DE1056181B

DE1056181B - Bistable toggle switch with lower power consumption compared to the switching capacity

Info

Publication number: DE1056181B
Application number: DET14436A
Authority: DE
Inventors: Hans H Gute
Original assignee: Telefonbau und Normalzeit GmbH
Current assignee: Tenovis GmbH and Co KG
Priority date: 1957-11-23
Filing date: 1957-11-23
Publication date: 1959-04-30

Description

DEUTSCHESGERMAN

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.In: the Relaistecihni'k of the telecommunication systems there is often the task of a relay with a short Switch on pulse, which closes a holding circuit in which it is held after the end of the pulse remain. These arrangements make it necessary that the switch-on pulse is slightly longer than the The response time of the relay is so that the relay will respond with certainty and close its holding contact can. In order to be able to work with very short pulses, the use of electronic switching means is like glow tubes, electron tubes or transistors, required, each of which is able to assume one of two stable states. Even with the electronic Control of current gates with diodes or transistors by bistable switches is normal significantly higher power is required for the "on" state than for the "off" state.

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.The known bistable switching arrangements according to Eccles-Jordan are constructed symmetrically. Therefore is the consumption of electrical power of the bistable switch regardless of which of its it is in both stable states, whether the consumer, the relay or another electromagnetic Switching means can be switched on or off. Will e.g. B. in telecommunications a large number of relays controlled by such bistable switches in a given Momentary only a fraction switched on, then the bistable switches consume the same power, as if all consumers were switched on.

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.To reduce this power consumption, it is known that the bistable switch for a very low To measure power and in one of the two stable states this power over one Additional power transistor to control the consumer (relay, lamp, gate circuits or the like) to reinforce. In the one switching state of the bistable switch, therefore, only the low intrinsic power is generated consumed, while in the other stable state also the much greater power for the control of the consumer is consumed.

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 KippschalterThe invention aims to achieve the same success of reducing the power consumption in the one stable state dos switch without the use of an additional transistor, an electron tube or To achieve another amplifier switching means, the special power amplifier switching means of the known Saving arrangement thus. This is achieved by the invention in that in a circuit arrangement for bistable switches formed from two members with at least three electrodes each, the circuits both members by different dimensioning of the voltage divider resistances for the bias voltage each two electrodes are constructed asymmetrically and bistable toggle switch

mit gegenüber der Schaltleistungwith compared to the switching capacity

geringerem Leistungsverbrauchlower power consumption

Anmelder:Applicant:

Telefonbau und Normalzeit G. m. b. H.,
Frankfurt/M., Mainzer Landstr. 134-146Telephone construction and normal time G. mb H.,
Frankfurt / M., Mainzer Landstr. 134-146

Hans H. Gute, Frankfurt/M.,
ist als Erfinder genannt wordenHans H. Gute, Frankfurt / M.,
has been named as the inventor

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.the instability caused by the asymmetry by applying a constant voltage two corresponding electrodes of the limbs is canceled. Because of this constant tension two electrodes corresponding to one another will provide stability in either of the two possible states forced, although the asymmetrical dimensioning of the other switching elements is different Power consumption in the two stable states results. The constant tension can go through a special voltage source, a non-linear resistor or a corresponding training of the two running across a common resistor, acting as a voltage divider Circuits of the switch are caused.

Einige Auisführungsbeispiele der Erfindung sind, in der Zeichnung dargestellt. Es zeigtSome embodiments of the invention are shown in FIG shown in the drawing. It shows

Fig, 1 die übliche Ausbildung eines aus zwei Transistoren gebildeten bistabilen Schalters,Fig, 1 shows the usual design of one of two transistors formed bistable switch,

Fig. 2 einen unsymmetrischen bistabilen Schalter mit einer besonderen Spannungsquelle.2 shows an asymmetrical bistable switch with a special voltage source.

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 denA bistable switch formed from two transistors TrI and Tr 2 has two voltage dividers which are formed from resistors Rl, Rl, RZ on the one hand and R5, R6, R7 on the other. These voltage dividers determine the voltage, the base of the two transistors. The resistors R2 and R6 of the voltage divider in this case are bridged by capacitors Cl and C2, so that quick switching is possible from one stable state to the other stable state. The emitters of the two transistors Tr 1 and Tr 2 are connected to each other and via a resistor R 4 to the

509 £08/287509 £ 08/287

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. positive pole of the voltage source. The collector of the transistor TrI is connected to the connection point of the resistors R 5 and i -6 of the voltage divider of the transistor Tr 2, and conversely the collector of the transistor Tr 2 is connected to the connection point of the resistors Rl and R2 of the transistor 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.The corresponding resistances of the two voltage dividers, for example the resistors R 1 and R 5, are dimensioned to be the same. In known arrangements, the resistances R 2 or /? 6 \ 'have a ratio of approximately 2: 1 or a greater ratio to the resistors R 3 or R 7. Assuming that the transistor Tr 2 is conductive, then a current flows through the resistor Rl, the transistor Tr 2 and the resistor./? 4. As a result, the voltage drop across the resistor Rl is increased. The voltage at the base of the transistor TrI is more positive than the voltage at the emitter, so that the transistor TrI blocks. If a short negative pulse is applied to the base of the transistor TrI via the input El, this becomes conductive. This increases the flow of current through resistor R 5. A positive pulse is transmitted to the base of the transistor Tr 2 via the capacitor C2, so that the latter blocks. If a negative pulse is applied to input E2 , transistor Tr2 becomes conductive and transistor TrI blocks. . In both stable states, a current of the same size flows through the resistor R Ί, so that its voltage is the same. Will instead of the resistors Rl or /? If the electromagnetic load, a relay or the like, is switched on, the corresponding resistance of the other voltage divider must be of the same size so that stability is ensured in both possible states. The decisive factor for this is that the voltage drop across the common emitter resistor i-4 for the respective blocked transistor is greater than the voltage appearing at the respective base due to the voltage divider. At the same time, however, this voltage must also be lower for the current-carrying transistor than the voltage appearing at its base due to the voltage divider. Since the current flow through the resistor i? 4 is the same in the symmetrical design in each of the two stable states, a current corresponding to the current flowing through the user always flows, regardless of whether the consumer is switched on or not.

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.In the bistable switch shown in FIG. 2, the two resistors i? 1 and i? 5 are of different dimensions. The resistance Rl of the consumer is much smaller than the corresponding resistance J? 5 of the other voltage divider. The voltage at the two emitters of the two transistors TrI and Tr2 is kept constant by a voltage source U with a low internal resistance. The transistor Tr 2 can be chosen in such a way that it permits a large power ratio between the switched-on and the switched-off state of the consumer. In contrast, the transistor Tr 1 only needs to be dimensioned for low power. As long as the transistor TrI is conductive, only a small current flows through the resistor R 5; as long as the transistor Tr 2 is conductive, a considerably higher current flows through the consumer Rl. The voltage source U ensures stability.

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.A non-linear resistance can also be used instead of the constant voltage source. So z. B. a crystal diode Si with a certain starting voltage in place of the voltage source U can be used. For this purpose, silicon diodes can preferably be used, the starting voltage of which is around 0.7 V, which then increases only slightly as the current increases. The crystal diodes known as »Zener diodes« can also be used for the same purpose.

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.In the arrangement shown in Fig. 1, the resistors 7? 1, 7? 2 and R3 of one voltage divider and the resistors R5, R6 and R 7 of the other voltage divider can be selected that, despite the different current flow in the two stable states, the the voltage dropping across the resistor R 4 is always greater than the base voltage of the blocked transistor and · is less than the base voltage of the current-carrying transistor. For example, is the resistance ratio of the consumer / ?! is selected for the corresponding resistor R 5 of the other voltage divider as 1:10, the arrangement works properly if the resistors /? 2 and i? 3 of the one voltage divider are like 1: 1, the resistors 7? 6 and R 7 of the other voltage divider behave like 2: 1. In one stable state, only a tenth of the power of the other stable state is consumed. For example, it is possible for the consumer / ?! to feed with 1 watt, but only consume 0.1 watt when the transistor TrI is conducting.

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.The invention is not restricted to the use of transistors. You can also apply to all Use bistable switches, the two members of which are equipped with three electrodes each, for example two amplifier tubes.

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.By suitable choice of the absolute resistances of the two voltage dividers and suitable dimensioning of the capacitors Cl and C2 connected to the bases of the two transistors TrI and Tr2, it is possible to activate the switch by a pulse of less than 2 microseconds, which is sent to one of the inputs El or £ 2 is applied to tilt into the other stable state.

Claims

PATENT REQUIREMENTS:

1. Circuit arrangement for bistable toggle switches formed from two members with at least three electrodes each with lower power consumption compared to the switching capacity, characterized in that the circuits of both members are constructed asymmetrically by different dimensioning of the voltage divider resistors (R 1, R 5) for the bias of two electrodes and the instability caused by the asymmetry due to a constant voltage. two corresponding electrodes of both members is canceled.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized / that the two mutually corresponding electrodes of the members (TrI, Tr 2) are jointly connected to a special voltage source (! 7).

3. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the two corresponding to one another Electrodes of the links (TrI, Tr 2) together on a non-linear resistor lie.

4. Circuit arrangement according to claim 1 and 2, characterized in that the resistors (Rl, R2, RZ) of the voltage divider of one element (TrI) and the resistors (R 5, R 6, R 7) of the

7 "voltage divider of the other link (Tr2) so

are chosen that despite different current flows in the two stable states at one common for two electrodes of both members Resistance (i? 4) a voltage ensuring stability occurs.

5. Circuit arrangement according to claim 1, characterized by such a dimensioning of the

Resistors (Rl to i? 3 and R5 to RT) of the two voltage dividers as well as the capacitors (Cl, C2) bridging a resistor (R 2, R 6 ) so that pulses with a duration of less than 2 microseconds are sufficient to turn the switch to tilt into the other stable state.

1 sheet of drawings