DE1562283C - Elektronische Torschaltung - Google Patents

Description

Kollektorpotential des Ansteuertransistors kann in dessem durchlässigen Zustand zwischen dem Potential der ihn ansteuernden Elektrode des Schalttransistors und dem Potential der positiven Speisespan-5 nungsquelle durch entsprechend bemessene Emitter- und Kollektorwiderstände beliebig festgelegt werden, während das Kollektorpotential in dem gesperrten Zustand des Ansteuertransistors durch das Potential der seinen Kollektorwiderstand beaufschlagenden

zeichnet. Anwendungsmöglichkeiten dieser Torschal- io Gleichspannungsquelle bestimmt ist. Zwischen diesen tungen bestehen in der Regelungstechnik bei söge- beiden Werten des Kollektorpotentials kann sich nannten hybriden Regelkreisen, bei denen sowohl mit
binären als auch mit analogen Signalen gearbeitet

wird. Auch eignen sich Torschaltungen zum Aufbau

Weise ist es möglich, die beiden genannten Transistoren mit einer gemeinsamen Spannungsquelle in der günstigen Emitterschaltung zu betreiben.

Bei dem binären Schaltkreissystem ist in der Regel zusätzlich' zu der Speisespannung eine zweite Spannungsquelle vorgesehen zur sicheren Sperrung der Schalttransistoren. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann es sich empfehlen, die Kollektorspanwendung em er ohnehin vorhandenen Spannungsquelle eine besonders aufwandsarme Ansteuerung des Tortransistors ergibt.

Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung sollen nachfolgend im Zusammenhang mit der Figurenbeschreibung erläutert werden.

Es sei zunächst der obere Teil der Figur betrachtet, wobei die mit 1, 2 und 3 bezeichneten Schalt-

dann die durchzuschaltende Fremdspannung beliebig bewegen.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung weist

von Digital-Analog-Wandlern. 15 der Ansteuertransistor den entgegengesetzten Leit-

Es ist üblich, digitale Schaltkreissysteme unter An- fähigkeitstyp auf wie der Schalttransistor. Auf diese Wendung von einheitlich ausgelegten Schalttransistoren aufzubauen. Dadurch sind bei jedem Schaltglied
zwei normierte Signalzustände möglich, wobei der
eine Zustand durch den durchlässig gesteuerten so
Schalttransistor und' der andere Zustand durch den
gesperrten Schalttransistor gegeben ist. In Abhängigkeit von den sich dabei an den Kollektorelektroden
der Schalttransistoren einstellenden Potentialen erfolgt dann die Steuerung der ihnen nachgeordneten as nung des Ansteuertransistors von dieser Sperrspan-Schalttransistoren, deren Steuerstrecken dabei ent- nungsquelle abzuleiten, wodurch sich infolge Verweder jeweils von der an dem vorgeordneten Transistor abfallenden Spannung in Durchlaßrichtung beaufschlagt werden oder, wie nach der deutschen Auslegeschrift 1 081 049 bekannt, von der am Lastwider- 30
stand des ihnen vorgeordneten Transistors abfallenden Spannung. Wesentlich ist dabei, daß durchweg
im gesamten Schaltkreissystem stets mit zwei Steuerpotentialen gearbeitet wird, nämlich meist mit dem

Erd- oder Massepotential und einem positiven oder 35 brücken in ihrer waagerechten Stellung liegend aneinem negativen Potential, dessen Wahl von dem genommen werden sollen. Mit 4 ist in allgemeinster Leitfähigkeitstyp der verwendeten Schalttransistoren Form ein binäres Schaltkreissystem dargestellt, das abhängt. Die von der Torschaltung durchzuschaltende beliebige, beispielsweise mit & (und), V (oder), schaltkreisfremde Spannung wird sich nun in den σ (Summieren) bezeichnete logische Funktion realimeisten Fällen nicht ohne weiteres in diesen Poten- 40 sieren kann. Dies geschieht unter Verwendung von tialhub einfügen. Sie wird ihn insbesondere bei wech- Schalttransistoren, deren letzter mit seinen hier interessierenden Einzelheiten dargestellt und mit 5 bezeichnet ist. Dem Schaltkreissystem 4 wird außer dem Erdpotential eine mit P bezeichnete, gegenüber dem 45 Erdpotential positive Spannung und eine mit N bezeichnete, gegenüber dem Erdpotential negative Spannung zugeführt. Bei dem Schalttransistor 5 handelt es sich um einen in Emitterschaltung betriebenen npn-Transistor. Im durchlässigen Zustand liegt an ernden Transistor. Ihr Kennzeichen besteht darin, daß 50 seinem Kollektor das Potential von 0 V, während die Steuerstrecke des Ansteuertransistors in an sich dieser im gesperrten Zustand des Schalttransistors 5 bekannter Weise von der am Lastwiderstand des das Potential der Spannungsquelle P aufweist. Bei Schalttransistors abfallenden Spannung in Durchlaß- diesem Zustand stellt die gegenüber dem Erdpotential richtung beaufschlagt wird und der Kollektor des An- negative Spannung N die vollständige Sperrung des Steuertransistors über einen Widerstand mit einer 55 Schalttransistors 5 sicher.

Gleichspannungsquelle verbunden ist, deren Potential Die erfindungsgemäße Torschaltung besteht nun

stets tiefer liegt als das Emitterpotential des Schalt- aus einem Ansteuertransistor 6 und einem von diesem transistors, und daß der Emitter des Ansteuertran- angesteuerten sogenannten Tortransistor 7, welcher sistors mit der Basis des Tortransistors und über als möglichst idealer Schalter die Aufgabe hat, je einen Widerstand solcher Bemessung mit der Speise- 60 nach den an seiner Basis herrschenden Potentialverspannung des Schalttransistors verbunden ist, daß das hältnissen eine an die Ausgangsklemme 12 ange-Kollektorpotential des Ansteuertransistors in seinem schlossene Fremdspannung auf den mit R bezeichnedurchlässig gesteuerten Zustand höher ist als das der ten Widerstand durchzuschalten oder diese Spannung maximalen Fremdspannung. Wesentlich ist dabei, daß von dem Widerstand R abzuschalten. Die Fremdunabhängig von den Potentialverhältnissen im Fremd- 65 spannung U soll dabei, wie angegeben, sowohl posispannungskreis der den Tortransistor ansteuernde tive als auch negative Werte annehmen können. Transistor stets gleichzeitig mit dem Schalttransistor Befindet sich der Schalttransistor 5 in seinem

des binären Schaltkreissystems gesperrt bleibt. Das durchlässig gesteuerten Zustand, so tritt an seinem

selnder Polarität in einer Richtung übersteigen. Dies führt zu Schwierigkeiten bei der Aussteuerung der Torschaltung, welche durch die Erfindung mit einer einfachen Schaltung behoben werden sollen.

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektronische, von einem Schalttransistor betätigbare Torschaltung, bestehend aus einem eine Fremdspannung durchschaltenden Tortransistor und einem diesen ansteu-

Lastwiderstand 8 eine Spannung auf, welche so gerichtet ist, daß die Steuerstrecke des Ansteuertransistors 6 über die Entkopplungsdiode 9 durchlässig gesteuert wird. Dann stellt sich am Kollektor des Transistors 6 ein positives Potential ein, welches durch die Dimensionierung der Widerstände 10 und 11 bestimmt ist. Erfindungsgemäß wird dieses Potential nun so gewählt, daß es mit Sicherheit höher ist als eine positive Fremdspannung +U. In diesem Fall sperrt der Transistor? sowohl die positive Fremdspannung + U als auch eine beliebig große negative Fremdspannung — U, wobei die Grenze für letztere durch die Emitter-Basis-Sperrung des Transistors 7 gegeben ist.

Für den Fall, daß der Schalttransistor 5 gesperrt wird, kann kein oder jedenfalls nur ein vernachlässigbar kleiner Strom über die Emitter-Basis-Steuerstrecke des Ansteuertransistors 6 fließen, der Transistor 6 wird damit gesperrt, und die Basis des Transistors 7 steht praktisch nur über dem Widerstand 11 mit der negativen Sperrspannungsquelle N in Verbindung. Bei positiv gepolter Fremdspannung + U wird die Kollektor-Basis-Strecke des Tortransistors 7 in Durchlaßrichtung beaufschlagt, so daß sich an der Basis des Transistors 7 das Potential + U einstellt. Die in Durchlaßrichtung durchflutete Kollektor-Basis-Strecke des Transistors 7 verursacht durch die Transistorwirkung ein Leitendwerden der Emitter-Kollektor-Strecke, so daß die Spannung + U auf den mit R bezeichneten Lastwiderstand durchgeschaltet ist und damit zwischen den Ausgangsklemmen 13 und 14 erscheint. Der Tortransistor 7 wird bei dieser Polung der Fremdspannung als Schalttransistor invers betrieben, d. h., die Funktionen des Emitters und Kollektors sind gegenüber dem Normalbetrieb vertauscht. Der invers betriebene Schalttransistor zeichnet sich bekanntlich dadurch aus, daß sein Reststrom im gesperrten Zustand sowie seine Restspannung in seinem durchlässig gesteuerten Zustand besonders klein werden. Liegt an der mit 12 bezeichneten Ausgangsklemme der Torschaltung eine negative Fremdspannung — U, deren Potential dem Betrag nach geringer, also positiver ist als dasjenige der Spannungsquelle N, so werden sowohl die Kollektor-Basis-Strecke als auch die Emitter-Basis-Strecke des Tortransistors 7 in Durchlaßrichtung beaufschlagt, so daß wiederum die Spannung — U in voller Höhe am Belastungswiderstand R bzw. an den Ausgangsklemmen 13 und 14 liegt.

Die erfindungsgemäße Torschaltung eröffnet also die Möglichkeit, eine Fremdspannung wechselnder Polarität mit dem Tortransistor 7 durchzuschalten, wobei die Grenzen der durchzuschaltenden Fremdspannung beliebig zwischen den durch die Spannungen P und N gegebenen Potentialgrenzen liegen können.

Im folgenden soll die Verwendung der erfindungsgemäßen Torschaltung für den Aufbau eines Digital-Analog-Wandlers veranschaulicht werden. Hierzu sind die Schaltbrücken 1, 2 und 3 in ihre gestrichelt gezeichnete senkrechte Stellung gebracht zu denken. Damit ist der Steuereingang E₁ mit einem Ausgangskreis eines digitalen Zählers 15 verbunden, wobei dieser Ausgangskreis genauso wie der Ausgangskreis des mit 4 bezeichneten Schaltkreissystems einen Schalttransistor 5 enthalten möge. Die Eingänge E₂ und E₃ zweier mit der bisher besprochenen Torschaltung gleichartiger Torschaltungen sind an zwei weitere Ausgangskreise des digitalen Zählers 15 geschaltet, welche mit 2¹ und 2² bezeichnet sind. Bei dem Zähler 15 handelt es sich also um einen dreistelligen Zähler mit den Stellengewichten 1, 2 und 4. Aufgabe des aus den drei erfindungsgemäßen Torschaltungen bestehenden.Digital-Analog-Wandlers ist es, entsprechend den in den Ausgarigskreisen des Zählers 15 auftretenden verschieden bewichteten binären Signalen einen entsprechenden Stromfluß in der gemeinsamen Ausgangsleitung 16 zu bewirken. Hierzu sind die Ausgangsklemmen 12, 17 und 18 der drei Torschaltungen miteinander verbunden und gemeinsam an eine Fremdspannungsquelle geführt. Durch Anordnung einer entsprechenden Anzahl von Lastwiderständen R zwischen den Klemmen 19 und 21 bzw. 20 und 22, deren Widerstandswerte jeweils dem des Widerstands R in der obersten Torschaltung entspricht, wird erreicht, daß. die St'rombeiträge Z₁, i₂ und i₃ der einzelnen Torschaltungen sich beim Durch-

ao lässigsteuern ihrer Tortransistoren wie 1:2:4 verhalten. Die bei den einzelnen Torschaltüngen parallel angeordneten Widerstände können selbstverständlich auch zu einem einzigen Widerstand mit entsprechendem Widerstandswert zusammengefaßt werden. Der

as Summenstrom der drei Torschaltungen kann einem Addierverstärker 23 zugeführt werden, so daß an dessem Ausgang ein der von dem digitalen Zähler 15 ausgegebenen digitalen Ziffer Z_d entsprechendes analoges Signal erscheint.

Die Fremdspannung wird bei der zuletzt besprochenen Variante der Erfindung an dem Schleifer eines mittengeerdeten Potentiometers 24 abgenommen, welches an eine Gleichspannung 2 U angeschlossen" ist. Bezeichnet i.ian mit ρ den Abstand des Schleifers von der Potentiometermitte, so wird durch Verändern desselben das Ausgangssignal des Digital-Analog-Wandlers mit dem Faktor ρ multipliziert. Im dargestellten Beispiel kann sich ρ von +1 bis —1 verändern, wobei sich die durchzuschaltende Fremdspannung zwischen den Grenzen + U und — U bewegt. Je nach dem eingestellten Multiplikationsfaktor ρ wird ein der vom digitalen Zähler 15 ausgegebenen Ziffer Z_d analoges und moduliertes Signal ρ·Ζ_α am Ausgang des Verstärkers 23 erscheinen. Es ist selbstverständlich möglich, diese Modulation der Fremdspannung auch auf andere Weise zu bewirken, beispielsweise, indem sie die Ausgangsspannung eines Gleichspannungsverstärkers mit variablem Eingangssignal ist. Auf diese oder andere Weise läßt sich unter Verwendung der erfindungsgemäßen Torschaltung eine zwanglose Multiplikation eines Digitalwertes mit ejner analogen Größe bewerkstelligen.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Elektronische, von einem Schalttransistor betätigbare Torschaltung, bestehend aus einem eine Fremdspahnung durchschaltenden Tortransistor und einem diesen ansteuernden Transistor, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerstrecke des Ansteuertransistors (6) in an sich bekannter Weise von der am Lastwiderstand (8) des Schalttransistors (5) abfallenden Spannung in Durchlaßrichtung beaufschlagt wird und der Kollektor des Ansteuertransistors mit der Basis des Tortransistors (7) und über einen Widerstand (11) mit einer Gleichspannungsquelle (N) verbunden ist, deren Potential stets tiefer liegt als das Emitterpotential des Schalttransistors, und daß

der Emitter des Ansteuertransistors über einen Widerstand (10) solcher Bemessung mit der Speisespannung (P) des Schalttransistors verbunden ist, daß das Kollektorpotential des Ansteuertransistors in seinem durchlässig gesteuerten Zu- s stand höher ist als das der maximalen Fremdspannung (+U).

2. Torschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansteuertransistor von entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp wie der Schalttransistor ist.

3. Torschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektorspannung des Ansteuertransistors (6) von einer die Sperrspannung eines emittergeerdeten Schalttransistors (5) liefernden Spannungsquelle (N) abgeleitet ist.

4. Torschaltung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Tortransistor (7) invers betrieben ist.

5. Torschaltung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Eingangskreis des Ansteuertransistors (6) eine Entkopplungsdiode (9) liegt.

6. Torschaltung nach den Ansprüchen 1 bis 5, gekennzeichnet durch ihre Verwendung bei einem Digital-Analog-Wandler.

7. Digital-Analog-Wandler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangskreise von einer den digitalen Stellen entsprechenden Anzahl von Torschaltungen mit entsprechend gestuften Lastwiderständen (R) parallel an die Fremdspannung (U) angeschlossen sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen