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Schaltungsanordnung zur elektronischen Tastung von Signalen Die Erfindung
bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur elektronischen Schaltung oder Tastung
von Signalen, insbesondere Hochfrequenzsignalen, mit einem Schalttransistor, der
mit seiner Kollektor-Emitter-Strecke .als Querglied in den Übertragungsweg eingeschaltet
ist und der durch einen der Basis zugeführten Tastimpuls bis zur Sättigung übersteuert
ist und mit einer als Längsglied zwischen den Anschluß der Kollektor-Emitter-Strecke
des Schalttransistors und den Signalausgang geschalteten Diode, die der Kollektor-Emitter-Strecke
des Schalttransistors über ein nachgeschaltetes Netzwerk parallel geschaltet ist,
indem an der Diode im leitenden Zustand des Schalttransistors eine als Sperrspannung
wirksame Gleichspannung auftritt.
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Es sind Schaltungsanordnungen bekannt, welche durch geeignete Ansteuerung
von im. Übertragungs-.weg liegenden Halbleiterdioden eine Signalübertragung Wahlweise
sperren oder freigeben.
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Wird beispielsweise eine solche Diode als Querglied geschaltet, so
muß -sie mit einer hohen Spannung in Sperrichtung beaufschlagt werden, wenn sie
unwirksam sein und die Übertragung zulassen soll, und mit einem hohen Ström in -Durchlaßrichtung
vorbelastet werden, wenn sie einen Kurzschluß darstellen und die Übertragung unterbinden
soll. Die umgekehrte Ansteuerung ist nötig, wenn man die Diode statt dessen als
Längswiderstand im Übertragungsweg anordnet.
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Bekannt ist auch die Verwendung von Quer- und Längsdioden gleichzeitig
dort, wo die mit einer einzelnen Diode erzielbare Dämpfung im gesperrten Zustand
nicht ausreicht.
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Die Steuerströme und -spannurigen derartiger Schalter müssen erheblich
größer als die zu übertragenden Signalamplituden sein. Sie erfordern daher einen
vergleichsweise hohen Aufwand zu ihrer Erzeugung und -elektronischen Steuerung und
verursachen, besonders bei einer raschen periodischen Tastung, leicht niederfrequente
Störspannungen in Hochfrequenzgeräten.
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Es ist eine Schaltungsanordnung bekannt, die einen Transistor als
Querglied verwendet, der von seiner Basis aus gesperrt bzw. in die Sättigung gesteuert
wird. Hierbei ist zwar wegen der Verstärkung des Transistors der Steuerstrombedarf
geringer, jedoch ist die Verwendung als Längselement und die Kombination von Längs-
und Querelementen nicht möglich, da sich keine geeignete Art der Ansteuerung finden
läßt. Es lassen sich also keine sehr hohen Sperrdämpfungen erzielen, und es können
keine Schalter gebaut werden, die ausgangsseitig im gesperrten Zustand einen hochohmigen
Quellenwiderstand darstellen. Betreibt man den Transistor für den Fall der Sättigung
mit einem Kollektor-Ruhestrom, so wird auch dieser im Takt der Tastung ein- und
ausgeschaltet und kann zu niederfrequenten Störungen führen.
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Es ist außerdem eine Schaltungsanordnung für Fernsprechvermittlungsstellenbekannt;inderenSprechstrom-Übertragungsweg
ein Schalttransistor und eine Diode hintereinander als Längsglieder und die Kollektor-Emitter-Strecke
eine zweiten Schalttransistors als Querglied zwischen dem ersten Schalttransistor
und der Diode eingeschaltet sind. Der Kollektor-Emitter-Strecke des als Querglied
angeordneten Schalttransistors und der Diode ist zusätzlich ein Netzwerk aus einer
Induktivität und einem ohmschen Widerstand parallel geschaltet. Bei Durchschaltung
der Kollektor-Emitter-Strecke des als Querglied angeordneten Schalttransistors wird
die Signalspannung kurzgeschlossen, und es entsteht an der Diode eine Sperrspannung.
Bei Verwendung mehrerer Übertragungswege ist für jeden dieser Übertragungswege ein
eigenes, aus einer Induktivität und einem Widerstand bestehendes Netzwerk vorgesehen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt vor allem die Aufgabe zugrunde, eine
Schaltungsanordnung zu schaffen, mit der sich beliebig viele auf den gleichen Ausgang
arbeitende Übertragungswege einzeln oder zu mehreren zu- oder abschalten lassen.
Derartige Probleme treten z. B. bei der Durchschaltung von Videosignalen auf, wobei
zweckmäßig die Übertragungswege auch so ausgebildet werden können, daß die Übertragung
von Gleichstrom möglich ist. Die Erfindung erfüllt diese Aufgabe mit einem besonders
geringen Aufwand dadurch, daß bei mehreren untereinander auf einen gemeinsamen Ausgang
geschalteten Übertragungswegen, von denen jeder einen Schalttransistor als Querglied
und eine Diode als Längsglied aufweist, das Netzwerk, in dem die Sperrspannung wirksam
ist,
für alle Übertragungswege nur einmal vorhanden und die im leitenden
Zustand des Schalttransistors an den Dioden als Sperrspannung wirksame Gleichspannung
an den gemeinsamen Ausgang geführt ist. Es ist nur ein einziges, für alle Übertragungswege
gemeinsames Netzwerk vorgesehen. An den gemeinsamen Ausgang wird bei Durchschaltung
des als Querglied eingeschalteten Transistors die an den Dioden als Sperrspannung
wirksame, durch das Netzwerk entstehende Gleichspannung geführt. Wird einem der
Schalttransistoren ein Tastimpuls zugeführt, so wird die Kollektor-Emitter-Strecke
dieses Transistors leitend und an die entsprechende Diode durch das gemeinsame Netzwerk
Sperrpotential angelegt. Mit dieser Anordnung können die einzelnen Übertragungswege
beliebig lange Zeit auf den gemeinsamen Ausgang aufgeschaltet werden. Außerdem lassen
sich mehrere Übertragungswege gleichzeitig auf den gemeinsamen Ausgang zusammenschalten,
so daß sich mit sehr geringem Aufwand, nämlich durch die Einfügung nur eines einzigen
Netzwerkes für alle Übertragungswege, beliebige Schaltkombinationen mit beliebigen
Schaltzeiten verwirklichen lassen.
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Der jeweils für einen Übertragungsweg vorgesehene Teil der Schaltungsanordnung
wird-vorzugsweise eingesetzt im Kollektorkreis (bzw. Anodenkreis) einer gewöhnlichen,
in Emitter-(bzw. Kathodenbasis-) Schaltung oder inl Basis-(bzw. Gitterbasis-)Schaltung
ausgeführten, beliebig gestalteten Transistor- oder Röhrenverstärkerstufe eines
Trennverstärkers mit einem HF-Transistor in Basisschaltung. Sie wird zweckmäßig
eingefügt hinter dem Kollektor-(bzw. Anoden-)Anschluß dieser Verstärkerstufe, aber
vor denjenigen Bauelementen, die üblicherweise das Signal vom Kollektor-(bzw. Anoden-)Ruhestrom
abtrennen.. Dabei -läßt=sich-der Vorteil ausnutzen, daß der Ruhestrom eines- geeignet
betriebenen Transistors oder einer Pentode unabhängig von einer gewissen Spannungsänderung,
wie sie in Abhängigkeit vom Schaltzustand der nachfolgenden Schalteranordnung auftritt,
konstant bleibt.
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Der. :Ruhestrom der- Verstärkerstufe innerhalb jedes Übertragungsweges
hat von vornherein die zur Betätigung der Schaltglieder erwünschte Größe; da für
seine Bemessung dieselben Gesichtspunkte gelten, nach denen- man auch. den Ruhestrom
der Schalteranordnung .auswählen würde: Er hat eine besonders geeignete Richtung
(Polarität) dann; wenn man Verstärker -und Schalttransistor von komplementärer Polarität
wählt oder zu einem Röhrenverstärker einen pnp-Schalttransistor.verwendet. -Der
Aufwand. beschränkt sich, wenn man den vorhergehenden Verstärker als gegeben betrachtet,
auf den Schalttransistor und die Diode in jedem Übertragungsweg sowie die, Elemente
zur Erzeugung der Vorspannung, im einfachsten Fall sind das ein Widerstand und ein
Kondensator. Die Elemente der Verstärkerschaltung; die das Signal vom Ruhestrom
trennen, werden mitbenutzt. Ein weiterer Vorteil. der Anordnung ist, daß am Ausgang
eines Übertragungsweges" auch vor einem etwa vorhandenen Auskoppelkondensator, keine
- vom Schaltzustand abhängige Gleichspannungsänderung (sogenannter »Sockeleffekt(#)
auftritt: Es ist also auch eine Anordnung mit gleichstromgekoppelten Verstärkern
möglich; bei Verwendung-eines Auskoppelkondensators tritt .an diesem kein Ladestromstoß
beim Umschalten auf. Weiterhin ist es vorteilhaft, daß der Ausgangswiderstand der
Anordnung sowohl im durchgeschalteten als auch im gesperrten Schaltzustand einen
hoben Wert hat, also sich nicht abhängig vom Schaltzustand um Größenordnungen ändert.
Dies ist beispielsweise wichtig bei unmittelbarer .Nachschaltung eines- Modulatörs.
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Weitere Einzelheiten der- Erfindung sind an- Hand von Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Es zeigt Fi g. 1 eine Schaltungsanordnung für die Durchschaltung
eines einzelnen Übertragungsweges, F i g. 2 eine Schaltungsanordnung für die Zusammenschaltung
mehrerer Übertragungswege auf einen gemeinsamen Ausgang, F i g. 3 eine Schaltungsanordnung,
bei der eine stets gleichbleibende Zahl von Eingängen auf den Ausgang durchschaltbar
ist, und zwar für Hochfrequenz-, Niederfrequenz- und Gleichstromsignale.
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In F i g. 1 wird das Eingangssignal einer- Klemme 1 zugeführt und
gelangt über verschiedene. Kopplungsglieder zu einer Verstärkerstufe,: -die mit
einem -npn-Transistor T, ausgestattet.ist und als Trennverstärker arbeitet. Der
Übertragungsweg für das Eingangssignal verläuft nach dem Transistor T, über die
Diode Dl und einen Koppelkondensator Cl zur Ausgangsklemme 2. Vor der Diode D, ist
die Kollektor-Emitter=Strecke eines - pnp-Transistors T2 als. Querimpedanz nach
Masse eingeschaltet: Nach der. Diode D, ist ein nach Masse geschaltetes Netzwerk.
- vorgesehen, das aus der. InduktivitätL,-,- dem Widerstand R, -und dem .Kondensator
C2- besteht...--Die Elemente L, und C, gehören-zum Ausgangskreis, des Trennverstärkers
mit dem Transistor TI, wobei- durch die Induktivität L, der. Kollektorgleichstrom
-von Ti und Strom der Tastfrequenz praktisch ohne Spannungsabfall übertragen werden,
der HF-Signalweg jedoch nicht gestört wird. Der Widerstand-R, dient nur der . Erzeugung
eines Gleichspannungsabfalles. Die Kapazität des - Kondensators C2 ist-.so- groß:
gewählt, daß die Spannung während eines später,-beschriebenen Tastvorganges an ihm
praktisch konstant bleibt. Nimmt man an, daß die Kollektor-Emitter-Strecke des Schalttransistors
TZ gesperrt ist, sqAiegt zwischen dem Punkt 3 --und Masse ein sehr hoher Widerstand,
-so daß der Ausgangswechselstrom: -des Verstärkertransistors T, über die Diode-D1-
-und den Kondensator C, zum Ausgang 2 fließt, während der Kollektor-Gleichstrom
dieses Transistors T1. über die DiodeDl, die ergut leitend macht, und weiter.über
die Induktivität L, und den Widerstand Rl. fließt Durch den Spannungsabfall an R,
ist der Anschluß 4 des Kondensators C2 auf eine ..negative Spannung. gegen Masse.aufgeladen.
Wird der Anschlußklemme 5 für die Basis des Schalttransistors T2 über den Widerstand
R3 ein Tastimpuls 6 zugeführt; welcher TZ bis - zur-Sättigung durchsteuert, so wird
die Kollektor-Emitter-Strecke dieses Transistors T2 gut leitend und damit füt das
bisher von der Eingangsklemme 1 zur Ausgangsklemme 2 übertragene Signal sowie für
den. Ruhestrom von T, eine niederohmige Querimpedanz angeschaltet, wodurch beides
vom Punkt 3 aus über: die Kollektor-Emitter-Strecke von T2 nach Masse- abgeleitet
wird und das Signal nicht mehr oder nur noch in geringem Umfang zur Ausgangsklemme
2- gelangt. Der Transistor T2 wird dabei für das Signal noch besser leitend, als
wenn der Transistor zwar gesättigt; aber ohne Ruhestrom betrieben würde: Zusätzlich
wird ein Signalfluß von der Klemme l .zur Klemme- 2 durch die Diode D, unterbunden;.
der die im Kondensator C2 gespeicherte Spannung jetzt . als Sperrspanneng
angelegt
wird, weil nämlich der Punkt 3 Massepotential erlangt und der- Punkt 4 eine negative
Spannung behält. Der Übertragungsweg hat damit bei der Duschsteuerung des Transistors
T2 sowohl eine niedrige Querimpedanz als auch eine hohe Längsimpedanz, was eine
besonders hohe Sperrdämpfung ergibt. Um eine ausreichend sichere Sperrung an der
Diode Dl während des gesamten Tastimpulses 6 zu gewährleisten, muß die Entladezeitkonstante
für den Kondensator C2, der die Sperrspannung für die Diode Dl liefert, wesentlich
größer gewählt werden als die Dauer des Tastimpulses. Diese Schaltung ist also besonders
für solche Fälle geeignet, in denen das dem Ausgang 2 zugeführte Signal nur kurzzeitig
durch Tastung unterbrochen werden soll.
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In F i g. 2 ist die Schaltungsanordnung nach F i g. 1 für die Duschschaltung
mehrerer Übertragungswege auf einen gemeinsamen Ausgang abgewandelt. Die Eingangsklemmen
der Übertragungswege sind, so weit dargestellt, mit 1, 1' bezeichnet, die gemeinsame
Ausgangsklemme mit 2. Im übrigen sind für die gleichen Bauelemente die Bezeichnungen
aus F i g. 1 übernommen. Die Anschlußklemmen der Schalttransistoren T2 bzw. TZ'
sind mit 5 bzw. 5' bezeichnet. Die Übertragungswege sind nach den Dioden Dl bzw.
D,.' untereinander parallel geschaltet und zum gemeinsamen Ausgang.2 geführt. In
diese gemeinsame Leitung ist das Netzwerk eingeschaltet, welches für alle Übertragungswege
gemeinsam ist und aus der Induktivität L1 sowie einer Zenerdiode D2 besteht, welcher
die Betriebsspannung über die Klemme 7 und den Widerstand R4 zugeführt wird. Bei
dieser Schaltungsanordnung ist, wenn die Schaltfolge der einzelnen Kanäle beliebig
sein soll, die Anwendung einer durch Laden eines Kondensators erzeugten Sperrspannung
normalerweise nicht möglich, weil damit keine beliebig lange Sperrung aufrechterhalten
werden könnte. An der Zenerdiode D2 wird eine feste Spannung eingestellt, deren
Größe und Polarität derjenigen an R,. von F i g. 1 entspricht. Wird nun einem der
Schalttransistoren, z. B. T2 ein Tastimpuls zugeführt, so wird die Kollektor-Emitter-Strecke
dieses Transistors leitend und an die Diode Dl ein Sperrpotential angelegt, das
bei Vernachlässigung von Spannungsabfällen an der Kollektor-Emitter-Strecke dem
Potential zwischen den Punkten 8 und 9 an der Zenerdiode D2 entspricht. Mit dieser
Anordnung können die einzelnen Übertragungswege beliebig lange Zeit auf den gemeinsamen
Ausgang 2 aufgeschaltet werden, so daß nicht nur eine kurzzeitige Tastung wie im
Falle der F i g. 1 möglich ist. Außerdem lassen sich auch mehrere Übertragungswege
gleichzeitig auf den gemeinsamen Ausgang 2 zusammenschalten. Mit dieser Schaltungsanordnung
können somit beliebige Schaltkombinationen mit beliebigen Schaltzeiten realisiert
werden. Zur Vereinfachung der Ansteuerung sind die Emitteranschlüsse der Transistoren
T2, T2 usw. sowie die Kathode der Zenerdiode D2 nicht unmittelbar nach Masse geführt,
sondern gemeinsam über die Parallelschaltung eines Widerstandes R5 und eines Kondensators
C3. Da der Kollektorstrom eines jeden Verstärkertransistors TI, T1' usw. unabhängig
vorn Schaltzustand entweder über den zugehörigen Schalttransistor T2, T2 usw. oder
über die zugehörige Diode D,, D1' usw. an den Punkt 9 gelangt und über R2 fließen
muß, entsteht an diesem ein von der Summe aller Ruheströme abgeleiteter, gleichbleibender
Spannungsabfall von z. B. -1 Volt, der zur Folge hat, daß zum sicheren Sperren eines
der Transistoren T2, T2' usw., deren Emitter jetzt auf negativer Gleichspannung
liegt, bereits das Anlegen von Massepotential an die zugehörige Klemme 4 bzw. 4'
usw. ausreicht. Für das Signal, das im duschgesteuerten Zustand von T2; T2 usw.
nach Masse abgeleitet werden soll, dient C3 als Kurzschluß.
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In F i g. 3 ist die Schaltungsanordnung nach F i g. 2 auf solche Weise
abgewandelt, daß sie sich auch zur Übertragung sehr tiefer Frequenzen, wie sie in
Videosignalen vorkommen, eignet. Hier ist es nicht mehr möglich, die Schaltströme
über eine Drossel L,. zuzuführen. Es wird daher in der Anordnung nach F i g. 3 die
Drossel L1 von F i g. 1 und 2 durch den Widerstand Re ersetzt. Der Gleichspannungsabfall
an diesem erübrigt die Elemente R,. und C2 aus F -i g. 1 bzw. D2 aus F i g. 2. Dieser
Spannungsabfall muß aber konstant bleiben; dazu ist es nötig, daß RB stets vom selben
Gleichstrom durchflossen wird, daß also stets die gleiche Anzahl von Übertragungswegen
auf den gemeinsamen Ausgang durchgeschaltet sind und deren Ruheströme RB durchfließen.
Diese Bedingung läßt sich betrieblich erzwingen durch die sinngemäße Zuschaltung
zusätzlicher,. nicht mit Nutzsignal beaufschlagter Eingänge, ein Verfahren, das
auch aus anderen Gründen in der Fernsehstudiotechnik gebräuchlich ist (z. B. »black
hurst channelu der Farbfernsehtechnik).
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Die Schaltungsanordnung von F i g. 3 ist so getroffen, daß außer HF-
und NF-Signalen auch Gleichstromänderungen übertragen werden können. Außerdem sind
die Trennverstärker, um ein verändertes Beispiel zu geben, als Emitterschaltungen
mit pnp-Transistoren T1, Ti' usw. gezeichnet. Für die Schalttransistoren T2, T2'
usw. müssen dann npn-Transistoren verwendet und die Polarität der Speisespannung
und der Dioden Dl gegenüber F i g. 1 und 2 geändert werden. Es können wiederum beliebig
viele Eingänge vorgesehen und in beliebiger Zeitfolge umgeschaltet werden, auch
mit Frequenzen, die in den Übertragungsbereich fallen, z. B. mit Zeilenfrequenz.
Dies ermöglicht elektronische Bildaufteilungen. Bedingung ist nur, daß stets eine
gleichbleibende Anzahl von Übertragungskanälen durchgeschaltet ist. Sollen z. B.
von fünf Kanälen immer jeweils zwei zum Ausgang durchgeschaltet und die jeweils
übrigen drei gesperrt sein, so fließt immer der Ruhestrom von zwei Eingangsstufen
durch R, und verursacht einen Spannungsabfall, der die Dioden Dl, D,.' usw. der
jeweils nicht benutzten Kanäle sperrt.