DE2352381C3 - Impulsgeber - Google Patents

Description

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Die Erfindung bclrifft einen Impulsgeber /um Erzeugen von bipolaren Impulsen mit zwei elektronischen Umschaltern, die in einer ersten Schaltstcllung eine Spannungsqucllc in der einen Polung und in einer zweiten Schaltstcllung in der anderen Polung an den Ausgang legen.

In der DE-AS 1129 529 ist ein Impulsgeber beschrieben, der vier zu einer Brücke zusammcngeschaltete Transistoren enthält. In die eine Briickcndiagonalc ist der Verbraucher geschaltet, über der anderen Diagonalen liegt die Betricbsspannungsquellc. Der Impulsgeber kann zwei Schaltzuslände einnehmen. In jedem sind zwei Transistoren durchgcschaltet, dem rl, daß in den beiden Schaltzuständcn die Bctricbsspannungsquellc mit unterschiedlicher Poking an den Verbraucher gelegt ist. Ein Schaltzustand kann durch Anlegen eines Steuersignals erzwungen werden.

Eine ahnliche Schaltung ist aus der DE-AS 11 44 332 f>o bekannt, die ebenfalls vier /11 einer Brücke zusammen= geschaltete Transistoren enthält, wobei in den Brüekcndiagotiiilcn der testwiderstand und die Helriebsspannungsqucllc liegen. Ks sind zwei Slciicreingänge vorgesehen. Wird einem Eingang ein Steuerimpuls ^(>5 zugeführt, so werden zwei Transistoren durchgosehal-IeI. welche die Bctricbsspanmingsqucllc in der einen Polarität an den l.astwidersiand legen. Wird an den anderen Eingang ein Steuerimpuls gelegt, so werden die beiden Transistoren gesperrt und die beiden anderen Transistoren durchgeschaltet, so daß nunmehr die Betriebsspannungsquelle mit der anderen Polarität am Lastwiderstand liegt. Außer diesen beiden Schaltstellungen nimmt die Anordnung eine dritte ein, wenn kein Steuerimpuls angelegt ist. In dieser Stellung sind alle Transistoren gesperrt, so daß der Ausgang der Schaltung hochohmig ist.

Aus der DE-OS 19 02 969 ist ein Steuerverfahren für Wechselrichter mit Thyristoren und Blindstromdioden in Drehstrombrückenschaltung bekannt, bei dem die Thyristoren über einen Phasenwinkel von 180° gezündet sind, so daß stets drei Thyristoren gleichzeitig stromleitfähig sind. In Verbindung mit den den Thyristoren parallelgeschalteten Blindstromdioden sind daher die einzelnen Phasen des erzeugten Drehstromes während jeder Drehstromperiode zweimal über einen Phasenwinkel von 60° kurzgeschlossen. Damit soll das in der Starkstromtechnik auftretende Problem gelöst werden, eine vom Leistungsfaktor des Verbrauchers unabhängige Ausgangsspannung des Wechselrichters zu erzeugen.

Aus dem Aufsatz »A Data Highway System« aus der Zeitschrift »Instrument Technology«, Januar 1971. S. 63 bis 67. ist ein Impulsgeber bekannt, der über einen Übertrager an eir~c Leitung angekoppelt ist, auf die mehrere, in Reihe geschaltete Impulsgeber einwirken. Die Primärwicklung des Übertragers wird im Gegentakt von zwei geschalteten Transistoren angesteuert. Ein solcher Impulsgeber hat, wie die beiden oben beschriebenen bekannten Impulsgeber den Nachteil, daß er die Leitung stark bedämpft, da die Kollektor-Emitter-Slrecke der Transistoren im nicht angesteuerten Zustand einen hohen Widerstand für Signale auf der Leitung ergibt. Aus diesem Grunde isi eine gesonderte Dämpfungsschallung vorgesehen, die eine zusätzliche Wicklung mit höherer Windungszahl auf dem Ausgangsübertrager erfordert.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Impulsgeber zu schaffen, der sich durch Rückwirkungsfrciheit und geringe Dämpfung auch im nicht angesteuerten Zustand auszeichnet und daher für die Reihenschaltung in Leitungen geeignet ist.

Erfindungsgcmäß wird diese Aufgabe mit Hilfe des eingangs beschriebenen Impulsgebers dadurch gelöst, daß die Umschalter im nicht angesteuerten Zustand eine dritte Schaltstellung einnehmen, in der sie den mit einer Übertragungsleitung in Reihe geschalteten Ausgang kurzschließen. Im Ruhezustand besteht demgemäß der Alisgangswiderstand praktisch nur aus den Kontakiwidcrständen der Umschalter bzw. im !'alle von elektronischen Schaltern aus deren Innenwiderständen. Im Falle eines Ausgangsübertrager werden diese Widerstände mit dem Quadrat des Windungsverhällnisscs auf die an die Sekundärwicklung angeschlossene Leitung transformiert. Die sonst noch auf der Leitung vorhandenen Signale werden daher nur wenig bedämpft. Nach dem Unischallen eines Schalters fließt aus der Spannungsquclle ein Strom in der einen Richtung in den Ausgang, nach Zurückschalten dieses Schalters und Umschalten des anderen fließt der Strom in entgegengesetzter Richtung, so dall, wenn das Umschalten der beiden .Schalter unmittelbar nacheinander erfolgt, ein Wcchselimpuls abgegeben wird.

Zweckmäßig wird der Ausgang von einem Übertrager gebildet, dessen Primärwicklung von den Umschaltern angesteuert ist. Da nach Abgabe eines Impulses die

Primärwicklung von den Umschaltern kurzgeschlossen ist, werden Nachschwingungen des Übertragers unterdrückt. Es dient also dieselbe Schaltung gleichzeitig «Is Impulsgeber und als Dämpfungsmittel für die Nachschwingungen. Im Falle der Ankopplung an eine Leitung liegt die Sekundärwicklung in der Leitung. Vorteilhaft enthalten die Umschalter zwei Feldeffekttransistoren, z. B. MOS-Feldeffekttransistoren, die im Ruhezustand den Ausgang kurzschließen. Es ergibt sich dann der Vorteil, daß die Leitung auch dann nicht durch den Impulsgeber bedämpft ist, wenn die Umschalter nicht angesteuert sind oder die Versorgungsspannung des Impulsgebers ausgefallen ist, da Feldeffekttransistoren bei der Steuerspannung Null einen niedrigen Innenwiderstand haben. Zum Sperren müssen sie allerdings mit einer negativen Spannung von etwa 10 V angesteuert werden. Will man die Versorgungsspannung für die Source-Drain-Spannung des Feldeffekttransistors voll ausnutzen, so muß die Gate-Source-Spannung zum Sperren des Feldeffekttransistors gesondert erzeugt werden, z. B. dadurch, daß die Gate-Elektrode über einen Kondensator mit negativen Impulsen angesteuert wird oder daß ein Übertrager vorgesehen ist, über den impulsweise eine Wechselspannung, vorzugsweise eine Hochfrequenzspannung, über- *5 iragen wird und an den ein Gleichrichter angeschlossen ist, der die negative Steuerspannung für die Gatc-EIektrode bildet.

An Hand der Zeichnung, in der Ausführungsbcispiele der Erfindung dargestellt sind, werden im folgenden die Erfindung sowie weitere Vorteile und Ergänzungen näher beschrieben und erläutert. Es zeigt

F i g. 1 das Pririzipschaltbild eines Impulsgeber und

Fig. 2 die Schaltung eines Ausführungsbeispicls im Detail.

In Fig. I ist mit L eine Leitung bezeichnet, an die eine Vielzahl von Impulsgebern jeweils über einen Übertrager Trangeschlossen ist. Die Sekundärwicklung W2 des Übertragers liegt in der Leitung L Die Primärwicklung Wl liegt zwischen von einer Ansteuerschaltung AS gesteuerten Umschaltern 51 und 52, welche sich im Ruhezustand in der gezeichneten Stellung befinden und die Wicklung WI über die kleinen Schalterwiderslände rs I und rs 2 kurzschließen. Wird ein Schalter, z. B. der Schalter 51. umgeschaltet. so fließt von einer Spannungsqucüc Un ein Strom über diesen Schalter in die Wicklung W1 und aus dieser über den /weiten Schalter 52 zum anderen Pol der Spannungsquellc zurück; es wird in die Leitung /- ein Impuls bestimmter Polarität cingckoppclt. Wird der Schalter 51 zurückgeschaltet und der Schalter 52 umgeschaltet, so fließt derselbe Strom in entgegengesetzter Richtung durch die Primärwicklung Wl des Übertragers, so daß in die Leitung L ein Impuls entgegengesetzter Polarität eingekuppelt wird. Insgcsamt ergibt sich ein Wechselimpuls. Da nach dem Zurückschalten des Schalters 52 die Wicklung Wl kurzgeschlossen ist, werden Naehschwingungen des Übertragers Trunlerdrückt.

In der Schallung nach Fig. 2 werden die in Fig. I mil .S'l und .V2 bezeichneten Umschalter im wcscnlli= chen durch Transistoren T2 und T3 bzw. 7~2' und TV gebildet. Die Ausgangsklemmen des Impulsgebers sind mit A und A' bezeichnet. An sie kann die Primärwicklung eines Übertragers angeschlossen werden. Die Transistoren Ti jnd 73' sind Feldeffekttransistoren, deren Source-Llcktroden miteinander verbunden sind. Über Widerstände R I und R Y liegen die Gate-Fleklroden dieser Transistoren etwa auf dem Potential der Source-Elektroden, so daß die Transistoren 73 und 7*3' durchgefchallet sind. Zwischen den Ausgangsklemmen A und A' liegen daher nur die niederohmigen Source-Drain-Streeken der Transistoren, das sind etwa 40 bis 100 Ohm. Dieser Widerstand erscheint mit dem Quadrat des Übersetzungsverhältnisses eines zwischen die Klemmen A und A' geschalteten Übertragers in einer an diesen angeschlossenen Leitung.

Soll ein Impuls gesendet werden, so muß der Transistor 7*3 oder der Transistor 73' gesperrt und der Transistor 7~2 oder der Transistor 72' durchgeschaltet werden. Im einen Falle werden Impulse positiver Polarität, im andern Falle negativer Polarität gebildet. Damit die Transistoren 73 und 73' gesperrt werden, muß ihrer Gate-Elektrode eine Spannung zugeführt werden, die etwa 10 V negativer ist als die Spannung an der Source-Elektrode. Diese liegt aber bereits auf der negativsten, in der Schaltung nach F i g. 2 herrschenden Spannung - Un. Damit kein Verlust an Ausgangsspannung hingenommen werden muß, lUirden die Transistoren T3 und T3' über Kondensatoren C2 und C2' angesteuert, wobei die über diese den Gate-Elektroden zugeführten Impulse mindestens so groß sein müssen wie die zum Sperren benötigte Spannung, d. h. mind;-itcns etwa 10 V. Da diese Impulse durch Schalten von Transistoren TX bzw. Tl', denen über Eingänge Ei und £2 positive Impulse zugeführt werden können, erzeugt werden, muß auch die Versorgungsspannung + Uhdieser Transistoren Ti und T1' mindestens gleich der Sperrspannung der Feldeffekttransistoren T3 und T3' sein, d.h. mindestens 10 V. Mil dem Schallen des Transistors 71 wird über einen Kondensator Cl ein negativer Impuls auf einen bis dahin sperrenden Transistor 7"2 gegeben, der damit durchgeschaltct wird. Es fließt dann ein Strom von der positiven Spannungsquclle + Uli über den Transistor 7"2 zum Ausgang A und über den Ausgang A'über den Transistor 73' zurück zum negativen Pol der Spannungsquelle Un. Wird dem Eingang E2 ein positiver Impuls zugeführt, so fließt entsprechend ein Strom vom Ausgangspol A' zum Aiisgangspol A.

Dioden D2 und D2' verhindern, daß die Feldeffekttransistoren T3 und 73' mit positiver Spannung angesteuert werden. Ist die Spannung -1- Un wesentlich größer als die zum Sperren der Transistoren 73 und 7.3' erforderliche Spannung, so daß die Gefahr besteht, daß beim Durchschalten einer der Transistoren 71 und TV die aus Sperrspannung und Versorgungsspannung zusammengesetzte Gesamtspannung an den Feldeffekttransistoren 73 und 73' unzulässig groß wird, dann können an Stelle der Dioden D2 und D 2' Zenerdioden eingesetzt werden, de; en Zenerspannung etwa gleich der Sperrspannung ist und die die Gate-Sourvc-Spannung begrenzen.

Damit, falls einem der Eingänge Ei oder 1:2 Diiucrsignal zugeführt wird, die Transistoren 72 oiler 7'2' nicht länger leitend sind, als die Transistoren 73 und 73' über die RC-GWcder C2. R I bzw. C2\ R Y gesperrt werden, werden die Transistoren 72 und 72' ebenfalls über ffOGIicder Cl. Rl bzw. Cl'. RT angesteuert. Dadurch wird die Impulsdauer um Ausgang auch bei 1. incm Dauersignal an einem der Eingänge f.* und ['2 begrenzt. Ferner ist ein gleich/eiliges Durchschalten der Transistoren 72 und 73 bzw. 72' und 73' und damit ein Kurzschluß der Spannungsquellc Un vermieden. Dioden DX und DY verhindern positives Überschwingen bei der Ansteuerung der

Transistoren T2uncl Τι.

Wird der Impulsgeber infolge einer Störung gleichzeitig an beiden f-ingangcn F. I und 1:2 angesteuert, so besteht im Gegensatz zu Gegcntaklschaltungcn keine Gefahr einer Beschädigung von Bauelementen, weil der Alisgangsstrom Null bleibt. Beide Ausgangsklemmen befinden sich dann nämlich auf gleichem Potential.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Impulsgeber zum Erzeugen von bipolaren Impulsen mit zwei elektronischen Umschaltern, die in einer ersten Schaltstellung eine Spannungsquelle in der einen Polung und in einer zweiten Schaltstellung in der anderen Polung an den Ausgang legen, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschalter (Si, S2) im nicht angesteuerten Zustand eine dritte Schaltstellung einnehmen, in der sie den mit einer Übertragungsleitung (L) in Reihe geschalteten Ausgang kurzschließen.

2. Impulsgeber nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang von einem Übertrager t% (Tr) gebildet wird, dessen Primärwicklung (Wi) an den Umschaltern (S t, S2) liegt.

3. Impulsgeber nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschalter aus je zwei hintereinandergeschaltcten gegenphasig gesteuerten Transistoren (Γ2, T3 bzw. Γ2, T3') bestehen, von denen im nicht angesteuerten Zustand des Impulsgebers jeweils einer (Γ3, Γ3') durchgeschaltet ist.

4. Impulsgeber nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschalter (Si, S2) zwei Feldeffekttransistoren (T3, 73') enthalten, die im Ruhezustand den Ausgang (A, A') kurzschließen.

5. Impulsgeber nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Gate-Source-Strecken der Feldcffekttransib.oren (7"3, Γ3') jeweils über einen Kondensator (C2, C2') ang-. Jteuert sind.

6. Impulsgeber nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gate-Sourc -Strecken der Fcldeffektlransistoren über einen mit einer Wechselspannung gespeisten Übertrager mit nachgeschalletem Gleichrichter gesteuert sind.