DE1094303B - Elektronischer Umschalter mit drei und vier stabilen Lagen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft einen elektronischen Umschalter mit drei und vier stabilen Lagen, der besonders als elektronischer Ersatz eines gepolten Telegrafenrelais mit Mittelstellung der Kontaktzunge gedacht ist.

Ein gepoltes Telegrafenrelais mit Mittelstellung muß entsprechend den drei möglichen Zuständen »positiver Strom«, »negativer Strom« und »kein Strom« auf einer ankommenden Leitung drei stabile Lagen einnehmen können. Auch eine vollwertige, elektronische Ersatzschaltung muß diese drei stabilen Zustände nachbilden können.

Eine bekanntgewordene elektronische Ersatzschaltung eines gepolten Telegrafenrelais mit Mittelstellung enthält drei Transistoren und weist drei stabile Lagen auf. Jede der drei stabilen Lagen ist durch den Leitzustand, eines Transistors und den Sperrzustand der beiden anderen Transistoren gekennzeichnet.

Im Gegensatz hierzu werden bei dem elektronischen Umschalter gemäß der Erfindung zwei unabhängig voneinander steuerbare bistabile Kippstufen verwendet. Erfindungsgemäß sind diese beiden Kippstufen zu einer Schaltung mit vier stabilen Zuständen verbunden, die bei entsprechender, vorzugsweise impulsweiser Steuerung an den Steuereingängen der Kippstufen positiven« bzw. negativen bzw. keinen Strom an einen an ihren Ausgang angeschlossenen Verbraucher abgibt. Die beiden Kennzustände »positiver Strom« und »negativer Strom« sind hierbei durch unterschiedliche Lagen der Kippstufen (eine Kippstufe im Ein-Zustand und eine Kippstufe im Aus-Zustand), der Kennzustand »kein Strom« durch gleiche Lagen der Kippstufen (beide Kippstufen in der Ein- oder Aus-Lage) gekennzeichnet.

Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel werden zwei jeweils aus einem in einem Nebenstromkreis liegenden Steuertransistor geringer Leistung und einem in dem Hauptstromkreis liegenden Schalttransistor höherer Leistung bestehende bistabile Kippstufen verwendet. Die beiden Kippstufen werden dabei in solcher gegenseitiger Abhängigkeit betrieben, daß nicht beide Schalttransistoren gleichzeitig leitend sind. Für den Kennzustand »kein Strom« ist damit nur die Lage der beiden Kippstufen zugelassen, bei der beide Schalttransistoren gesperrt sind. Da in diesem Zustand· nur die beiden Steuertransistoren leitend sind, ergibt sich bei dem Kennzustand »kein Strom« ein sehr geringer Leistungsverbrauch der Schaltung.

Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird diese gegenseitige Abhängigkeit der beide» Kippstufen dadurch erreicht, daß im Hauptstromkreis der Schalttransistoren Steuerwiderstände liegen und der Spannungsabfall an dem im Hauptstromkreis eines leitenden Schalttransistors liegenden Steuerwiderstand die

Elektronischer Umschalter
mit drei und vier stabilen Lagen

Anmelder:

Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,
München 2, Wittelsbacherplatz 2

Dr. phil. Abund Wist, Long Island, N. Y. (V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden

sichere Sperrung des anderen Schalttransistors bewirkt, vorzugsweise durch Sicherung des Leitzustandes seines Steuertransistors.

Soll der Umschalter für höhere Schaltspannungen als die zulässige Betriebsspannung eines Scthalttransistors betrieben werden, so können in an sich bekannter Weise in jedem der beiden Hauptstromkreise mehrere Schalttransistoren gleichsinnig in Reihe liegen, deren Schaltstrecken durch gegenüber den Durchlaßwiderständen¹ hochohmige und gegenüber den Sperrwiderständen niederohmige Widerstände überbrückt sind.

Der erfindungsgemäße Umschalter kann ohne Kondensatoren oder Induktivitäten aufgebaut werden. Dies ist deshalb besonders vorteilhaft, weil sich dadurch sehr steile Flanken der Impulse ergeben.

Gegenüber der bekannten Schaltungsanordnung mit drei Transistoren ergeben sich demnach folgende Vorteile:

1. Durch die Verwendung von unsymmetrischen Kippstufen mit einem Steuertransistor und einem Schalttransistor ergibt sich eine hohe Ansprechempfindlichkeit bei großer Schaltleistung. Um dies bei der bekannten Schaltungsanordnung zu erreichen, müßte man jedem der drei Traneistoren einen Steuertransistor vorschalten, wodurch sich der Aufwand auf sechs Transistoren erhöhen würde.

2. Der erfindungsgemäße Umschalter hat in einer stabilen Lage (beide Schalttransistoren gesperrt) nur einen sehr geringen Leistungsverbraucn.

3. Durch den Aufbau des Umschalters ohne Kondensatoren ergeben sich hohe Schaltfrequenzen und steile Flanken der Impulse.
Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der Zeichnung erläutert.

009 677/337

Fig. 1 zeigt eine bistabile Kippstufe, wie sie vorteilhaft zum Aufbau des erfindungsgemäßen Umschalters verwendet wird. Wird die Eingangsklemme al negativ gegenüber der Eingangsklemme bl, so wird der Transistor Tl gesperrt. Am Widerstand R5 fällt nunmehr keine Sperrspannung für den Transistor T3 ab, wodurch dieser leitend wird. Nunmehr tritt am Widerstand R3 ein Spannungsabfall auf, der größer als der Spannungsabfall am Widerstand R1 ist und dadurch den Sperrzustand des Transistors Tl auch dann sicherstellt, wenn am Eingang E1 keine Sperrspannung mehr anliegt.

Wird die Klemme al positiv gegenüber der Klemme bl, so wird der Transistor Tl leitend. Durch den Spannungsabfall am Widerstandes wird der Transistor T 3 gesperrt. Der Spannungsabfall am Widerstand RS entfällt, so daß der Transistor Tl auch dann leitend bleibt, wenn am Eingang El keine Spannung mehr anliegt. Da diese Schaltung keine Kondensatoren enthält, sind die Flanken der abgegebenen Impulse sehr steil und hauptsächlich nur durch die Transistoreigenschaften (Kapazität; Trägheitseffekt) beeinflußt. Aus demselben Grund beeinflussen relativ starke Versorgungsspannungsänderungen den Schaltzustand dieser Kippschaltung so lange nicht, bis sie in die Größenordnung der an einen geöffneten Transistor abfallenden Spannungen kommen.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung, das sich im wesentlichen durch Zusammenschaltung von zwei Kippstufen nach Fig. 1 ergibt. Jede der beiden Kippstufen ist an den Eingängen El bzw. £2 in der bei Fig. 1 beschriebenen Weise steuerbar. Am Ausgang A ist der Verbraucher Rb angeschlossen. Die vier stabilen Zustände des Umschalters sind folgende:

1. Transistoren Tl und Γ4 leitend, Transistoren T2 und T3 gesperrt. In diesem Fall fließt ein Strom vom Punkt d über den Verbraucher Rb, die Widerstände R13 und R14, den Transistor T4 und den Widerstand R 16 zum negativen Batteriepol.

2. Transistoren T2 und T3 leitend, Transistoren Tl und T 4 gesperrt. In diesem Fall fließt ein Strom vom positiven Batteriepol über die Widerstände R3 und i?4, den Transistor T3, den Widerstand R 6 und den Verbraucherwiderstand Rb zum Punkt d.

3. Transistoren Tl und T2 leitend, Transistoren T3 und T4 gesperrt. In diesem Fall fließt durch den Verbraucherwiderstand Rb kein Strom.

4. Transistoren T3 und T4 leitend, Transistoren Tl und T2 gesperrt. Es fließt nunmehr ein Strom vom positiven Batteriepol über die Widerstände R 3 und R 4 des Transistors T 3, die Widerständet 6, R13 und i?14, den Transistor T 4 und den Widerstand R16 zum negativen Batteriepol. Aus Symmetriegründen tritt zwischen den Punkten c und d keine Spannungsdifferenz auf, und der Verbraucherwiderstand Rb bleibt wiederum stromlos.

Für den Kennzustand »kein Strom« stehen also zwei stabile Lagen des Umschalters zur Verfügung. Da jedoch nur eine stabile Lage für diesen Kennzustand benötigt wird, ist es zweckmäßig, die günstigere der beiden stabilen Lagen auszuwählen!. Da die beiden Transistoren T 3 und T4 wesentlich mehr Leistung verbrauchen als die Transistoren Tl und T 2, ist es vorteilhaft, die stabile Lage des Umschalters für den Kennzustand »kein Strom« zu wählen, bei dem die beiden Transistoren T3 und T4 gesperrt sind.

Der andere Zustand, bei dem die Transistoren T 3 und T4 leitend sind, muß dann unterbunden werden.

Ein derartiges Ausführungsbeispiel ist in Fig. 3 dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die beiden Kippstufen in solcher gegenseitiger Abhängigkeit betrieben, daß die beiden Transistoren T3 und T4 nicht gleichzeitig leitend sein können. Ist beispielsweise der Transistor T4 leitend, so gelangt über den Widerstand R2 negatives Potential an die Basis des

ίο Transistors T1. Der Transistor Tl wird dadurch leitend und sperrt seinerseits den Transistor T3. Somit ist sichergestellt, daß die beiden Transistoren T3 und T4 nicht gleichzeitig leitend sein können.

Im übrigen ist die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung nach Fig. 3 die gleiche wie die der Schaltungsanordnung nach Fig. 2. Die bei Fig. 2 unter Punkt 1 bis 3 beschriebenen stabilen Lagen bleiben bestehen.

Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, das fürSchaltspannungen geeignet ist, die höher als die zulässige Betriebsspannung eines der im Hauptstromkreis liegenden Transistoren sind. Zu diesem Zweck liegen in den beiden Hauptstromkreisen die Transistoren T3 und T5 bzw. T4 und T6 gleichsinnig in Reihe. Die Widerstände/? 7 und R8 bzw. R17 und R18 dienen in bekannter Weise zur gleichmäßigen Aufteilung der Sperrspannung. Die Widerstände R9 und RIO bzw. 7? 19 und R20 sind Steuerwiderstände für die Transistoren T 5 bzw. T6. Sie bewirken, daß die Transistoren T5 bzw. T6 sich jeweils in der gleichen Lage wie die Transistoren T 3 bzw. T 4 befinden. Im übrigen unterscheidet sich die Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 4 nicht von der der Schaltung nach Fig. 3.

Selbstverständlich umfaßt die Erfindung sämtliche naheliegenden Abänderungen und Ergänzungen der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele. So können beispielsweise auch andere als in Fig. 1 dargestellte Kippschaltungstypen verwendet werden. Auch kann die Schaltung ganz oder teilweise mit Komplementärtransistoren oder anderen steuerbaren elektronischen Schaltstrecken aufgebaut werden.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Elektronischer Umschalter unter Verwendung von zwei unabhängig voneinander steuerbaren bistabilen Kippstufen, vorzugsweise als Ersatzschaltung eines gepolten Telegrafenrelais mit Mittelstellung der Kontaktzunge, dadurch gekenn- zeichnet, daß die beiden Kippstufen zu einer Schaltung mit vier stabilen Zuständen verbunden sind, die bei entsprechender, vorzugsweise impulsweiser Steuerung an den Steuereingängen' (£1, E2) der Kippstufen positiven bzw. negativen bzw. keinen Strom an einen an ihrem Ausgang (A) angeschlossenen Verbraucher (Rb) abgibt.

2. Umschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei jeweils aus einem in einem Nebenstromkreis liegenden Steuertransistor (Tl, T 2) geringer Leistung und einem in dem Hauptstromkreis liegenden Schalttransistor (T3, T4) höherer Leistung bestehende bistabilen Kippstufen verwendet werden.

3. Umschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kippstufen in solcher gegenseitiger Abhängigkeit betrieben werden, daß nicht beide Schalttransistoren (T3, T4) gleichzeitig leitend sind.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, d'adurch gekennzeichnet, daß im Hauptstromkreis

der Schalttransistoren (T3, T4) Steuerwiderstände (R 13, i?14) liegen und der Spannungsabfall an dem im Hauptstromkreis eines leitenden Schalttransistors (T3 oder T 4) liegenden Steuerwiderstand (R13 oder R 14) die sichere Sperrung des anderen Schalttransistors (T 4 oder T3) bewirkt, vorzugsweise durch Sicherung des Leitzustands seines Steuertransistors (T2 oder Tl).

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 bis 4 für höhere Schaltspannungen, dadurch gekenn-

zeichnet, daß in jedem der beiden Hauptstromkreise mehrere Schaktransistoren (T3, T5, T 4, T 6) gleichsinnig in Reihe liegen und ihre Schaltstrecken durch gegenüber den Durchlaßwiderständen hochohmige und gegenüber den Sperrwiderständen niederohmige Widerstände (R7, RB, R17, RlS) überbrückt sind.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung außer Transistoren nur ohmsche Widerstände enthält.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 009 677/337 11.60