsteilers gewählt werden, daß trotz des unterschiedlichen Stromflusses in den beiden stabilen Zuständen die an dem Widerstand R4 abfallende Spannung stets größer als die Basisspannung des gesperrten Transistors und· kleiner als die Basisspannung des stromführenden Tranistors ist. Wird z.B. das Widerstandsver.hältnis des Verbrauchers/?! zu dem entsprechenden Widerstand R 5 des anderen Spannungsteilers wie 1 :10 gewählt, so arbeitet die Anordnung einwandfrei, wenn sich die Widerstände /?2 und i?3 des einen Spannungsteilers wie 1:1, die Widerstände 7? 6 und R 7 des anderen Spannungsteilers wie 2 :1 verhalten. In dem einen stabilen Zustand wird dann nur ein Zehntel der Leistung des anderen stabilen Zuistandes verbraucht. Es ist beispielsweise möglich, den Verbraucher/?! mit 1 Watt zu speisen, im stromleitenden Zustand des Transistors TrI jedoch nur 0,1 Watt zu verbrauchen.

Die Erfindung ist nicht auf die Anwendung von Transistoren beschränkt. Sie läßt sich auch auf alle bistabilen Schalter anwenden, deren beide Glieder mit je drei Elektroden ausgerüstet sind, beispielsweise zwei Verstärkerröhren.

Durch geeignete Wahl der Absolutwiderstände der beiden Spannungsteiler und geeignete Bemessung der mit den Basen der beiden Transistoren TrI und Tr2 verbundenen Kondensatoren Cl und C2 ist es möglich, den Schalter durch einen Impuls von der Zeitdauer kleiner als 2 Mikrosekunden, der an einen der Eingänge El oder £2 angelegt wird, in den jeweils anderen stabilen Zustand zu kippen.

Claims (5)

PaTENTANSPBÜCHE:

1. Schaltungsanordnung für aus zwei Gliedern mit mindestens je drei Elektroden gebildete bistabile Kippschalter mit gegenüber der Schaltleistung geringerem Leistungsverbrauch, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromkreise beider Glieder durch unterschiedliche Bemessung der Spannungsteilerwiderstände (R 1, R 5) für die Vorspannung je zweier Elektroden unsymmetrisch aufgebaut sind und die durch die Unsymmetrie hervorgerufene !Instabilität durch eine konstante Spannung an. zwei einander entsprechenden Elektroden beider Glieder aufgehoben wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet/daß die beiden einander entsprechenden Elektroden, der Glieder (TrI, Tr 2) gemeinsam an einer besonderen Spannungsquelle (!7) liegen.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden einander entsprechenden Elektroden der Glieder (TrI, Tr 2) gemeinsam an einem nichtlinearen Widerstand liegen.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände (Rl, R2, RZ) des Spannungsteilers des einen Gliedes (TrI) und die Widerstände (R 5, R 6, R 7) des

7" Spannungsteilers des anderen Gliedes (Tr2) so

gewählt sind, daß trotz unterschiedlicher Stromflüsse in den beiden stabilen Zuständen an einem für zwei Elektroden beider Glieder gemeinsamen Widerstand (i?4) eine die Stabilität sichernde Spannung auftritt.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine solche Bemessung der

Widerstände (Rl bis i?3 und R5 bis RT) der beiden Spannungsteiler sowie der je einen Widerstand (R 2, R 6) überbrückenden Kondensatoren (Cl, C2), daß Impulse mit der Zeitdauer von kleiner als 2 MikroSekunden genügen, um den Schalter in den jeweils anderen stabilen Zustand zu kippen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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