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Elektronischer Schalter Die Erfindung bezieht sich auf einen elektronischen
Schalter, insbesondere elektronischen Umschalter, für Geräte und Einrichtungen der
Hochfrequenztechnik.
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In der Nachtrichtenübertragungstechnik werden transistorisierte Schalter
Diodenschaltern oftmals vorgezogen, weil die ihnen .eigene Verstärkereigenschaft
neben der eigentlichen Schaltfunktion für zahlreiche Anwendungsfälle nicht nur wünschenswert
ist, sondern mit Rücksicht auf einen wirtschaftlich vernünftigen Aufwand oftmals
.eine erhebliche Bedeutung hat. Die Anwendung von Transistorschaltern bereitet bei
hohen Frequenzen insbesondere dann Schwierigkeiten, wenn das zu schaltende Signal,
beispielsweise das Zwischenfrequenzsignal in einem Richtfunksystem, sehr breitbandig
ist. Hier wirkt sich die Sperrschichtkapazität der die Schalter bildenden Transistoren
nachteilig auf die mit einem solchen Schalter erreichbare Sperrdämpfung aus. Dies
gilt auch .dann, wenn der Transistor als reiner Schalttransistor verwendet ist,
weil sich eine breitbandige Entkopplung seiner Basis gegen die auf Bezugspotential
liegende Steuerspannungsquelle praktisch nicht in ausreichendem Maße durchführen
läßt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen Transistorschalter
der einleitend beschriebenen Art eine einfache Lösung anzugeben, die es unter anderem
bei großen Anforderungen an die Sperrdämpfung gestattet, breitbandige Signale hoher
Frequenz zu schalten.
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Ausgehend von einem elektronischen Schalter für Geräte und Einrichtungen
der Hochfrequenztechnik, insbesondere elektronischer Umschalter, wird unter Verwendung
einer wenigstens einen Transistor aufweisenden Verstärkerschaltung gemäß der Erfindung
die Aufgabe dadurch gelöst, daß im Wege der Zuführung der Betriebsgleichspannung
für den in Kollektorschaltung ausgeführten Transistorverstärker eine Schalteinrichtung
vorgesehen ist, die in Abhängigkeit ihrer Schaltstellung an die Basis und den Kollektor
des Transistors entweder die Betriebsgleichspannung oder eine seine Emitter-Basis-Strecke
sperrendes und seine Kollektor-Basis-Strecke in den leitenden Zustand versetzendes
Potential anlegt.
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Der Erfindung liegt :die wesentliche Erkenntnis zugrunde, daß sich
ein Verstärkertransistor in einen Dämpfungsvierpol mit niederohmigem Querwiderstand
und hochohmigemLängswiderstand umgestalten läßt, wenn an Stelle der Betriebsgleichspannung
an seinen Elektroden -ein seine Emitter-Basis-Strecke sperrendes und seine Kollektor-Basis-Strecke
in den leitenden Zustand versetzendes Potential angelegt wird. Auf diese Weise läßt
:sich somit die Sperrdämpfung eines als Schalter verwendeten Transistors in außerordentlich
vorteilhafter Weise wesentlich verbessern.
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Die Schaltgeschwindigkeit, mit .der der Schalter von seinem leitenden
Zustand in den Sperrzustand übergeführt wird, ist in hohem Maße -davon abhängig,
wie rasch das den Sperrcharakter hervorrufende Potential nach dem Abschalten der
Betriebsgleichspannung an den Transistorelektroden wirksam wird. Besonders günstige
Ergebnisse lassen sich dann erzielen, wenn die Schalteinrichtung als einfacher Schalter
ausgeführt wird, über den die Betriebsgleichspannung, gegebenenfalls über Widerstände,
an der Basis und dem Kollektor des Transistors wirksam ist und hierbei das Potential
über einen ausreichend hochohmigen Widerstand der Reihenschaltung aus der Betriebsgleichspannung
und dem Schalter, unabhängig von dessen Schaltstellung, parallel angeschaltet ist.
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Ist die Sperrdämpfung der einen Transistor aufweisenden Schaltstufe
noch nicht ausreichend groß, so können zwei und mehr solcher Schalteinheiten zueinander
in Reihe geschaltet werden.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, bei dem zwei Schaltwege
mit jeweils wenigstens einem Transistor zu einem Umschalter vereinigt sind, ist
die Schalteinrichtung als Umschalter, vorzugsweise in Gestalt einer Kippstufe, ausgeführt,
über den die Betriebsgleichspannung wahlweise an der Basis und dem Kollektor des
Verstärkertransistors für den einen oder den anderen Schaltweg wirksam ist.
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An Hand von Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung dargestellt
sind, soll die Erfindung im folgenden noch näher erläutert werden.
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Die F i g. 1 zeigt einen elektronischen Schalter nach,der Erfindung
mit einem in Kollektorschaltung betriebenen Transistor Tr. Hierbei tritt das dem
Eingang
e zugeführte, d. h. an der Basis wirksame zu schaltende
Signal bei leitendem Schalter am Emitterwiderstand Re auf, um von dort über den
Ausgang a an einen Verbraucher zu gelangen. Die Betriebsgleichspannung - U liegt
bei geschlossenem Schalter s am Kollektor und über den Widerstand Rb 1 an der Basis
an. Der Widerstand Rb 1 bildet zusammen mit dem Widerstand Rb 2 einen Spannungsteiler,
durch den das an der Basis erforderliche Potential (Arbeitspunkt) festgelegt ist.
Das für das Sperren des Transistors Tr erforderliche Potential -I- U ist seinerseits
über den ausreichend hochohmig bemessenen Vorwiderstand Rv der Reihenschaltung aus
der Betriebsgleichspannung und dem Schalter fest angeschaltet.
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Solange der Schalter s geschlossen ist, fällt das Potential -I- U
vollständig am Vorwiderstand Rv ab, und .der Schalter stellt einen Transistorverstärker
üblicher Bauart dar. Wird der Schalter s geöffnet und damit die Betriebsgleichspannung
- U abgeschaltet, dann wird das Potential -I- U über den Vorwiderstand Rv einerseits
am Kollektor des Transistors Tr und andererseits über den Widerstand Rb 1 an der
Basis wirksam. Das so an der Basis wirksam gewordene Potential -f- U sperrt die
Emitter-Basis-Strecke und damit den Transistor selbst. Gleichzeitig versetzt die
Wirksamkeit des Potentials am Kollektor die Kollektor-Basis-Strecke in den leitenden
Zustand, so daß das eingangsseitig zugeführte Signal hochfrequenzmäßig .den Eingang
eines Dämpfungsvierpols mit einem großen Querleitwert und einem großen Längswiderstand
sieht.
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Beim Ausführungsbeispiel nach der F i g. 1 ist im Emitterzweig des
Transistors Tr ein ohmscher Widerstand Re vorgesehen, so daß die Spannungsverstärkung
praktisch gleich 1 ist. Eine Spannungsverstärkung > 1 kann in einfacher Weise dadurch
erzielt werden, daß an Stelle. des Emitterwiderstandes Re
ein Übertrager tritt,
der .die an seiner Primärseite anstehende Wechselspannung zum Ausgang a hin hochtransformiert.
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Nach der Lehre der Erfindung aufgebaute und erprobte Schalter entsprechend
dem Ausführungsbeispiel nach .der F i g. 1 ergeben bei einer Bandmittenfrequenzvon
70 MHz des Signals eine Sperrdämpfung von größer als 40 db.
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Außerdem lassen sich auf Grund des ständig über den Vorwiderstand
Rv an den Kollektorwiderstand Rc angeschalteten Potentials + USchaltzeiten <
5 Eisec ohne weiteres erzielen.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für einen Umschalter nach der
Erfindung, wie er beispielsweise in der ZF-Ebene eines Richtfunksystems Verwendung
finden kann, ist in der F i g. 2 ,dargestellt. Hierbei sind für jeden der beiden
Schaltwege zwischen dem Eingang e1 und dem Ausgang a sowie dem Eingang e2 und dem
Ausgang a je zwei hintereinandergeschaltete Schalter vorgesehen. Jede der vier Schaltstufen
weist einen Transistor Tr 11, Tr 12, Tr 21, Tr
22 in Kollektorschaltung auf, von denen jeder entsprechend dem Ausführungsbeispiel
nach der F i g. 1 emitterseitig einen Widerstand und basisseitig einen aus zwei
Widerständen bestehenden Spannungsteiler aufweist.
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Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel nach der F i g. 1 ist nunmehr
die Betriebsgleichspannung - U über den ebenfalls als Umschalter ausgebildeten Schalter
s' nicht mehr unmittelbar sondern mittelbar über jeweils einen nicht näher bezeichneten,
der Entkopplung dienenden Widerstand am Kollektor der Transistoren der Schaltstufen
wirksam. Das Potential -i- U ist einerseits über den Vorwiderstand Rv 1 an den einen
Wahlkontakt und andererseits über den Vorwiderstand Rv2 an den anderen Wahlkontakt
des Umschalters s' angeschaltet. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß abhängig
von der Stellung des Umschalters s' der eine Schaltweg geöffnet und der andere Schaltweg
gesperrt ist bzw. umgekehrt.
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Bei :der Hintereinanderschaltung von beispielsweise zwei Schaltstufen
entsprechend der F i g. 2 läßt sich infolge des niederohmigen Eingangs und des hochohmigen
Ausgangs der Transistoren der Schaltstufen praktisch eine Verdopplung der Sperrdämpfung
erreichen.
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Die ausgangsseitige Anpassung des Umschalters an den Verbraucher,
gestaltet sich dadurch besonders günstig, daß die Emitter-Basis-Strecke der Transistoren
des einen .gesperrten Schaltweges hochohmig ist und dadurch den anderen leitenden
Schaltweg ausgangsseitig praktisch nicht belastet.