DE1148261B

DE1148261B - Electronic switch with complementary transistors

Info

Publication number: DE1148261B
Application number: DET22401A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Edgar Matejka
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1962-07-03
Filing date: 1962-07-03
Publication date: 1963-05-09

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.Electronic switch with complementary transistors The invention relates to an electronic switch with complementary transistors, which is especially for switching a consumer and an operating voltage source containing Working or closed circuits are suitable, as is the case, for example, in telephone switching technology is often the case. It is used to advantage wherever it has been up to now known electronic switch or transistor relay as a result of an expensive or difficult control voltage generation are unsuitable.

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.In Fig. 1, a known electronic switch with a transistor Ts and a bias voltage source Uz is shown at the base. The control voltage is fed to the base of the transistor via input E. The transistor switch closes or opens the circuit via the loads RL 1 and RL and the operating voltage U1 in accordance with the control voltage at input E and the bias voltage Uz. The bias voltage source U2 keeps the switching transistor Ts either in the conductive or in the blocked state, depending on the sign. For control it is sufficient that the control voltage in E has a single polarity. If there is no bias voltage U, the control voltage in E must have two polarities in order to open and close the switch.

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.A transistor relay circuit known from German Patent 1117 168 works with a transistor which is operated as a switch for a load circuit without a separate internal voltage supply. However, this circuit only acts as an operating circuit, ie the transistor switch is blocked if there is no switching voltage at its base. Operation with a current-carrying transistor in the rest position without control voltage can only be carried out by additional circuit measures.

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.According to the invention, it is possible by using a bistable Step as a switch to give the switch a conductive or a blocked rest position, without the need for an additional control bias source. The electronic Switch can, for example, previously used electromagnetic relays in numerous Replace circles of the same kind. The one in the case of the closed circuit for everyone Switch circuit separately required control bias voltage source (corresponding to U, in Fig. 1) is saved according to the above.

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.The electronic switch according to the invention for switching on or off a load circuit is characterized in that in the circle of the load resistor applied operating voltage the emitter-collector path of one transistor a bistable multivibrator with complementary transistors and one polarity the operating voltage via a resistor on the forming the switch input Base of the other transistor of the flip-flop is to this in the absence of one Switching voltage conductive (or blocked) and thus the other transistor as well to keep conductive (or blocked), whereas by applying a switching voltage of the opposite polarity to the mentioned to the base of the input transistor the bistable circuit flipped and thereby the load circuit via the other transistor is opened (or closed).

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.An advantageous development especially for the case that the circuit input should be high resistance, for example when controlled by a coil with high inductance results when an emitter follower in front of the input transistor is used as the input stage the bistable stage is switched. Since the output of the emitter follower has a low resistance is, among other things, the collector resistance of the output transistor in the load circuit the bistable stage can be kept small. This will change its effect on the Load resistance as a disruptive series resistance largely reduced.

Ein weiterer Vorteil ist die Potentialfreiheit des Eingangskreises.Another advantage is the potential freedom of the input circuit.

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.More specific embodiments of the invention will become apparent from the following Examples explained. A principle example of a circuit according to the invention shows Fig.2. In Figure 3 an executed favorable circuit is shown.

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 Fig. 2, the two transistors of the bistable stage are designated by Tsl and Ts2. In the example given, Ts 1 is of the npn type and Ts 2 of the pnp type. The emitter of the transistor Ts 1 is connected to the negative pole of the operating voltage U1 via a consumer resistor RL. The consumer can be a long line, just like the other line connection routed to the positive pole of the voltage Ui. The collector of the transistor Ts1 is connected to the positive pole of the operating voltage U1 via the collector resistor R7 and to the base of the second transistor Ts 2 of the bistable stage via the resistor R6. The emitter of this transistor is connected to the positive pole of the operating voltage U1 connected to the resistor R7, the collector is connected to the emitter of the first transistor Tsl via the coupling resistor R4 and the resistor R5. A connection point between resistor R4 and R5 is connected to the base of transistor Ts 1 . The control voltage of the base of the second transistor Ts2 is fed from the input terminal E via the input resistor R1. Furthermore, for the first example considered, a high-value resistor R2 is connected between the base of the second transistor and the emitter of the transistor Tsl.

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.In the rest position of the circuit, both transistors are conductive here. If, in this case, a positive control voltage occurs at input E, the Transistor Ts2 blocked and also the transistor via the feedback resistor R4 Ts 1. Resistor R2 then conducts the transition of the switch from the open state (both transistors blocked) in the closed state (both transistors conductive) on as soon as the control at the input ceases to exist. A small amount then flows Current from the negative pole of the operating voltage through R2, which is sufficient to the transistor Ts 2 up a little. Due to the mutual feedback of the trigger transistors the switch then very quickly toggles into the conductive state. As soon as the control voltage disappears, so the switch goes back to the state in which both transistors conduct.

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.If the resistor R2 were missing, the switch would have no control voltage at input E in the state in which it was entered by the last control voltage was moved.

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.If, instead of the resistor R2, the relatively low-resistance resistor R3 shown in broken lines is connected between the base of the transistor Ts 2 and the positive pole of the operating voltage Ui, both transistors are in the blocked state when the control voltage is missing, the load circuit corresponds to an operating circuit.

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.In Fig. 1 is a favorable embodiment of the switch according to the Invention shown in an application example. The circuit elements in FIGS. 2 and 3 are the same are provided with the same reference numbers.

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.A control voltage, which is positive in this case, is fed to the input E of the switch via a transformer Tr with a rectifier section D .. C if an alternating voltage is present at the transformer. It is controlled by an alternating voltage that opens the switch (principle of the closed circuit). The control voltage now does not control the base of the transistor Ts2, as in FIG. 2, but the base of a transistor Ts3, which is connected as an emitter follower. Its collector is connected to the collector of the transistor Ts2, its emitter to the base of the transistor Ts 2 and also to the positive pole of the operating voltage source via the emitter resistor R $. The resistor R2 is connected to the base of the emitter follower transistor and likewise the coupling resistor R ". Furthermore, the diodes D1 and D2 polarized in the forward direction are connected in the emitter lines of the two switch transistors Ts 1 and Ts 2.

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.The emitter follower has the well-known effect of resistance adjustment to a high-resistance input and a low-resistance output. That means but that the collector resistance R7 in the load circuit can be chosen to be smaller than in the circuit in Fig. 2. The resistor R7 should be as small as possible, since it acts as a series resistor for the load resistor RL.

Die Dioden D1 und D2 liefern die zur Sperrung der Transistoren notwendige Sperrspannung für deren Emitter gegenüber den Basen.The diodes D1 and D2 provide the necessary to block the transistors Reverse voltage for their emitter compared to the bases.

Claims

CLAIMS: 1. Electronic switch comprising transistors without its own power supply for switching on or off a load current circuit, characterized in that the circle of the present across the load resistor (RL) operating voltage (U), the emitter-collector path of a transistor (Ts1) of bistable toggle switch with complementary transistors and one polarity of the operating voltage via a resistor (R2 or R3) to the base of the other transistor (Ts2) forming the switch input (E) in order to make it conductive (or blocked) in the absence of a switching voltage where, however, by applying a switching voltage of the opposite polarity to the base of the input transistor (Ts2), the bistable circuit flips and the load circuit is opened (or closed) via the other transistor.

2. Electronic switch according to claim 1, characterized in that parallel to the collector-emitter path of the second transistor (Ts2), the series connection of the collector-emitter path and the emitter resistor (R $) of an emitter follower (Ts3) is located, the emitter of which is connected to the base of the second transistor (Ts 2) and whose base serves as a switch input (E).