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Anordnung zum schnellen verzerrungsfreien Durchschalten von Gleich-
oder Wechselspannungen Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum schnellen verzerrungsfreien
Durchschalten von Gleich- oder Wechselspannungen unter Verwendung eines Schalttransistors
in Basissehaltung.
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Die der Erfindung gestellte Aufgabe besteht darin, ein an dem Eingang
der Schaltungsanordnung anlieaendes Signal abhängig von einem Schaltsignal entt2
weder breitbandig auf den Ausgang durchzuschalten oder aber eine Durchschaltung
zu verhindern. Dabei ist es wichtig, daß das anliegende Eingangssignal sowohl bezüglich
seiner Amplitade als auch gegebenenfalls bezüglich seiner Frequenz absolut verzerrungsfrei
die Schaltungsanordnung durchläuft, wobei als erschwerende Bedingung hinzukommt,
daß die Umschaltung sehr schnell vorgenommen werden können muß. Eine solche verzerrungsfreie
übertragung eines Signals ist aber nur dann möglich, wenn die Schaltungsanordnung
bei nicht vorhandenem Eingangssignal an ihrem Eingang und ihrem Ausgang ein
ge-
nau gleiches und konstant bleibendes Potential aufweist.
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Diese Bedingungen können mit den bisher bekannten Schalteranordnungen,
bei welchen die Schalttransistoren häufig in Basissehaltung verwendet werden, nicht
erfüllt werden. Transistoren, welche wegen ihrer kurzen Umschaltzeit im vorliegenden
Fall ausschließlich in Frage kommen, haben den prinzipiellen Nachteil, daß an ihnen
zwischen Emitter und Kollektor eine noch dazu von der Temperatur abhängige Restspannung
auftritt. Eine solche verhindert aber die Aufrechterhaltung eines am Eingang und
Ausgang gleichen und konstant bleibenden Potentials, wie sie für die Erfindung gefordert
wird.
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In Erfüllung der eingangs genannten Bedingungen für die schnelle verzerrungsfreie
Durchschaltung von Gleich- und Wechselspannungen schlägt die Erfindung vor, daß
der Schalttransistor an seiner Basis das Schaltsignal erhält und sein Kollektor
mit einem festen Bezugspotential in Verbindung steht, daß ein zweiter Transistor
in Kollektorschaltung (Emitterfolger) vorgesehen ist, der an seiner Basis das Nutzsignal
erhält, daß ferner die Emitter beider Transistoren miteinander verbunden sind und
gemeinsam auf konstantem Potential liegen, welches gleich ist dem Bezugspotential
am Ausgang des Schalttransistors, und daß der Arbeitspunkt des zweiten Transistors
so eingestellt ist, daß bei nicht vorhandenem Nutzsignal an seinem Eingang der Schalttransistor
sowohl im leitenden wie auch im gesperrten Zustand keinen Kollektorstrom erzeugt.
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Die erfinderischen Erkenntnisse bestehen somit darin, daß man erstens
den Kollektor des Schalttransistor auf konstantes Potential legt und daß man zweitens
versucht, das Emitterpotential dieses Transistors konstant und auf gleicher Höhe
zu halten wie das Kollektorpotential. Dies gelingt jedoch nur, wenn verhindert wird,
daß am Transistor eine Restspannung zwischen Emitter und Kollektor auftritt. Eine
solche tritt nur dann nicht auf, wenn sowohl im leitenden wie auch im gesperrten
Zustand-des Schalttransistors kein Kollektorstrom fließt. Zur Konstanthaltung des
Emitterpotentials auf gleicher Höhe wie das Kollektorpotential wird ein zweiter
Transistor in Kollektorschaltung (Emitterfolger) vorgeschlagen, dessen Emitter mit
dem des Schalttransistors verbunden ist und mit diesem so zusammenwirkt, daß sich
bei konstanter Basisspannung am Eingang dieses. Emitterfolgers bei Änderung des
Einitterstromes des einen Transistors der Emitterstrom des anderen Transistors sich
um den gleichen Betrag in entgegengesetzter Richtung ändert und somit das Potential
an dem Verbindungspunkt konstant bleibt. Bei leitendem Schalttransistor fließt somit
wohl an diesem ein Basisstrom, wegen des konstanten Emitter- und Kollektorpotentials
jedoch kein Kollektorstrom.
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Der Schalttransistor erhält-seine Schaltsignale an der Basis, welche
ein Leitendwerden oder ein Sperren des Transistors bewirken. Der zweite Transistor
erhält seine Eingangssignale, nämlich die durchzuschaltenden Gleich- bzw. Wechselspannungen,
ebenfalls an der Basis. Er wirkt als normaler Verstärker. Für die verzerrungsfreie
übertragung der Eingangssignale sind die Eigenschaften eines Emitterfolgers wesentlich.
Dieser hält nämlich bei konstant gehaltenem Basispotential sein Emitterpotential
ebenfalls konstant und somit bei der erfindungsgemäßen Einrichtung
auch
das Eingangspotential des Schalttransistors. Bei Veränderungen des Basispotentials
hingegen folgt das Emitterpotential des Emitterfolgers dem Basispotential getreu
in seinen Veränderungen und bewirkt -eine entsprechende analoge Ansteuerung des
Emitters des Schalttransistors. Ist letztere durchgeschaltet, so treten die Änderungen
an seinem Eingang in entsprechender Weise auch an seinem Ausgang auf.
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Zur Einstellung des Arbeitspunktes des zweiten Transistors, derart,
daß der Kollektor des Schalttransistors stromlos wird, dient gemäß einer weiteren
Ausbildung der Erfindung ein mit der Basis dieses zweiten Transistors in Verbindung
stehender Sparim nungsteiler, dessen beide äußeren Klemmen entweder mit den beiden
Versorgungsspannungen des zweiten Transistors oder aber mit zwei von diesen unabhängigen
Spannungen in Verbindung stehen.
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Die Erfindung ermöglicht in einem bevorzugten Anwendungsgebiet die
parallele Zusammenschaltung mehrerer erfindungsgemäßer Anordnungen zu einem
gemeinsamen Ausgang entweder galvanisch oder gegebenenfalls über eine entsprechende
Anzahl von Summierwiderständen, wobei entweder eine oder gegebenenfalls gleichzeitig
mehrere solcher Anordnungen auf den Ausgangspunkt durchgeschaltet werden können.
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Im folgenden soll die Erfindung an Hand der Zeichnung noch näher erläutert
werden.
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Fig. 1 zeigt an Hand eines Schaltbeispiels das Prinzip der
Erfindung; F i g. 2 zeigt eine Anwendung der Erfindung bei Parallelschaltung
mehrerer solcher Anordnungen.
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In F i g. 1 ist der Schalttransistor mit 1 bezeichnet.
Seine Basis liegt über einen Widerstand 2 an dem Schaltspannungspotential USE, sein
Kollektor liegt über einen Widerstand 3 an einem festen Spannungspotential
U. Dieses Spannungspotential U soll gemäß der Erfindung bei nicht
vorhandenem Nutzsignal gleich sein dem Spannungspotential UA am Ausgang der Anordnung
und wird entsprechend dem gewünschten--Ausgangsspannungspegel gewählt, vorzugsweise
auf 0 Volt gelegt und mit Massepotential verbunden. Der Emitter des Schalttransistors
ist über den Potentialpunkt 4 und über einen Emitterwiderstand 5 mit einem
positiven Potential U, verbunden.
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An den Potentialpunkt 4 ist ferner der Emitter eines zweiten Transistors
6 angeschlossen. Die Basis dieses Transistors liegt am Eingangsspannungspotential
UE, der Kollektor dieses Transistors steht mit dem negativen Pol der Spannungsquelle
U, in Verbindung. Zur Einstellung des Arbeitspunktes des Transistors
6 dient ein aus den Widerständen 7 und 8 gebildeter Spannungsteiler,
wobei der letztgenannte Widerstand regelbar ausgebildet ist. Die äußeren Klemmen
dieses Spannungsteilers 7 und 8 liegen an den Potentialen
+ UO und - Uo. Letztere müssen so gewählt werden, daß ihre Potentialdifferenz
größer ist als die größtmögliche Signalspannung UE. Die Steuerspannungen des Transistors
1 müssen in ihrer Größe so gewählt werden, daß das Sperrpotential für den
Transistor positiver als das Potential + UO ist und das Durchlaßpotential
negativer ist als das Potential - U0. Dieses. hat seinen Grund darin, daß
der Schalttransistor 1 den gleichen Signalspannungshub verarbeiten können
muß wie der Transistor 6.
Der Arbeitspunkt des Transistors 6 wird durch
den Widerstand 8 so eingestellt, daß der Kollektor des Transistors
1 stromlos wird. Dies ist dann der Fall, wenn das Potential am Punkt 4 gleich
ist dem Ausgangspotential t#4 = U= 0 Volt des Transistors
1. Um in der beschriebenen Art arbeiten zu können, wird der Transistor
6 somit von dem Spannungsteiler 7, 8
in leitendem Zustand gehalten;
zweckmäßigerweise ,so, daß er bei maximal zulässigem Nutzsignal stets in seinem
linearen übertragungsbereich bleibt. Zur Einstellung des Arbeitspunktes des Transistors
6 sind neben der gezeigten Ausführung mit dem Spannungsteiler 7, 8
selbstverständlich auch andere Ausführungen mit gleicher Wirkungsweise denkbar.
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Wird das Potential UE an der Basis des Transistors 6 konstant
gehalten, so bleibt das Ausgangspotential UA des Kollektors des Transistors
1 konstant auf 0 Volt, gleichgültig, ob der Transistor 1
durch
ein Schaltsignal Usp in den leitenden oder in den gesperrten Zustand gesteuert wird.
Wird an der Basis des Transistors 6 hingegen ein Signal angelegt, so wird
der Transistor in seinem leitenden Zustand mehr oder weniger verändert und bewirkt
eine entsprechende Änderung am Potential des Punktes 4. Ist der Transistor
1 leitend, so treten diese Potentialänderungen in gleicher Größe unverzerrt
auch am Ausgang UA auf. Ist der Transistor 1 hingegen ge-
sperrt, so
bleibt sein Ausgangspotential auf 0 Volt.
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F i g. 2 zeigt eine mögliche Anwendung der Erfindung, bei welcher
die Signale, welche auf mehreren Leitungen Ei bis E, ankommen, gesteuert
durch erfindungsgemäße Schaltungsanordnungen B, bis B, auf einen gemeinsamen AusgangA0
durchgeschaltet werden soll.
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Soll jeweils nur das Signal einer Leitung Ei auf den Ausgang
AO durchgeschaltet werden, so werden die KlemmenA1 bis A" direkt galvanisch
mit der Ausgangsklemme A, verbunden. Durch entsprechende Schaltsignale an
den Klemmen USE 1. bis USE ' wird die entsprechende Schaltungsanordnung durchgeschaltet.
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Sollen hingegen gleichzeitig mehrere der Leitungen E, bis E"
auf die Ausgangsklemme A, durchgeschaltet werden, so werden zwischen die
Klemmen A, bis A" und die Ausgangsklemme AO noch sogenannte
Summierwiderstände Rs , bis RS" zwischengeschaltet.
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Eine Anwendung von Anordnungen, wie sie in F i g. 2 gezeigt
ist, erscheint beispielsweise in der Wählvermittlungstechnik und in der Analogrechentechnik
vorteilhaft.