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Schaltungsanordnung mit Transistoren für ein Fernschreibrelais für
Einfach-und für Doppelstrombetrieb Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung
mit Transistoren für ein Femschreibrelais für Einfach-und für Doppelstrombetrieb
mit einer elektrischen bistabilen Kippschaltung, die in Abhängigkeit vom Zustand
dieser Kippschaltung zwei verschiedene Leitzustände eines Gatters bewirkt.
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Derartige Anordnungen sind bekannt, und in letzter Zeit sind Transistoren
für die Herstellung derartiger elektronischer Gatter und der diese steuernden Schaltungen
verwendet worden. Wenn durch eine solche Schaltung beispielsweise ein Umschaltkontakt
verwirklicht werden soll, kann eine bistabile, Kippschaltung nüt wenigstens zwei
Transistoren in Verbindung nü t zwei Schalttransistoren verwendet werden, bei denen
der Kollektor des einen Schalttransistors. mit dem Emitter des anderen verbunden
ist; diese Anordnung bildet des elektrische Äquivalent für die, betätigte Mittelfeder
eines konventionellen Umschaltkontaktes; der Emitter des erstgenannten Transistors
entspricht dabei der Schließfeder des Umschaltkontaktes, und der Kollektor des anderen
Transistors entspricht der mit der Mittelfeder in Kontakt stehenden Öffnungsfeder
des Umschaltkontaktes. Durch Anlegen von Steuerpotentialen an die Basen der beiden
Schalttransistoren durch die Steuerschaltung wird, der eine der beiden Schalttransistoren
in den leitenden, der andere gleichzeitig in den sperrenden Zustand versetzt und
umgekehrt, wodurch die Schaltungsanordnung imstande ist, die Funktion eines Umschaltkontaktes
mit elektronischen Sch-altmitteln zu erfüllen.
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Eine derartige Schaltungsanordnung kann jedoch nicht in allen Fällen
befriedigen, weil die Kosten von für einigermaßen höhere Potentialdifferenzen bemessenen
Schalttransistoren rasch mit den Spannungswerten anwachsen. Die bei manchen Anwendungsarten
zu schaltenden Spannungen sind aber mit Rücksicht auf die bei üblichen Transistoren
verwendeten Werte vergleichsweise hoch. So sind z. B. bei Fernschreibanlagen verwendete
Potentiale von + 60 und - 60 V zu berücksichtigen, wenn ein konventionelles
polarisiertes Telegraphenrelais mit einem Umschaltkontakt durch eine elektronische
Schaltung ersetzt werden soll. Wenn nämlich einer der beiden einen Umschaltkontakt
ersetzenden Schalttransistoren leitend ist, dann muß der im sperrenden Zustand befindliche
andere Transistor imstande sein, eine Gegenspannung von 120 V auszuhalten; derartige,
hierfür geeignete Transistoren sind aber selten und teuer.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine elektrische Schaltungsanordnung
zu schaffen, deren aktive elektrische Schaltelemente, wie Transistoren, nicht notwendig
an die an dem Kontakt auftretenden Spannungen gebundene Eigenschaften aufweisen.
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Gemäß der Erfindung ist die, bistabile Kippschaltung dadurch gekennzeichnet,
daß sie einen Wechselstromverstärker enthält, dessen Ausgang an einen Wechselstrom-Gleichstrorn-Umformer
angeschlossen ist, dessen Ausgangssign-ale einerseits das Gatter steuein, andererseits
ein weiteres Gatter steuern, das seinerseits die Einspeisung der Wechselenergie
an die Eingangsschaltung des Wechselstromverstärkerrs, steuert.
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Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, diese Schaltungsanordnung durch
nur zwei Transistoren in besonders einfacher Weise, herzustellen. In weiterer Ausbildung
der Erfindung besteht der Wechselstromverstärker aus einem Transistor, in dessen
Ausgangsschaltung ein an den Wechselstrom-Gleichstrom-Umformer angeschlossener Transformator
für die Herabsetzung der Ausgangsspannung angeordnet ist und dessen Eingangsschaltung
mit einem ein weiteres Gatter bildenden zweiten Transistor verbunden ist, dessen
eine Elektrode mit dem Ausgang des Umformers Lind mit einer Signalquelle zur Umwandlung
des Leitzustandes des zweiten Transistors verbunden ist.
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Gemäß weiterer Ausbildung der Erfindung liegt der Ausgang des Umformers
über einen Koppelgleichrichter,
der dieses Gatter darstellt, an
einem festen Gleichpotential.
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Die beschriebene Anordnung stellt ein elektronisches Äquivalent eines
Einzelkontaktes dar; demgemäß kann damit bewirkt werden, daß ein Strom durch einen
ün den Ausgang des Wechselstrom-Gleichstrom-Umformers angeschlossenen Lastwiderstand
fließt oder daß dieser Stromfluß unterbrochen ist. Solange an dem Umformer kein
Ausgangssignal erscheint, weil der Gattertransistor den Zufluß, von Wechselenergie
zu dem Verstärkertransästor verhindert, ist der Koppel,gleich.richter gesperrt,
und es fließt kein Strom durch den Lastwiderstand. Wenn an dem Umformerausgang eine
gleichgerichtete, Spannung von ausreichender Höhe auftritt, dann.wird der Koppelgleichrichter
leitend, und es fließt ein Strom bestimmter Stärke durch den Lastwiderstand. Nur
an dem Koppelgleichrichter liegt die obenerwähnte hohe Spannung an, die Transistoren
hingegen können mit einer passend gewählten niedrigeren Spannung betrieben werden,
dir, der betreffenden Transistortype entspricht.
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Die beschriebene Anordnung erfüllt jedoch nicht die Funktion eines
elektronischen Umschaltkontaktes, wie dies bei einem Äquivalent für ein polarisiertes
TelegraphenreIais eiforderlich ist.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, unter Verwendung
der oben beschriebenen Grundschaltung ein elektronisches Äquivalent für einen Umschaltkontakt
zu schaffen.
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Gemäß weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind zwei derartige Anordnungen
-von derselben Wechselenergiequelle gespeist und derart miteinander in Verbindung
gebracht, deß dann, wenn ein Gatter der einen Anordnung sich im leitenden
Zustand, befindet, das entsprechende Gatter in der anderen Anordnung gesperrt ist
und umgekehrt und daß die Ausgänge der beiden Wechselstrom-Gleichstrom-Umforiner
an zueinander# entgegengesetzten Diagonalen einer abgeglichenen Brückenschaltung
angeschlossen sind, in der einer der vier Brückenzweige aus dem mit dem Gatterpaar
verbundenen Lastwiderstand gebildet ist.
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Es wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnungen
beschrieben, von denen Fig. 1 eine, elektronische Relaisanordnung nüt zwei
Transistoren zeigt, die für Einfachstrombetrieb einer Telegraphenleitung geeignet
ist; Fig. 2 zeigt eine elektronische Relaisanordnung mit vier Transistoren gemäß
der Erfindung für Doppelstrombetrieb, einer Telegraphenleitung.
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In Fig. 1 sind die aktiven Schaltelemente die Transistoren
Tl und T2, von denen der erstgenannte als Steuerelement, der andere als Wechselstroniverstärker
dient.
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Eine Wechselspannungsquelle von beispielsweise 10 kHz liegt
an einem Kondensator C 1, der andererseits über einen Widerstand R
1 mit dem Kollektor des PNP-Transistors Tl verbunden ist, dessen Emitter
an Erde liegL Der Kollektor des Transistors Tl ist über einen Koppelkondensator
mit der Basis, des Transistors T2 verbunden, dessen Emitter ebenfalls an Erde liegt;
der Kondensator C 2 bildet zusammen mit dem Widerstand R 2 und dem zu ihm
parallel geschalteten Gleichrichter G 1, die einerseits an der Basis des
Transistors T2, andererseits an Erde liegen, eine, Begrenzeranordnung für die von
dem Kollektor des Transistors TI kommenden Wechselstromsignale, dannt diese nur
dann wirksam werden, wenn sie an der Basis des Transistors T2 ein
wesentlich das Erdpotential übersteigendes Potential hervorrufen. An der Basis des
Transistors T2 liegt ein Potential von - 24 V über den Widerstand, R
3 an.
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Es sei zunächst angenommen, daß sich der Transistor Tl im sperrenden
Zustand befinde und daß ein Wechselstromsigaal über den Kondensator C 1 an
die Basis des Transistors T2 gelangt und durch diesen verstärkt am Kollektor dieses
Transistors erscheint, also auf die Primärwicklung des Transformators TR einwirkt,
die zwischen den Kollektor und die Potentialquelle von -24V geschaltet ist.
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Die an der Sekundärwicklung des Transformators TR auftretende Wechselspannung
wird durch den Gleichrichter G2 gleichgerichtet und durch das GlättungsgliedC3,
C4, R4 geglättet. An der Sekundärwicklung und an der gemeinsamen Klemme der Kondensatoren
C 3 und C 4 liegt einerseits ein Potential von - 60
V an, andererseits am Glättungskondensator C 4 ein Potential von
+ 60 V über einen Koppelgleichrichter G 3. Durch diesen wird verhindert,
daß das Ausgangspoteential den Wert von + 60 V übertragen kann. Der Lastwiderstand
R 5 ist direkt an die Potentialquelle von -60V angeschlossen
und an die Ausgangsklemme des Verstärkers am Widerstand R 4.
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Der Verstärker ist für die Abgabe einer gleichgerichteten Ausgangsspannung
von etwa 130 V eingerichtet. Dadurch wird der Koppelgleichrichter leitend,
und infolgedessen liegt an dem Lastwiderstand R 5 das Potential von
+ 60 V an. Die an dem Lastwiderstand R 5 von etwa
3000 Ohm anliegende Spannung von etwa 120 V treibt einen Strom von rund 40
mA durch den Lastwiderstand R 5.
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Die Basis des Transistors Tl ist über einen Widerstand R
6 an den Gleichrichter G 3 angeschlossen, so daß in dessen leitendem
Zustand das Potential von + 60 V an der Basis des Transistors T
1 anliegt. Ferner liegt die Basis des Transistors Tl über einen Widerstand
R 7 an dem Potential von- - 24 V. Wenn die Widerstandswerte der Widerstände
R 6 und R 7 in entsprechender Weise gewählt werden, dann stellt sich
an der Basis des Transistors T 1 ein über dem Erdpotential liegender Potentialwert
ein, wobei der Transistor gesperrt ist, ün wesentlichen aber kein Strom durch die
Emitter-Kollektor-Strecke fließt, der über den Widerstand R 8 zur Quelle,
des Potentials von - 24 V führt.
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Wenn der Stromfluß durch den Lastwiderstand R 5
unterbrochen
werden soll, dann wird ein Impuls von negativem Potential an die zum Kondensator
C 5 füh-
rende Klemme gegeben. Durch diesen Impuls wird der Transistor
TI in den leitenden Zustand versetzt. Dadurch wird das Wechselstromsignal von der
Basis des Transistors T 2 zur Erde abgeleitet, weil der Transistor T 1 in
seinem leitenden Zustand den Kondensator C 2 und den Widerstand R 2, den
Gleichrichter Gl sowie die Emitter-Basis-Strecke des Transistors T2 kurzschließt.
Der GleichrichterG3 wird durch Abschalten der an dem Kondensator C 4 anliegenden
gleichgerichteten. Spannung in den sperrenden Zustand versetzt. Daher kann kein
Strom mehr durch den LastwiderstandR5 fließen, und dieser Zustand bleibt dauernd
aufrechterhalten, weil jetzt der Widerstand R 6 nur mehr über R
4, G 2, TR an dem Potential von - 60 V anliegt, wodurch der
Transistor T 1
im leitenden Zustand erhalten bleibt.
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Wird an die zum Kondensator C5 führende Klemme ein Impuls positiven
Potentials angelegt, dann versetzt dieser den Transistor Tl wieder in den
sperrenden
Zustand, so daß dadurch wieder der Anfangszustand hergestellt ist, bei dem der Lastwiderstand
R 5 an der Spannung von 120 V liegt.
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Die Anordnung ist also befähigt, als elektronischer Ausschalter im
Einfachstrombetrieb zu fungieren. Die Schaltungsanordnung nach Fig. 2 stellt gewissermaßen
eine Verdopplung derjenigen nach Fig. 1
dar. Ein als Verstärker wirkender
PNP-Transistor T2 ist neben einem Transistor T'2 vom komplmentären Leitfähigkeitstyp
NPN verwendet. Eine der Gleichrichterschaltung, bestehend aus Transformator TR,
Gleichrichter G 2 und Kondensator C 3, analoge Anordnung aus dem Transformator
TR', Gleichrichter G2 und Kondensator C'3 ist mit dem Transistor T'2 verbunden.
Auch ist der Emitter des Transistors T2 geerdet und die Primärwicklung des Transformators
TR an den Kollektor des Transistors T2 und an das Potential -24 V gelegt, doch liegt
die Primärwickhing des Transformators TR' einerseits am Kollektor des Transistors
T'2, dessen Emitter ebenfalls geerdet ist, andererseits an einem Potential von
+ 24 V. An die Basen der als Verstärker wirkenden Transistoren Tl und T'l
gelangen Wechselstromsignale, ebenso wie bei der Anordung nach Fig. 1; diese
können aus einer Quelle von sinusförmiger Wechselspannung oder von Rechteckimpulsforin
stammen. Wie, aus Fig. 2 ersichtlich, gelangt die verstärkte Wechselspannung über
die Widerstände R 9, R 10, R 11 bzw. R'9, R'10,
R'11 auf zwei parallelen Wegen an die Basen der Transistoren T2 und T'2. Die Widerstände
R 9 und R 10 bilden zusammen mit dem Gleichrichter G4 eine
Begrenzerschaltung; die Anode des Gleichrichters G4 ist an die Verbindungsstelle
der Widerstände R 9 und R 10 angeschlossen, und die Kathode
ist geerdet. In ähnlicher Weise ist eine zweite Begrmzerschaltung aus den Widerständen
R'9 und R'10 und dem Gleichrichter G'4 gebildet, jedoch ist dessen Anode geerdet
und seine Kathode an die Verbindungsstelle der Widerstände R'9 und R'10 gelegt;
an den Widerstand R'10 ist ein Widerstand R'11 angeschlossen, der seinerseits mit
der Basis des Transistors 72 verbunden ist. Die Verhindungsstelle der Widerstände
R'10 und R'11 liegt über die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 7'1 an Erde;
die Funktion des Transistors 7'1 ist derjenigen des Transistors T 1 nach
Fig. 1 gleich. Der Transistor T 1 ist auch von der PNP-Type, wogegen
der entsprechende Transistor 7'1 von der NPN-Type ist.
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Die Ausgangssignale der die Gleichrichter G 2 und G'2 enthaltenden
Gleichrichterschaltungen, d. h. also die an den Kondensatoren C 3
und C'3 auftretenden Spannungen, sind an die Diagonalzweige einer aus den Widerständen
R 12, R 13, R 14 und &in Lastwiderstand R 5 gebildeten
abgeglichenen Brücke gelegt. Die Widerstände R 5 und R 14 liegen einerseits
an Erde, wogegen ihre anderen Klemmen an die beiden Belegungen des Kondensators
C 3 angeschlossen sind. Die miteinander verbundenen Klemmen der Widerstände
R 12 und R 13 sind an die ungeerdete Belegung des Kondensators C'3 angeschlossen,
die anderen Klemmen der Widerstände R 12 und R 13 an an die Belegungen des
Kondensators C 3. Schließlich sind die miteinander verbundenen Klemmen der
Widerstände R 12 und R 5, d. h. also das nicht an Erde liegende
Ende der Leitung, über die Gleichrichter G3 und G'3 an die Begrenzungspotentiale
+60 und -60V angeschlossen. Ebenso liegen die miteinander verbundenen
Basen der VerstärkertransistorenT1 und T'l über einen WiderstandR6 an den Gleichrichtern
G3 und G3 und an dem mit diesen verbundenen WiderstandR12 und am Widerstand
R 5.
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Unter der Annahme, daß sich der Transistor T 1
ini sperrenden
Zustand befindet, gelangen nur die negativen Halbwellen des anliegenden Wechselstromsignals
an die Basis des Transistors T2, weil die positiven Halbwellen durch die Begrenzerschaltung
unterdruckt werden, da der Gleichrichter G4 für sie leitend ist und daher einen
Kurzschluß bildet. Die negativen Halbwellen bewirken, daß der Transistor T 2 in
den leitenden Zustand übergeht, und es fließt daher ein intermittierender Strom
durch die Primärwicklung des Transformators TR. Gegenüber der Verwendung eines Wechselstromsignals
von Sinuswellenform bietet die Verwendung von rechteckwellenförinigen Impulszügen
den Vorteil, daß die Transistoren T2, T'2 rascher umgeschaltet werden, wodurch Wärinewirkungen
herabgesetzt werden und die Verwendung von für geringere Leistungswerte bemessenen
Transistoren ermöglicht ist. Wenn das Spannungs-übersetzungsverhältnis der Transformatoren
entsprechend bemessen ist, kann am Kondensator C 3 eine Spannung von etwa
130 V erzeugt werden.
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Die am Kondensator C3 anliegende gleichgerichtete Spannung
bewirkt, daß der Koppelgleichrichter G3 leitend wird, wodurch sich an der
nicht geerdeten Seite des Leitungswiderstandes R 5 das Potential von
-1- 60 V einstellt. Unter der Annahme, daß alle vier Widerstände
R 5, R 12, R 13 und R 14 gleiche Widerstandswerte aufweisen,
ergibt sich an der Verbindungsstelle der Widerstände R 13 und R 14 ein Potential
im Betrag von + 60 - 13 0 V = - 70 V, wogegen sich an der Verbindungsstelle
der Widerstände R 12 und R 13 ein Potentialwert von - 70 + 130
V/2 = - 5 V einstellt. Dieses Potential von - 5 V
be-
wirkt, daß der Gleichrichter G'2 nicht leitend werden kann. Andererseits
liegt das Potential von + 60 V über den Gleichrichter G3 nicht nur
am Leitungswiderstand R 5, sondern über den Widerstand R
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auch an den Basen der Transistoren T 1 und 7'1 an und bewirkt,
daß der PNP-Transistor Tl durch eine geringe positive Vorspannung gegenüber dem
Basis-Ernitter-Kreis gesperrt gehalten wird. Diese Vorspennung wird durch den NPN-Transistor
7'1 erzeugt, der unter den gegebenen Bedingungen leitend ist und die positiven Halbwellen
von der Basis des Transistors 7"2 abhält, wobei die positiven Halbwellen durch den
Gleichrichter G 4 unterdrückt werden.
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Zur Umkehrung des Schaltzustandes der bistabilen elektronischen Kippschaltung
genügt es, an die miteinander verbundenen Basen der Transistoren T 1 und
T'l einen negativen Impuls anzulegen. Dieser bewirkt, daß der Transistor Tl leitend
wird; die kleine an ihm auftretende Emitter-Basis-Vorspanming genügt, den Transistor
7'1 zu sperren. Es tritt der dem eben beschnebenen Zustand entgegengesetzte Zustand
ein, und die am Eingang anliegende Wechselspannung wird nunmehr durch den Transistor
T'2 verstärkt; es versetzen also die positiven Halbwellen diesen Transistor in den
leitenden Zustand, die, negativen Halbwellen werden aber durch den Gleichrichter
G'4 unterdrückt.
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An der nicht geerdeten Klemme des Kondensators C'3 tritt also ein
Potential von - 130 V auf, durch das der Gleichrichter G'3 leitend wird;
dadurch greift das Potential von - 60 V über den Gleichrichter G'3
und
tritt an der nicht geerdeten Klemme des LastwiderstandesR5 auf. An der Verbindungsstelle
der WiderständeR13 und R14 herrscht wegen der am KondensatorC'3 anliegenden Spannung
von 130V ein Potential von - 130 V/2 = - 65 V; unter diesen Bedingungen
ist der Gleichrichter G2 gesperrt. Ein an die Basen der Transistoren Tl und
T'l angelegter positiver Impuls versetzt die Schaltung wieder in ihren Ausgangszustand
zurück.
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Da die beiden Gleichrichterschaltungen, ohne eine gemeinsame Verbindungsstelle
aufzuweisen, sauber voneinander getrennt sind, eignet sich diese elektronische Telegraphenrelaisanordnung
für Doppelstroin-Telegraphiebetrieb. Bei einem Lastwiderstand R 5
ini Wert von beispielsweise 6 Kiloohm ergibt sich ein Betriebsstrom von
10 mA, Abgesehen von dem Vorteil, der durch die Verwendbarkeit von Transistoren
für niedrige Betriebsspannungen und durch die kleine Anzahl von Schalteleinenten
erreichbar ist, sei noch darauf hingewiesen, daß der die Belastang bildende Stromkreis
von der Eingangsschaltung praktisch vollkommen getrennt ist, da der einzige, gleichstromführende
Weg von der Eingangssehaltung züm Ausgangsstromkreis über den Widerstand R
6 ein Streinweg von hohem Widerstand ist.