DE1299707B

DE1299707B - Circuit arrangement for contactless switching of alternating voltage signals

Info

Publication number: DE1299707B
Application number: DE1968S0113790
Authority: DE
Inventors: Wizorke Martin
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1968-01-19
Filing date: 1968-01-19
Publication date: 1969-07-24

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum kontaktlosen Schalten von Wechselspannungssignalen mit einem im Längszweig und einem im Querzweig liegenden elektronischen Schalter, welche derart angesteuert sind, daß bei geöffnetem, im Längszweig liegendem Schalter der im Querzweig liegende geschlossen und bei geschlossenem, im Längszweig liegenden Schalter geöffnet ist. Bei einer bekannten derartigen Schaltungsanordnung ist der im Querzweig liegende Schalter ein Schalttransistor, der durch einen seiner Basis zugeführten Tastimpuls bis zur Sättigung durchgesteuert wird. Zwischen. dem Anschluß der Kollektor-Emitter-Strecke dieses Schalttransistors und den Signalausgang ist eine Diode geschaltet, an die eine Sperrspannung gelegt wird, wenn der Schalttransistor im leitenden Zustand ist. Eine derartige Schaltungsanordnung ist für elektroakustische Anlagen kaum geeignet, da er hinsichtlich Klirrfaktor; Verhältnis von Sperr- zu Durchlaßdämpfung und insbesondere der Knackgeräusche beim Umschalten den an solche Anlagen gestellten Forderungen nicht genügt.The invention relates to a circuit arrangement for contactless switching of AC voltage signals with one in the series branch and one in the shunt branch electronic switches, which are controlled in such a way that when open, in The switch located in the cross-branch is closed and when the switch is closed, The switch located in the series branch is open. In a known circuit arrangement of this type the switch located in the shunt branch is a switching transistor that is switched by one of its Basis supplied key pulse is controlled until saturation. Between. to the Connection of the collector-emitter path of this switching transistor and the signal output a diode is connected to which a reverse voltage is applied when the switching transistor is in the conductive state. Such a circuit arrangement is for electroacoustic Systems hardly suitable, as it is in terms of distortion factor; Ratio of blocking to Attenuation and especially the cracking noises when switching to such Attachments are not sufficient.

Kontaktlose Schalter werden bevorzugt eingesetzt, wenn wegen häufigen Schalters Relais hinsichtlich Störungsfreiheit, Wartung und Kontaktzuverlässigkeit unbefriedigend sind. Man ist auch bemüht, kontaktlose Schalter in Kreuzschienenverteiler einzusetzen, da wegen der großen Zahl von Kontaktstellen die einzelnen Kontakte eine hohe Zuverlässigkeit aufweisen sollen. In einem Kreuzschienenverteiler werden bekanntlich eine Anzahl von Informationsquellen auf eine Anzahl von Informationsverbrauchern wahlweise durchverbunden. Eingangs- und Ausgangsschienen kreuzen dabei einander so, daß sich eine Matrix von Kreuzungspunkten ergibt und durch Verbinden der Schienen an einem Kreuzungspunkt ein Eingang auf einen Ausgang geschaltet wird. Solche Verteiler wurden bisher mit Relais aufgebaut, obwohl diesen verschiedene Mängel anhaften. Sie haben jedoch den großen Vorteil einer großen Sperrdämpfung, die bisher mit kontaktlosen, aus Halbleiterbauelementen aufgebauten Schaltern nicht erreicht werden konnte.Contactless switches are preferred when due to frequent Switch relay with regard to freedom from interference, maintenance and contact reliability are unsatisfactory. Efforts are also being made to incorporate contactless switches in crossbar distributors to be used, because of the large number of contact points, the individual contacts should have a high level of reliability. Be in a matrix switcher as is known, a number of information sources to a number of information consumers optionally connected through. Entry and exit rails cross each other so that there is a matrix of crossing points and by connecting the rails an input is switched to an output at a crossing point. Such distributors have so far been built with relays, although they have various shortcomings. However, they have the great advantage of high blocking attenuation, which was previously possible with contactless, switches constructed from semiconductor components could not be reached.

In F i g. 1 ist ein kontaktloser Schalter dargestellt, der für den Einsatz in Kreuzschienenverteiler vorgeschlagen wurde. Das Eingangssignal wird über einen Übertrager Vi, dessen Sekundärwicklung eine Mittelanzapfung enthält, den Kollektoren von zwei Transistoren T1 und T2 zugeführt. In den Emitterkreisen dieser Transistoren liegt die Primärwicklung eines Ausgangsübertragers Ü2, die ebenfalls eine Mittelanzapfung enthält. An die Mittelanzapfungen der Übertrager ist die Speisespannung angeschlossen. Die Basisanschlüsse der Transistoren T1 und T2 sind über Widerstände miteinander .verbunden und liegen über einen Schalter an dem Pluspol der Speisespannung: Wird der Schalter geschlossen, so führen die beiden Transistoren Strom, und das Wechselspannungssignal gelangt vom Eingangsübertrager zum Ausgangsübertrager. Die Sperrdämpfung eines solchen Schalters ist bei höheren Frequenzen nur gering, da die Kollektor-Emitter-Kapazitäten der Transistoren im Vergleich zum Belastungswiderstand am Ausgang so groß sind, daß am Ausgang ein störendes Wechselspannungssignal auftritt. Zur Erhöhung der Sperrdämpfung hat man deshalb Kompensationskondensatoren C3 und C4 vorgesehen, deren Abgleich aber sehr kritisch und temperaturabhängig ist. Es kann kaum eine Dämpfung von mehr als 90 db erreicht werden. Für Tonkreuzschienenverteiler ist dagegen eine Dämpfung von mindestens 100 db erforderlich.In Fig. 1 shows a contactless switch that is used for the Use in crossbar distributors has been suggested. The input signal is via a transformer Vi, the secondary winding of which contains a center tap, the collectors fed by two transistors T1 and T2. In the emitter circuits of these transistors is the primary winding of an output transformer Ü2, which also has a center tap contains. The supply voltage is connected to the center taps of the transformers. The base connections of the transistors T1 and T2 are connected to one another via resistors .connected and are connected to the positive pole of the supply voltage via a switch: Will If the switch is closed, the two transistors carry current and the AC voltage signal gets from the input transformer to the output transformer. The blocking attenuation of such a The switch is only small at higher frequencies because of the collector-emitter capacitances the transistors are so large compared to the load resistance at the output, that an interfering AC voltage signal occurs at the output. To increase the blocking attenuation compensation capacitors C3 and C4 have therefore been provided for balancing them but is very critical and temperature dependent. It can hardly be any more attenuation than 90 db can be achieved. For audio crossbar distributors, on the other hand, there is attenuation of at least 100 db is required.

Es wurden auch Dämpfungsglieder vorgeschlagen (Patentanmeldung S 104916 VIII c/21 a2), die eine Diodenbrücke enthalten. Die Brücke ist so in den Signalweg geschaltet, daß zwei Brückenzweige mit je zwei gegensinnig geschalteten Diodenstrecken den Signalweg überbrücken. An die Brückenzweige sind zwischen den Diodenstrecken die beiden Pole einer Steuergleichspannung angeschlossen. Der Diodenbrücke ist in dein Signalweg ein Widerstand mit einem solchen Widerstandswert vorgeschaltet, daß, wenn die Dioden in Durchlaßrichtung gepolt sind, das Verhältnis des aus dem Durchlaßwiderstand der Diodenbrücke und dem Vorwiderstand klein ist und der Signalpegel entsprechend erniedrigt wird und daß, wenn die Dioden in Sperrichtung gepolt sind, das Spannungsteilerverhältnis groß ist und der Signalpegel nur wenig erniedrigt wird. Eine solche Diodenbrücke kann als Schalter verwendet werden, dessen Sperrdämpfung größer als die des Schalters nach F i g. 1 ist, aber noch nicht völlig den Anforderungen genügt, die an einen Schalter für einen Kreuzschienenverteiler gestellt werden. Weitere Nachteile dieses Schalters sind darin zu sehen, daß die Widerstände R die Wechselstromquelle belasten und daß Ungleichheiten der Diodenbrücke beim Schalten der Gleichspannung zu Knackstörungen am Ausgang führen.Attenuators have also been proposed (patent application S 104916 VIII c / 21 a2), which contain a diode bridge. The bridge is so in the signal path switched that two bridge branches each with two oppositely connected diode lines bridge the signal path. The bridge arms are between the diode lines the two poles of a DC control voltage are connected. The diode bridge is in your signal path is preceded by a resistor with a resistance value such that, when the diodes are forward biased, the ratio of the forward resistance the diode bridge and the series resistor is small and the signal level is accordingly is decreased and that, when the diodes are reverse biased, the voltage divider ratio is large and the signal level is only slightly lowered. Such a diode bridge can be used as a switch with a blocking attenuation greater than that of the switch according to FIG. 1, but does not yet fully meet the requirements that a Switches for a crossbar distributor can be provided. Other disadvantages of this Switch can be seen in the fact that the resistors R load the AC power source and that inequalities of the diode bridge when switching the DC voltage to click noise lead at the exit.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen kontaktlosen Schalter zu schaffen, der insbesondere für Tonkreuzschienenverteiler geeignet ist und bei dem die Nachteile der vorbekannten Schalter vermieden sind, der aber dennoch günstige Eigenschaften hinsichtlich seines Frequenzganges, seines Klirrfaktors und seiner Aussteuerfähigkeit aufweist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Wechselspannung auf einer symmetrischen Leitung geführt ist, in deren Adern jeweils ein im Längszweig liegender, als Schalter wirkender Transistor vorgesehen ist, auf die eine den im Querzweig liegenden Schalter bildende Diodenbrücke folgt, welche die Signalwege überbrückt, und daß die Kollektor- oder Emitterströme der im Längszweig liegenden Transistoren einen gemeinsamen Widerstand durchfließen und an diesem einen Spannungsabfall erzeugen, der größer als die an einem Spannungsteiler abgegriffene konstante Spannung ist, so daß die von der Differenz dieser Spannung angesteuerte Diodenbrücke bei durchgesteuerten Transistoren gesperrt und bei gesperrten Transistoren durchgeschaltet ist. Dadurch, daß für die in den Längszweigen liegenden Schalter Transistoren und für den im Querzweig liegenden Schalter eine gesteuerte Diodenbrücke verwendet ist, wird die Signalquelle nur wenig belastet, und es entsteht beim Umschalten nur eine niedrige Knackspannung.The object of the invention is to create a contactless switch, which is particularly suitable for clay crossbar distributors and which has the disadvantages the previously known switches are avoided, but still have favorable properties with regard to its frequency response, its distortion factor and its modulation capability having. According to the invention, this object is achieved in that the alternating voltage is routed on a symmetrical line, in each of whose veins one in the series branch lying, acting as a switch transistor is provided, on which the im Diode bridge forming a cross-branch switch follows which the signal paths bridged, and that the collector or emitter currents lying in the series branch Transistors flow through a common resistor and a voltage drop across it generate which is greater than the constant voltage tapped at a voltage divider is, so that the diode bridge controlled by the difference in this voltage at blocked transistors and switched through when the transistors are blocked is. In that, for the switches located in the series branches, transistors and a controlled diode bridge is used for the switch in the cross branch, the signal source is only slightly loaded, and only one is produced when switching low click voltage.

Unter Umständen ist der niedrige Ausgangswiderstand des geöffneten Schalters unerwünscht, insbesondere dann, wenn, wie im Falle eines Kreuzschienenverteilers, eine von vielen Eingängen auf eine gemeinsame Ausgangsschiene geschaltet wird. Die jeweils sperrenden Schalter würden die jeweils durchgeschaltete Signalquelle kurzschließen. Um dies zu vermeiden, ist in die Signalwege des Schalters je ein weiterer, zum ersten Schalter in Reihe liegender und parallel zu diesem angesteuerter Schalter vorgesehen.Under certain circumstances, the low output resistance is the open Switch undesirable, especially if, as in the case of a crossbar distributor, one of many inputs is switched to a common output rail. the each blocking switch would short-circuit the connected signal source. To avoid this, there is an additional one in the signal path of the switch, to the first Switches arranged in series and controlled in parallel with this switch are provided.

Bei Einsatz des Schalters nach der Erfindung in einem Kreuzschienenverteiler, wozu er besonders geeignet ist, ist außerdem vorzugsweise für jede Ausgangsschiene jeweils eine weitere Diodenbrücke vorgesehen, die über Entkopplungsdioden von allen Kreuzpunkten oder von einer Verriegelungsschaltung, die verhindert, daß mehrere Eingänge auf einen Ausgang geschaltet sind, angesteuert wird.When using the switch according to the invention in a crossbar distributor, what it is particularly suitable for is also preferred for each output rail respectively Another diode bridge is provided, which has decoupling diodes from all crosspoints or by an interlock circuit that prevents multiple inputs from occurring an output are switched, is controlled.

An Hand der F i g. 2 und 3, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, werden im folgenden die Erfindung sowie weitere Vorteile und Ergänzungen näher beschrieben und erläutert.On the basis of FIG. 2 and 3, in which embodiments of the invention are shown, the invention and other advantages and additions are shown below described and explained in more detail.

F i g. 2 zeigt das Schaltbild eines bevorzugten Schalters nach der Erfindung.F i g. 2 shows the circuit diagram of a preferred switch according to FIG Invention.

In F i g. 3 ist ein mit Schaltern nach der Erfindung aufgebauter Kreuzschienenverteiler im Prinzip dargestellt.In Fig. 3 is a crossbar distributor constructed with switches according to the invention shown in principle.

Die zu schaltende Wechselspannung wird über einen übertrager ü1 dem Schalter zugeführt. An der Sekundärwicklung des Eingangsübertragers liegen die Kollektoren der Transistoren T3 und T4, an deren Emitter ein weiteres Transistorpaar T5, TB in Reihe geschaltet ist, in deren Emitterkreis die Primärwicklung des Ausgangsübertragers liegt. Die Basiselektroden der Transistoren sind entkoppelt parallel geschaltet und werden über einen Schalter S von dem Pluspol der Speisespannung angesteuert. Eine Diode D3 dient dazu, etwaige Rückströme in der Ansteuerschaltung zu verhindern.The alternating voltage to be switched is via a transformer ü1 dem Switch supplied. The collectors are connected to the secondary winding of the input transformer of the transistors T3 and T4, at the emitter of which a further pair of transistors T5, TB is connected in series, in the emitter circuit of which the primary winding of the output transformer lies. The base electrodes of the transistors are decoupled and connected in parallel and are controlled via a switch S from the positive pole of the supply voltage. A diode D3 is used to prevent any reverse currents in the control circuit.

Zwischen den beiden Transistorpaaren liegt über zwei Kondensatoren C5 und C, die eine Diagonale einer Diodenbrücke D4, deren andere Diagonale mit einer Spannung angesteuert wird, die aus der Differenz zwischen einer an einem Potentiometer RJR2 abgegriffenen konstanten Spannung und der an dem gemeinsamen Emitterwiderstand R3 der Transistoren T5 und T8 abfallenden Spannung gebildet wird. Die Kollektorgleichspannung der Transistoren T3 und T4 wird über einen Widerstand und über jeweils eine Wicklungshälfte der Sekundärwicklung des Eingangsübertragers zugeführt.There are two capacitors between the two transistor pairs C5 and C, one diagonal of a diode bridge D4, the other diagonal with a Voltage is controlled from the difference between one on a potentiometer RJR2 tapped constant voltage and that at the common emitter resistor R3 of the transistors T5 and T8 falling voltage is formed. The collector DC voltage the transistors T3 and T4 is via a resistor and one half of the winding fed to the secondary winding of the input transformer.

Bei geöffnetem Schalter S sind die Transistoren T3 ... T8 gesperrt, während die Dioden der Brücke D4 einen durch die Widerstände R1 und R3 begrenzten Strom aus der Gleichspannungsquelle führen. Das Verhältnis des aus dem Brückenwiderstand und dem Innenwiderstand der Transistoren T3 und T4 gebildeten Spannungsteilers ist daher niedrig, und an der Diodenbrücke liegt nur eine kleine Wechselspannung. Diese kleine Wechselspannung wird an einem weiteren Spannungsteiler, der von den Transistoren T5 und TB und dem Lastwiderstand RL gebildet wird, nochmals verkleinert. Mit einer solchen Schaltung werden auch ohne Kompensation der Kollektor-Emitter-Kapazitäten der Transistoren Sperrdämpfungen von mehr als 100 db z. B. 115 db bei 15 kHz erreicht.When the switch S is open, the transistors T3 ... T8 are blocked, while the diodes of the bridge D4 carry a current limited by the resistors R1 and R3 from the DC voltage source. The ratio of the voltage divider formed from the bridge resistance and the internal resistance of the transistors T3 and T4 is therefore low, and only a small alternating voltage is applied to the diode bridge. This small alternating voltage is reduced again at a further voltage divider, which is formed by the transistors T5 and TB and the load resistor RL. With such a circuit, blocking attenuations of more than 100 db z. B. achieved 115 db at 15 kHz.

Ist der Schalter S geschlossen, so werden die Transistorschalter T3 ... T6 geöffnet, und es fließt ein Strom über den gemeinsamen Emitterwiderstand R3. Dieser Widerstand ist in Verbindung mit den Emitterströmen und dem Spannungsteilerverhältnis der Widerstände R1 und R2 so gewählt, daß der Spannungsanfall an ihm größer ist als die Spannung am Widerstand R2, so daß die Dioden der Brücke D4 gesperrt werden. Das Spannungsteilerverhältnis des Innenwiderstandes der Transistoren T3 und T4 zu dem dynamischen Widerstand der Brücke D4 wird damit nahezu gleich Null; der Schalter ist geöffnet. Eine Besonderheit des neuen kontaktlosen Schalters liegt darin, daß die Diodenbrücke D4 von den Transistoren T3, T4 zwangläufig umgekehrt mitgesteuert wird. Zur Verminderung von Knackspannungen kann zwischen der Steuerleitung der Transistoren und Masse ein Kondensator C eingeschaltet sein. Die beschriebene Schaltung nach F i g. 2 zeichnet sich durch ihre besonders hohe Sperrdämpfung bei gleichzeitig guten übertragungseigenschaften aus. Es sind zahlreiche Variationen möglich, die im allgemeinen eine Verschlechterung der übertragungscharakteristik zur Folge haben. Beispielsweise können die Transistoren T3 ... T, durch Diodenbrvcken oderkund die Diodenbrücke D4 durch Transistoren ersetzt werden. Es ist auch eine unsymmetrische Einspeisung der Signalwechselspannung möglich. In diesem Falle müßte die Schaltung mit einer erdfreien Gleichspannung angesteuert werden, damit keine Knackspannung beim Umschalten auftritt.If the switch S is closed, the transistor switches T3 ... T6 are opened, and a current flows through the common emitter resistor R3. This resistor is selected in connection with the emitter currents and the voltage divider ratio of the resistors R1 and R2 so that the voltage across it is greater than the voltage across the resistor R2, so that the diodes of the bridge D4 are blocked. The voltage divider ratio of the internal resistance of the transistors T3 and T4 to the dynamic resistance of the bridge D4 is thus almost equal to zero; the switch is open. A special feature of the new contactless switch is that the diode bridge D4 is inevitably controlled in reverse by the transistors T3, T4. To reduce cracking voltages, a capacitor C can be connected between the control line of the transistors and ground. The circuit described according to FIG. 2 is characterized by its particularly high blocking attenuation with good transmission properties at the same time. Numerous variations are possible, which generally result in a deterioration in the transmission characteristics. For example, the transistors T3 ... T, can be replaced by diode bridges or the diode bridge D4 by transistors. An asymmetrical supply of the signal alternating voltage is also possible. In this case, the circuit would have to be controlled with a floating DC voltage so that no click voltage occurs when switching over.

Mit dem Kreuzschienenverteiler nach F i g. 3 kann wahlweise je einer der Eingänge El ... En auf einen der Ausgänge A 1... Am durchgeschaltet werden. In jedem Kreuzungspunkt der Sammelschienen für die Eingangs- und Ausgangssignale liegt jeweils ein Schalter S11, S12 ... S"," nach Art des in F i g. 2 dargestellten. Einige Bauteile können allen Schaltern gemeinsam sein, so z. B. der Spannungsteiler RJR2 zur Erzeugung der Vorspannung für die Diodenbrükken D4. Zur weiteren Verminderung des Übersprechens ist in jeder Ausgangsschiene eine weitere Diodenbrücke DA 1 ... DA," vorgesehen, welche die Ausgangsschiene kurzschließt, wenn keiner der zugehörigen Schalter angesteuert ist. Ist dagegen ein Schalter angesteuert, so muß der Kurzschluß aufgehoben werden. Die Diodenbrücken werden mit den Potentialen angesteuert, die an den Widerständen R3 der einzelnen Schalter abgegriffen und mit denen die Diodenbrücken D4 angesteuert werden. Zweckmäßig werden diese Potentiale über Entkopplungsdioden D5 auf eine Sammelschiene geführt.With the crossbar distributor according to FIG. 3, one of the inputs El ... En can optionally be switched through to one of the outputs A 1 ... Am. At each intersection of the busbars for the input and output signals there is a switch S11, S12 ... S "," of the type shown in FIG. 2 shown. Some components may be common to all switches, e.g. B. the voltage divider RJR2 for generating the bias voltage for the diode bridges D4. To further reduce the crosstalk in each output track a further diode bridge DA 1 ... DA is provided ", which short-circuits the output bar, if none of the associated switch is actuated. If, however, a switch controlled, so the short circuit, the diode bridges to be lifted. are controlled with the potentials that are tapped at the resistors R3 of the individual switches and with which the diode bridges D4 are controlled.

Claims

Claims: 1. Circuit arrangement for contactless switching of AC voltage signals with one in the series branch and one in the shunt branch electronic switches, which are controlled in such a way that when open, in The switch located in the cross-branch is closed and when the switch is closed, in the series branch switch is open, d a -characterized in that the AC voltage is carried on a symmetrical line, in each of the wires a transistor which is located in the series branch and acts as a switch is provided which follows a diode bridge (D4) forming the switch located in the shunt branch, which the signal paths bridged, and that the collector or emitter currents in the series branch lying transistors (T3, T4) flow through a common resistor (R.) and generate a voltage drop across it that is greater than that across a voltage divider (R1, R2) tapped constant voltage, so that the difference between these Voltage controlled diode bridge (D4) with activated transistors (T3, T4) is blocked and switched through when the transistors are blocked.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the secondary winding of the input transformer (EU) and the primary winding of the output transformer (AÜ) each have a center tap through which the supply voltage (UB) is supplied and that at the center tap of the input transformer (EÜ) The base connections of the transistors (T3, T4) are connected via a switch (S), the collector-emitter paths of which are in series with the secondary winding of the input transformer (EU) and the primary winding of the output transformer (AÜ).

3. Circuit arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that in the signal paths on the diode bridge (D4) located in the shunt arm, a further switch (T5, T6) connected in series with the transistors (T3, T4) and controlled in parallel with them ) lies.

4. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that a diode (D3) is connected between the switch (S) and the base connections of the transistors (T3 ... T6).

5. Switch according to one of the claims 1 to 4, characterized in that between the control line for the in the signal path lying switch and ground a capacitor (C) is connected.

6. Using a Switch Lach one of claims 1 to 5 for switching through the crosspoints of a Crossbar distributor.

7. A matrix according to claim 6, characterized in that in each output rail a further diode bridge (DA,... DA ") is connected, which is switched into the blocking state when one of at the output rail lying switch (S11 ... S "1 or S12 ... S" 2 bzvc: S1. ... S "",) is switched through, and which is in the on state when no switch is switched through the diode bridges (DA, ... DA ") are controlled in parallel with the second electronic switches (D4) of the switches on the output rail. 9. Crossbar distributor according to claim 7, characterized in that the diode bridges (DA, ... DA, ") are controlled by a locking circuit which brings about the uniqueness of the assignment between inputs and outputs.