DE1218508B - Arrangement for fast, distortion-free switching of DC or AC voltages - Google Patents

Description

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.Arrangement for fast, distortion-free switching of DC or alternating voltages The invention relates to an arrangement for rapid, distortion-free Switching through DC or AC voltages using a switching transistor in basic posture.

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.The object of the invention is to neither connect a broadband signal to the input of the circuit arrangement to the output nor to prevent a connection, depending on a switching signal entt2. It is important that the applied input signal passes through the circuit arrangement absolutely free of distortion both in terms of its amplitude and, if necessary, in terms of its frequency, an additional aggravating condition that it must be possible to switch over very quickly. Such a distortion-free transmission of a signal is only possible if the circuit arrangement has an exactly the same and constant potential at its input and output when there is no input signal.

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.These conditions can be achieved with the previously known switch arrangements, in which the switching transistors are often used in the basic position, not to be met. Transistors, which because of their short switching time in the present Case exclusively come into question, have the principal disadvantage that on them between the emitter and the collector there is also a temperature-dependent residual voltage occurs. However, this prevents the maintenance of one at the entrance and Output of the same and constant potential, as required for the invention will.

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.In fulfillment of the conditions mentioned at the beginning for the fast, distortion-free Switching through direct and alternating voltages, the invention proposes that the switching transistor receives the switching signal at its base and its collector is connected to a fixed reference potential that a second transistor is provided in the collector circuit (emitter follower), the useful signal at its base receives that the emitters of both transistors are also connected to one another and are jointly at a constant potential, which is equal to the reference potential at the output of the switching transistor, and that the operating point of the second transistor is set so that if there is no useful signal at its input, the switching transistor no collector current is generated either in the conductive or in the blocked state.

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.The inventive knowledge is thus that, firstly the collector of the switching transistor puts on constant potential and that one second tries to keep the emitter potential of this transistor constant and at the same level to hold like the collector potential. However, this only works if it is prevented that a residual voltage occurs on the transistor between the emitter and collector. One such only does not occur when both in the leading and in the blocked State-of the switching transistor no collector current flows. To keep the A second emitter potential is at the same level as the collector potential Transistor in collector circuit (emitter follower) proposed, whose emitter with that of the switching transistor is connected and cooperates with this so that with a constant base voltage at the input. Emitter follower when changing the Einitterstromes of one transistor the emitter current of the other transistor itself changes by the same amount in the opposite direction and thus the potential remains constant at the connection point. When the switching transistor is conductive, it flows probably a base current on this, because of the constant emitter and collector potential but no collector current.

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.The switching transistor receives its switching signals at the base, which cause the transistor to become conductive or to block. The second transistor receives its input signals, namely the direct or alternating voltages to be switched through, also at the base. It acts as a normal amplifier. For the distortion-free transmission of the input signals, the properties of an emitter follower are essential. This is because this holds its emitter potential when the base potential is kept constant also constant and thus in the device according to the invention even the input potential of the switching transistor. In the event of changes in the basic potential on the other hand, the emitter potential of the emitter follower follows the base potential faithfully in its changes and causes a corresponding analogue control of the Emitter of the switching transistor. If the latter is switched through, the changes occur at its entrance in a corresponding manner at its exit.

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.To set the operating point of the second transistor in such a way that the collector of the switching transistor is de-energized, is used according to another Formation of the invention a with the base of this second transistor in connection standing Sparim voltage divider, whose two outer terminals either with the two Supply voltages of the second transistor or with two of these independent ones Tensions are related.

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.In a preferred field of application, the invention enables the parallel interconnection of several arrangements according to the invention to a common output either galvanically or optionally via a corresponding number of summing resistors, with either one or, if necessary, several such arrangements can be switched through to the starting point at the same time.

Im folgenden soll die Erfindung an Hand der Zeichnung noch näher erläutert werden.In the following, the invention will be explained in more detail with reference to the drawing will.

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. 1 shows the principle of the invention on the basis of a circuit example; F i g. 2 shows an application of the invention when several such arrangements are connected in parallel.

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.In Fig. 1 , the switching transistor is denoted by 1. Its base is connected through a resistor 2 to the switching voltage potential USE, the collector of the invention in the absence of useful signal via a resistor 3 to a fixed voltage potential U. This voltage potential U soll according to be equal to the voltage potential UA at the output of the array and is corresponding to the desired --Output voltage level selected, preferably set to 0 volts and connected to ground potential. The emitter of the switching transistor is connected to a positive potential U via the potential point 4 and via an emitter resistor 5.

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.The emitter of a second transistor 6 is also connected to the potential point 4. The base of this transistor is connected to the input voltage potential UE, the collector of this transistor is connected to the negative pole of the voltage source U. A voltage divider formed from resistors 7 and 8 is used to set the operating point of transistor 6 , the latter resistor being designed to be controllable. The outer terminals of this voltage divider 7 and 8 are at the potentials + UO and - Uo. The latter must be chosen so that their potential difference is greater than the greatest possible signal voltage UE. The control voltages of the transistor 1 must be selected in their size such that the barrier potential for the transistor is more positive than the potential + UO and the Durchlaßpotential is more negative than the potential - U0. This. The reason for this is that the switching transistor 1 must be able to process the same signal voltage swing as the transistor 6. The operating point of the transistor 6 is set by the resistor 8 in such a way that the collector of the transistor 1 is de-energized. This is the case when the potential at point 4 is equal to the output potential t # 4 = U = 0 volts of the transistor 1. In order to be able to work in the manner described, the transistor 6 is thus turned on by the voltage divider 7, 8 Condition held; expediently, in such a way that it always remains in its linear transmission range with the maximum allowable useful signal. In addition to the embodiment shown with the voltage divider 7, 8 , other embodiments with the same mode of operation are of course also conceivable for setting the operating point of the transistor 6.

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.If the potential UE at the base of the transistor 6 is kept constant, the output potential UA of the collector of the transistor 1 remains constant at 0 volts, regardless of whether the transistor 1 is switched to the conductive or blocked state by a switching signal Usp. If, on the other hand, a signal is applied to the base of the transistor 6 , the transistor is more or less changed in its conductive state and causes a corresponding change in the potential of the point 4. If the transistor 1 is conductive, these potential changes occur without distortion in the same magnitude at the output UA. If, on the other hand, transistor 1 is blocked, its output potential remains at 0 volts.

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.F i g. 2 shows a possible application of the invention in which the signals which arrive on several lines Ei to E , controlled by circuit arrangements B to B according to the invention, are to be switched through to a common output A0.

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.If only the signal of one line Ei is to be switched through to output AO, terminals A1 to A " are galvanically connected directly to output terminal A. The corresponding circuit arrangement is switched through by appropriate switching signals at terminals USE 1. to USE '.

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.Are simultaneously more of the lines E-E, however, "are switched through to the output terminal A, so be between terminals A, to A" and the output terminal AO still called summing Rs until RS "in between.

Eine Anwendung von Anordnungen, wie sie in F i g. 2 gezeigt ist, erscheint beispielsweise in der Wählvermittlungstechnik und in der Analogrechentechnik vorteilhaft.An application of arrangements as shown in FIG. 2 appears to be advantageous, for example, in dialing switching technology and in analog computing technology.

Claims (2)

Patentansprüche: 1. Anordnung zum schnellen verzerrungsfreien Durchschalten von Gleich- oder Wechselspannungen, unter Verwendung emies Schalttransistors in Basisschaltung, dadurch gekennzeichn e t, daß der Schalttransistor (1) an seiner Basis das Schaltsignal erhält und sein Kollektor mit einem festen Bezugspotential (U) in Verbindung steht, daß ein zweiter Transistor (6) 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 (U) am Ausgang des Schalttransistors (1), und daß der Arbeitspunkt des zweiten Transistors so eingestellt ist, daß bei nicht vorhandenem Nutzsignal an seinem Eingang der Schalttransistor (1) sowohl im leitenden wie auch im gesperrten Zustand keinen Kollektorstrom erzeugt. Claims: 1. Arrangement for fast, distortion-free switching of direct or alternating voltages, using a switching transistor in a base circuit, characterized in that the switching transistor (1) receives the switching signal at its base and its collector is connected to a fixed reference potential (U) stands that a second transistor (6) is provided in the collector circuit (emitter follower), which receives the useful signal at its base, that also the emitters of both transistors are connected to each other and are jointly at a constant potential, which is equal to the reference potential (U) at the output of the switching transistor (1), and that the operating point of the second transistor is set so that if there is no useful signal at its input, the switching transistor (1) does not generate any collector current either in the conductive or in the blocked state. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung des Arbeitspunktes des zweiten Transistors (6) ein mit dessen Basis in Verbindung stehender Spannungsteiler (7, 8) vorgesehen ist, dessen beide äußeren Klemmen entweder mit den beiden Versorgungsspannungen des zweiten Transistors oder aber mit zwei von diesen unabhängigen Spannungen in Verbindung stehen. 3. Ansprach nach Anordnung 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung eines konstanten Emitterpotentials für beide Transistoren (1, 6) ein gemeinsamer Emitterwiderstand (5) vorgesehen ist, der mit seiner äußeren Klemme an einer Versorgungsspannungsquelle (U0) liegt. 4. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Reihe solcher Anordnungen (B, ... B") mit einem gemeinsamen Ausgangspunkt (A0) galvanisch oder gegebenenfalls über Summierwiderstände (RS , ... Rs,) verbunden sind und daß eine oder gegebenenfalls gleichzeitig mehrere solcher Anordnungen auf den Ausgangspunkt (A0) durchgeschaltet werden können.2. Arrangement according to claim 1, characterized in that for setting the operating point of the second transistor (6) a standing with its base in connection voltage divider (7, 8) is provided, whose two outer terminals either with the two supply voltages of the second transistor or but related to two of these independent tensions. 3. spoke according to arrangement 1, characterized in that a common emitter resistor (5) is provided to produce a constant emitter potential for both transistors (1, 6) , the outer terminal of which is connected to a supply voltage source (U0). 4. Arrangement according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that a number of such arrangements (B, ... B ") with a common starting point (A0) galvanically or optionally via summing resistors (RS , ... Rs, ) are connected and that one or, if necessary, several such arrangements can be switched through to the starting point (A0) at the same time.