DE1148261B - Elektronischer Schalter mit komplementaeren Transistoren - Google Patents

Description

• Elektronischer Schalter mit komplementären Transistoren Die Erfindung betrifft einen elektronischen Schalter mit komplementären Transistoren, der sich besonders zum Schalten von einen Verbraucher und eine Betriebsspannungsquelle enthaltenden Arbeits- bzw. Ruhestromkreisen eignet, wie es beispielsweise in der Fernsprechvermittlungstechnik häufig der Fall ist. Er wird überall dort mit Vorteil angewendet, wo die bisher bekannten elektronischen Schalter bzw. Transistorrelais infolge einer kostspieligen oder schwierigen Steuerspannungserzeugung ungeeignet sind.
• In Fig. 1 ist ein bekannter elektronischer Schalter mit einem Transistor Ts und einer Vorspannungsquelle Uz an der Basis dargestellt. Die Steuerspannung wird über den Eingang E der Basis des Transistors zugeführt. Der Transistorschalter schließt bzw. öffnet den Stromkreis über die Verbraucher RL 1 und RLund die Betriebsspannung U1 nach Maßgabe der Steuerspannung am Eingang E und der Vorspannung Uz. Die Vorspannungsquelle U2 hält den Schalttransistor Ts je nach Vorzeichen entweder im leitenden oder im gesperrten Zustand. Zur Ansteuerung genügt es, daß die Steuerspannung in E einfache Polarität besitzt. Bei fehlender Vorspannung U, muß die Steuerspannung in E zweierlei Polarität besitzen, um den Schalter zu öffnen und zu schließen.
• Eine durch das deutsche Patent 1117 168 bekannte Transistorrelaisschaltung arbeitet mit einem Transistor, der ohne gesonderte Eigenspannungsversorgung als Schalter für einen Laststromkreis betrieben wird. Diese Schaltung wirkt jedoch nur als Arbeitsstromkreis, d. h., der Transistorschalter ist gesperrt bei Fehlen der Schaltspannung an dessen Basis. Ein Betrieb mit stromführendem Transistor in der Ruhelage ohne Ansteuerungsspannung ist nur durch zusätzliche Schaltungsmaßnahmen durchführbar.
• Gemäß der Erfindung gelingt es, durch Verwendung einer bistabilen Stufe als Schalter dem Schalter eine leitende oder eine gesperrte Ruhelage zu geben, ohne daß eine zusätzliche Steuervorspannungsquelle erforderlich ist. Der elektronische Schalter kann beispielsweise bisher angewendete elektromagnetische Relais in zahlreichen gleichartigen Kreisen ersetzen. Die für den Fall des Ruhestromkreises für jeden Schalterkreis gesondert notwendige Steuervorspannungsquelle (entsprechend U, in Fig. 1) wird nach obigen Ausführungen eingespart.
• Der elektronische Schalter nach der Erfindung zum Ein- oder Ausschalten eines Laststromkreises ist dadurch gekennzeichnet, daß im Kreise der am Lastwiderstand anliegenden Betriebsspannung die Emitter-Kollektor-Strecke des einen Transistors einer bistabilen Kippschaltung mit komplementären Transistoren und eine Polarität der Betriebsspannung über einen Widerstand an der den Schaltereingang bildenden Basis des anderen Transistors der Kippschaltung liegt, um diesen bei Fehlen einer Schaltspannung leitend (bzw. gesperrt) und dadurch den anderen Transistor ebenfalls leitend (bzw. gesperrt) zu halten, wohingegen durch Anlegen einer Schaltspannung von der zur genannten entgegengesetzten Polarität an die Basis des Eingangstransistors die bistabile Schaltung gekippt und dadurch der Lastkreis über den anderen Transistor geöffnet (bzw. geschlossen) wird.
• Eine vorteilhafte Weiterbildung besonders für den Fall, daß der Schaltungseingang hochohmig sein soll, etwa bei Ansteuerung durch eine Spule mit hoher Induktivität ergibt sich, wenn als Eingangsstufe ein Emitterfolger vor den Eingangstransistor der bistabilen Stufe geschaltet wird. Da der Ausgang des Emitterfolgers niederohmig ist, kann unter anderem der im Lastkreis liegende Kollektorwiderstand des Ausgangstransistors der bistabilen Stufe klein gehalten werden. Dadurch wird dessen Wirkung auf den Lastwiderstand als störender Vorwiderstand weitgehend herabgesetzt.
• Ein weiterer Vorteil ist die Potentialfreiheit des Eingangskreises.
• Speziellere Ausführungsformen der Erfindung werden an Hand der folgenden Beispiele erläutert. Ein prinzipielles Beispiel einer Schaltung gemäß der Erfindung zeigt Fig.2. In Fig.3 ist eine ausgeführte günstige Schaltung angegeben.
• In Fig. 2 sind mit Tsl und Ts2 die beiden Transistoren der bistabilen Stufe bezeichnet. Im angeführten Beispiel ist Ts 1 vom npn-Typ und Ts 2 vom pnp-Typ. Der Emitter des Transistors Ts 1 ist über einen Verbraucherwiderstand RL an den negativen Pol der Betriebsspannung U1 angeschlossen. Der Verbraucher kann eine lange Leitung sein, ebenso wie die andere an den positiven Pol der Spannung Ui geführte Leitungsverbindung. Der Kollektor des Transistors Ts1 ist über den Kollektorwiderstand R7 mit dem positiven Pol der Betriebsspannung U1 verbunden und über den Widerstand R6 mit der Basis des zweiten Transistors Ts 2 der bistabilen Stufe. Der Emitter dieses Transistors liegt an dem mit Widerstand R7 verbundenen positiven Pol der Betriebsspannung U1, der Kollektor ist über den Koppelwiderstand R4 und den Widerstand R5 an den Emitter des ersten Transistors Tsl angeschlossen. Ein Verbindungspunkt zwischen Widerstand R4 und R5 ist mit der Basis des Transistors Ts 1 verbunden. Über den Eingangswiderstand R1 wird von der Eingangsklemme E die Steuerspannung der Basis des zweiten Transistors Ts2 zugeführt. Weiterhin ist für das erste betrachtete Beispiel ein hochohmiger Widerstand R2 zwischen die Basis des zweiten Transistors und den Emitter des Transistors Tsl geschaltet.
• In der Ruhelage der Schaltung sind beide Transistoren hier leitend. Tritt eine in diesem Fall positive Steuerspannung am Eingang E auf, so wird der Transistor Ts2 gesperrt und über den Rückkoppelwiderstand R4 ebenfalls der Transistor Ts 1. Der Widerstand R2 leitet dann den Übergang des Schalters vom geöffneten Zustand (beide Transistoren gesperrt) in den geschlossenen Zustand (beide Transistoren leitend) ein, sobald die Ansteuerung am Eingang wegfällt. Es fließt dann nämlich ein geringer Strom vom negativen Pol der Betriebsspannung über R2, der ausreicht, den Transistor Ts 2 ein wenig aufzusteuern. Durch die gegenseitige Rückkopplung der Kipptransistoren kippt der Schalter dann sehr rasch in den leitenden Zustand. Sobald die Ansteuerungsspannung wegfällt, geht also der Schalter wieder in den Zustand über, in dem beide Transistoren leiten.
• Würde der Widerstand R2 fehlen, so bliebe der Schalter ohne Steuerspannung am Eingang E jeweils in dem Zustand, in den er durch die letzte Ansteuerspannung versetzt wurde.
• Schaltet man statt des Widerstandes R2 den gestrichelt gezeichneten relativ niederohmigen Widerstand R3 zwischen die Basis des Transistors Ts 2 und den positiven Pol der Betriebsspannung Ui so befinden sich bei fehlender Steuerspannung beide Transistoren im gesperrten Zustand, der Lastkreis entspricht einem Arbeitsstromkreis.
• In Fig. 1 ist eine günstige Ausführungsform des Schalters gemäß der Erfindung an einem Anwendungsbeispiel gezeigt. Die in Fig. 2 und 3 gleichen Schaltungselemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
• Über einen Transformator Tr mit Gleichrichterteil D.. C wird dem Eingang E des Schalters eine in diesein Fall positive Steuerspannung zugeführt, wenn am Transformator eine Wechselspannung vorhanden ist. Die Ansteuerung erfolgt also durch eine Wechselspannung, die den Schalter jeweils öffnet (Prinzip des Ruhestromkreises). Die Steuerspannung steuert nun nicht, wie in Fig. 2, die Basis des Transistors Ts2, sondern die Basis eines Transistors Ts3, der als Emitterfolger geschaltet ist. Sein Kollektor ist mit dem Kollektor des Transistors Ts2, sein Emitter mit der Basis des Transistors Ts 2 und außerdem über den Emitterwiderstand R$ mit dem positiven Pol der Betriebsspannungsquelle verbunden. Der Widerstand R2 ist an die Basis des Emitterfolgertransistors angeschlossen und ebenfalls der Koppelwiderstand R". Weiterhin sind in die Emitterleitungen der beiden Schaltertransistoren Ts 1 und Ts 2 die in Flußrichtung gepolten Dioden D1 und D2 geschaltet.
• Durch den Emitterfolger wird die bekannte Wirkung der Widerstandsanpassung an einen hochohmigen Eingang und ein niederohmiger Ausgang erreicht. Das bedeutet aber, daß man den im Lastkreis liegenden Kollektorwiderstand R7 kleiner wählen kann als in der Schaltung in Fig. 2. Der Widerstand R7 maß möglichst klein sein, da er als Vorwiderstand für den Lastwiderstand RL wirkt.
• Die Dioden D1 und D2 liefern die zur Sperrung der Transistoren notwendige Sperrspannung für deren Emitter gegenüber den Basen.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Elektronischer Schalter mit Transistoren ohne eigene Spannungsversorgung zum Ein- oder Ausschalten eines Laststromkreises, dadurch gekennzeichnet, daß im Kreise der über den Lastwiderstand (RL) anliegenden Betriebsspannung (U) die Emitter-Kollektor-Strecke des einen Transistors (Ts1) eines bistabilen Kippschalters mit komplementären Transistoren und eine Polarität der Betriebsspannung über einen Widerstand (R2 bzw. R3) an der den Schaltereingang (E) bildenden Basis des anderen Transistors (Ts2) der Kippschaltung liegt, um diesen bei Fehlen einer Schaltspannung leitend (bzw. gesperrt) zu halten, wo hingegen durch Anlegen einer Schaltspannung von der zur genannten entgegengesetzten Polarität an die Basis des Eingangstransistors (Ts2) die bistabile Schaltung kippt und dadurch der Lastkreis über den anderen Transistor geöffnet (bzw. geschlossen) wird.
2. 2. Elektronischer Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Kollektor-Emitter-Strecke des zweiten Transistors (Ts2) die Reihenschaltung aus der Kollektor-Emitter-Strecke und dem Emitterwiderstand (R$) eines Emitterfolgers (Ts3) liegt, dessen Emitter mit der Basis des zweiten Transistors (Ts 2) verbunden ist und dessen Basis als Schaltereingang (E) dient.