DE1949373C3 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Schalteinrichtung, insbesondere für die Durchschaltung des Basisbandes bei Richtfunkanlagen, bei der in der zu schaltenden Leitung ein komplementäres Transistorpaar mit seinen paarweise zusammengeschalteten Kollektor- und Emitterelektroden liegt, und bei der für den Ein-Zustand des Schalters symmetrisch in bezug auf die Systemerdung (SchaltungsnuUpunkt) zwei Spannungen umgekehrter PoIa-

rität an die Basisstrecken der Transistoren von solcher Höhe angelegt sind, daß die Transistoren durchschalten.

Solche Schalteinrichtungen werden besonders dann benötigt, wenn breite Frequenzbänder, z. B. das

Basisband bei Richtfunkanlagen, sehr schnell durchgeschaltet werden sollen. So sollen vom Gleichstrom beginnend auch Wechselströme bis zu relativ hohen Frequenzen, z. B. bis zu 10 MHz, möglichst stoßfrei durchgeschaltet werden, und es soll ferner vermieden

werden, daß an den Ausgängen Gleichspannungssprünge auftreten, die nicht auf das geschaltete Signal zurückzuführen sind. Ein Teil dieser Forderungen erfüllt auch die eingangs erwähnte elektronische Schalteinrichtung gemäß der USA.-Patentschrift 3 077 545. jedoch besteht vor allen Dingen bei solchen Schalteinrichtungen auch noch die Forderung eine hohe Rückwärtsdämpfung des Schalters zu erreichen, damit parallelliegende Zweige nicht beeinflußt werden.

Es wäre auch denkbar, als schaltende Elemente Schaltdioden zu verwenden, beispielsweise gemäß der deutschen Patentschrift 1 185 220. Dioden erfordern jedoch relativ hohe Steuerströme, und ferner treten hierdurch bedingt relativ große Restspannungen zwischen den zu schaltenden Leitungsenden auf Ferner wäre es dabei notwendig, um eine zu große Durchgangsdämpfung zu vermeiden, relativ hoch ohmige Stromzuführungswiderstände zu den Dioder

zu verwenden oder zusätzliche elektronische Ein- tronische Schalteinrichtungen derart vorzusehen, daß

richtungen, die den gleichen Zweck haben. vom Kollektor des Einschalttransistors des ersten

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektronischen Schalters (Arbeitskontakt) über eine

elektronische Schalteinrichtung anzuheben, die samt- Diode das Schaltkriterium für den zweiten elektro-

liche der obengenannten Forderungen mit einfachen 5 nischen Schalter (Ruhekontakt) abgeleitet ist und an

Mitteln erfüllt. den Basiskreis des Einschalttransistors dieses elek-

Diese Aufgabe wird bei einer elektronischen tronischen Schalters gelegt ist.

Schalteinrichtung der eingangs erwärmten Art da- Um den beim Umschalten auftretenden Störspan-

durch gelöst, daß in Richtung der zu schaltenden nungsimpuls weitgehend zu unterdrücken, ist es

Ströme dem ersten Transistorpaar nachgeordnet ein io ferner vorteilhaft, wenn der Koppelwiderstand durch

zweites komplementäres Transistorpaar kollektor- die Reihenschaltung einer Zenerdiode und eines

seitig an der zu schaltenden Leitung liegt und emitter- durch eine Kapazität überbrückten Widerstandes

seitig am Schaltungsnullpunkt, und daß im Ein- ersetzt ist und die Knickspannung der Zenerdiode

Zustand des Schalters an den Basen der beiden etwas unter der Summe der symmetrischen Schalt-

Transistoren des letztgenannten Paares zwei gleich- 15. spannungen gewählt ist.

zeitig mit den Schaltspannungen für das erste Tran- Nachstehend wird die Erfindung mit ihren Vor-

sistorpaar geschaltete Sperrspannungen symmetrisch teilen an Hand von Schaltbeispielen, gezeigt in den

gegen den Schaltungsnullpunkt angelegt sind. F i g. 1 bis 4, näher erläutert. Es zeigt

Um ein erdfretes Schalten zu ermöglichen, d.h. Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel für den eigent-

cin Schalten ohne Beeinflussung der zu schaltenden ao liehen elektronischen Schalter,

Leitungen, ist es ferner vorteilhaft, wenn an den Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel für eine Einheit,

Zuleitungen für die gegen den Schaltungsnullpunkt die Schaltspannungen für die Transistoren de· obigen

symmetrischen Schaltspannungen des ersten Tran- Schalters,

sistorpaares je ein Spannungsteiler gegen je eine Fig. 3 eine Verbesserung der Schaltung nach

gleich große Spannung umgekehrter Polarität liegt as F i g. 2, und zwar insbesondere hinsichtlich einer

und wenn an den Anzapfpunkten die Basen des Erhöhung der Schaltgeschwindigkeit,

zweiten Transistorpaares liegen und die Spannungs- Fig. 4 an Hand einer Transistorkennlinie den

teiler so bemessen sind, daß im Durchschaltezustand Arbeitsbereich der Transistoren für den elektroni-

des ersten Transistorpaares an den Basen des zweiten sehen Schalter.

Transistorpaares eine für die Sperrung der Emitter- 30 Bei einem derartigen Schalter ist, wie eingangs

kollektorstrecke dieses Transistorpaares notwendige erwähnt wurde, die Forderung gestellt, daß vom

Spannung anliegt. Dadurch wird ferner ein gleich- Gleichstrom beginnend auch Wechselströme bis zu

zeitiges Umschalten des Längs- und Querzweiges relativ hohen Frequenzen, möglichst stoßfrei, durch-

des Schalters erreicht. geschaltet werden müssen, d. h. daß vermieden sein

Für die Zuführung der symmetrischen Schalt- 35 soll, daß an den Ausgängen Gleichspannungssprünge spannungen ist es vorteilhaft, eine weitere Transistor- auftreten, die nicht auf das geschaltete Signal zurückschaltung vorzusehen, bestehend aus zwei komple- zuführen sind. Letztere Forderung hat besonders mentären Transistoren, die mit ihren Emitterkollek- Bedeutung für Fernseh- und Vielkanalfernsprechtorstrecken in je eine der Schaltspannungszuführun- signale. In die zu schaltende Leitung, die hier eingen eingeschaltet sind, und für den Durchschalte- 40 fachheitshalber als einadrige unsymmetrische Leitung zustand des elektronischen Schalters an die Basis ausgeführt ist, ist zwischen den Eingang E und den des einen der beiden Transistoren (Einschalttransi- Ausgang A ein komplementäres Transistorpaar TP1 stör) eine entsprechende weitere Schaltspannung mit seinen paarweise zusammengeschaiteten Kollekeinpolig anzulegen, durch die die Emitter-Kollektor- tor-Emitterstrecken gelegt. Die Richtung des Stromstrecke dta zweiten Transistors über einen vom KoI- 45 flusses auf der Leitung ist durch Pfeile angedeutet, lektor des ersten Transistors auf die Basis des zweiten Beim Durchschalten der Transistoren durch einen Transistors führenden Widerstand (Koppelwider- geeigneten Basisstrom I₈ läßt sich jeder der Transistand) im Ein-Zustand des Schalters gleichfalls stören so steuern, daß er emitter-kollektorseitig im durchgeschaltet wird. Dadurch ist es möglich, durch Sättigungsgebiet arbeitet. Dies ist einfachheitshalber Anlegung eines Erdpotentials an den Eingang des 50 in der F i g. 4 dargestellt, und das Arbeitsgebiet ist ersterwähnten Transistors die symmetrischen Schalt- dort mit SB bezeichnet. Es muß hn Interesse mögspanmingen für beide Transistorpaare des elektro- liehst geringen Innenwiderstandes des Schalters nischen Schalters zu erzeugen. sichergestellt sein, daß dieser Kennlinienbereich

Um den Schalter ähnlich wie hei einem Relais als auch nicht durch überlagerte zu schaltende Wechsel-Ruhekontakt wirken zu lassen, ist es vorteilhaft, 55 ströme überschritten wird, was im allgemeinen ge-

zwischen die Spannungszuführungen für die Emitter geben ist, da das ZMS-Signal meist in der Größe

der Steuertransistoren einen über die Basis des ersten "_On 1 bis 2 V₈₈ liegt.

Transistors geführten Strompfad vorzusehen, be- Um auch die geforderte Sperrdämpfung von etwa stehend aus einer der Basis dieses Transistors nächst- 50 dB zu erreichen, ist in Richtung der zu schaltengelegenen Zenerdiode und einem Widerstand, und die 60 den Ströme dem ersterwähnten Transistorpaar näch-Zenerspannung der Zenerdiode so zu wählen, daß bei geordnet ein zweites komplementäres Transistorpaar Anlegen des Schaltungsnullpunktes an den Abgriff TPl mit seinen Emitter-Kollektorstrecken zwischen des Spannungsteilers die Spannung an der Zener- die zu schaltende Leitung und den Schaltungsnulldiode unter den Zenerknick zu liegen kommt, so punkt gelegt. Im Ein-Zustand des Schalters muß daß der Basisstrom durch den erstgenannten Tran- 65 demnach dafür gesorgt werden, daß die Basisströme sistor verschwindet. des ersten Transistorpaares die Transistoren auf

Zur Verwirklichung eines bei Relais bekannten einen geeigneten Arbeitspunkt des Sättigungs-

Umschalterkontaktes ist es vorteilhaft, zwei elek- bereiches SB bringen, während gleichzeitig die Basis-

spannungen des zweiten Transistorpaares so zu R13, R12, All und die Basis des Transistors 7*3 wählen sind, daß diese Transistoren TP 2 gesperrt zustande, r.iti· diesen Transistor (Einschalttransistor) werden. Ferner müssen diese Sperrspannungen bzw. emitter-kollektorseitig durchschaltet. Schaltströme gegen Erde symmetrisch sein. Dies Will man erreichen, daß der elektronische Schalter

wird gemäß der Erfindung auf einfache Art dadurch 5 als Ruhekontakt wirksam ist, so sind an Stelle der erreicht, daß den den Ein-Zustand des Schalters die Brücke ar die Brücken ru eingelegt zii denken. In im Schaltbild angegebenen Steuerspannungen Ul diesem Zustand Hießt von der Spannungsquelle 1/4 und Ul (+24V und —24 V). über die Enikopp- über den Widerstand R 14, die ZenerdiodeZD und lungswiderstände Rl, Rl angelegt werden. Von den den Widerstand «12 ein Strom in die Basis des Einbeiden Steuerleitungen α und b sind, um die gleich- io schalttransistors, so daß dieser im Ruhezustand zeitige Sperrung des zweiten Transistorpaares zu emitter-kollektorseitig stets durchgeschaltet ist. Ererreichen, je ein Paar von Spannungsteilerwider- scheint am Steuereingang SE durch Drücken der ständen RS, RT, Rf», RS zu gleich hohen, jedoch Taste Tl ein Erdpotential, so wird am unteren entgegengesetzt gcpollen Spannungsquellen t/3 bzw. Anschluß der Zenerdiode das vorherige Potential UA von je 24 V geführt. Die Spannungsteiler-Anzapf- 15 verschwinden, d. h. auch der Basisstrom fur / 3 wird punkte c, d führen über weitere gleich große Enikopp- verve·...-"den wenn die Zcneruiode derart gewählt lungswiderstände R3, RA auf die Basen des zweiten ist, daß c · Kcnnlinionknick höher liegt als die Span-Transistorpaares. An diesen liegen ferner die Kon- nungt/3. In diesem Beispiel ist die Zcnerspannung densatoren Cl, Cl zur Verringerung des Durchlaß- zu 27 V gewählt, liegt also oberhalb der 24 V bcwiderstandes. Zur Erhaltung der Symmetrie des 20 tragenden Spannung U 3.

Ganzen ist R5 - Rb und RT — RS von im Schalt- Die Entkopplungsdiode Gr2 wäre an sich mehl

bild angegebenen Größen gewählt. Sämtliche Zahlen- unerläßlich ist hier jedoch aus Symmetricprundcn werte sind natürlich Beispielsangaben iür hier vcr- vorhanden.

wendete Transistoren und nur zum besseren Vet- Die Stouerlcitungsanschlüssc \ « haben folgende

ständnis in das Schaltbild eingetragen. Wie sich 15 Bedeutung: Wird U, r Punkt .\ l\i der vorliegenden daraus ersehen läßt, entstehen hierdurch im Ein- Sk n'rcinhct mit dem Punkt y einer « r:i^rcn. jedoch Zustand des Schalters an den Basen der Tiansistorcn gleich aufgebauten solchen Steuereinheit verbunden. TPl Sperrspannungen, se daß die Emitter-Kollektor- so erscheint an der B.. is des l:insc lalttrai sistoi^ / 3 strecken dieser Transistoren stromlos sind. Die der zweiten S'.eucreinhcn prak.isch die gkiche Span Sperrspannungen liegen in der Größe von ^; b/w. 30 nung als ;n dessen Immer, so daß dieser Transistor - 5 V. Werden nun zur U^sieueiung des ci^ktron· 'rr.mc: pci.i ic dann stiomlos ist. wenn dci I"inschalt sehen Schalters von den Steuerleitungen α bzw. b die transistor der eisten Steuereinheit durch^scnaltc; obengenannten Steuerspannungen -t- bzw. 24 V hat. Es laot sich auf diese Art auf cintachc WVim entfernt, so stellt sich für das Transistorpaar TP2 cm Umschalter realisieren der au? zwei lrwc'-automatisch ein Basisstrom Ib 2 ein. der diese Tran- 35 gleichen Baueinheiten (je Γ ι g. I und 2 zusamn' sistoren in das SäUigungsgehiet SB ihrer L-U.-Kenn- genommen) bestellt. Bei der /weiten Siewreiiir■ ü linie treibt. Ferner svl'i sich beim TrinsJEtorpartr TPl entfällt dann natü:^!'ch die Drucktaste /1. Die Diod gleichzeitig eine c. :ig..v.c Sperrspannung von den Gr3 ist /ur I-"uiV..,, p'.c.ng vorgesehen, denn ohm in Klammem angegebenen Werten ein, die wiederum R 13. R 12. KlI und die Basis des Transi<<or^ /3 dieses Transistoruaar in den Aus-Zustand. d. h. in 40 eine Spannung an dessen Kollektor auftreten, die den stromlosen Zustand ihrer Emitter-Kollektor- unter Umstanden den Transistor 7 4 unbeabsichtigt strecken versetzt. Sämtliche Spannungen und Wider- durchschalten würde.

stände sind jeweils so gewählt, daß sich erdsymme- Die oben geschilderte elektronische Schaltern* π >■

trische Verhältnisse ergeben. tung hat an sich schon eine sehr kurze LJmschMi/;-■

Da unter anderen, gefordert wird, daß sich der 45 von etwa 7.5 msec. Dieser Wert läßt sich noch \e Schalter durch Anlegen einer einzelnen gegen Erde bessern, wenn die Steuereinheit so verändert wird. auftretenden Spannung bzw wie im Ausführung:»- wie in Fig. Ί- gezeigt. Zur F i g. 2 ist dann die beispiel nach Fig. 2 angegeben, durch ein Erd- Zenerdiode ZD1 hinzugekommen und die K^ndenpotential selbst (TasieTl) betätigen läßt, ist eine satorcn C 3, CA. Der Widerstand R9 ist hier kleine: Steuereinheit gemäß Fig. 2 verwendet Dabei liegen 50 gewählt als dor;. Die Zenerspannung der Zcncrdiocic an den Steueradem a, b über Entkopplungsdioden 7/) I ist daboi kleiner als die Summe der Spannungen GrI und Gr2 und die Emitter-Kollektor-Elektroden 1/3 und U4 gewählt., im Beispiel zu 3? V. Wird also von Steuertransistoren T3 und T4 die Spannungen der Transistor 7 3 leitend, so übersteigt die Spannung i/3 und UA. Dies können die gleichen Spanmings- an der Zenerdiode den Zencrknick, und zwar sehi quellen sein, wie die bei Fig. 1 mit 1/3 bzw. UA 55 schnell und versetz! den Transistor Γ4 schlagartig benannten. Von der Kollektorstrecke des Transi- in den Ein-Zustand. was durch Zuschaltung der stors T3 führt ein Widerstand R9 auf die Basis des Kapazität C3 noch unterstützt wird. Wird die Zener-Transistors T4. spannung der Zenerdiode ZD1 größer gewählt als die

Die Basis-Emitterstrecke ist ferner durch einen Summe von I/ 4 unc¹ die an der Steuerleitung α aufdcn Arbeitspunkt im Ein-Zustand dieses Transistors 60 tretende Sperrspannung, in diesem Fall —5 V, so daß bestimmenden Widerstand Ä10 überbrückt. Wird der hier eine Spannung von 19 V resultiert, so ist neben Transistor T3 durchgeschaltet, so liegt an seiner der Diode GrI in diesem Schaltbeispie! auch die Kollcktorseitc praktisch die Spannung +24V, so Diode Gr entbehrlich. C 4 dient zur schnelleren Umdaß ein Basisstrom für den Transistor T4 fließen schaltung eines eventuell vorgesehenen weiteren kann, der praktisch gleichzeitig diesen Transistor 65 elektronischen Schalters wie schon er'" durchschaltet. Ist die nächst der Taste Tl in der Es lassen sich mit den oben anijot > >cri ckk-

Schaltung liegende Brücke ar eingelegt und die Ironischen Einrichtungen also nicht nur Arbcits- und Taste Tl gedrückt, so kommt ein Stromfluß über Ruhekontakte, sondern auch Umschaltrelaiskontakte

ersetzen. Ferner lassen sich auf einfache Weise ganze Schaltfelder aufbauen, wie sie für die eingangs genannten Zwecke manchmal erforderlich sind. Ferner lassen sich auch symmetrische Leitungen schalten, wenn nämlich zwei Schalter nach Fig. 1, d.h. in jeder Leitung einer, verwendet werden.

Die Sperrdämpfung läßt sich durch Aneinanderfügen mehrerer Schalter nach Fig. t in ein und denselben Leitungs2ug vergrößern.

Wird das Transistorpaar TP t in Richtung der zu •chaltenden Ströme nach dem Transistorpaar TP 2 noch einmal vorgesehen, so läßt sich auch damit •chon eine wesentlich höhere Sperrdämpfung und Rückwärtsdämpfung erreichen.

Durch Anwendung der Flip-Flop-Technik oder einer anderen Miniaiurbauweise lassen sich die obengenannten Schalt- und Steuereinheiten räumlich sehr klein ausführen. In einem Ausführungsbeispiel hatte die Schaltung nach F i g. 1 wie die nach F i g. 2 auf je einem Plättchen von 1,5 · 1,5 cm² Platz gefunden. Die Sperrdämpfung des Ausführungsbeispiels wai größer als 50 dB, der Frequenzbereich betrug 0 Hs bis 14MHz, und der maximale Ausgangspegel wai bei einer Frequenz von 10OkHz= 10 V_KS. Di< Brückenschaltung bei der Schaltung nach Fig.] bewirkt gleichspannungsfreie Ein- und Ausgänge unc hat ferner den Vorteü, daß beim Schalten durch det Schalter praktisch keine Spannungsspriinge auftreten

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Elektronische Schalteinrichtung, insbesondere für die Durchschaltung des Basisbandes bei Richtfunkanlagen, bei der in der zu schaltenden Leitung ein komplementäres Transistorpaar mit seinen paarweise zusammengeschalteten Kollektor- und Emitterelektroden liegt, und bei der für den Ein-Zustand des Schalters symmetrisch in bezug auf die Systemerdung (Schaltungsnullpunkt) zwei Spannungen umgekehrter Polarität an die Basisstrecken der Transistoren von solcher Höhe angelegt sind, daß die Transistoren durchschalten, dadurch gekennzeichnet, daß in Richtung der zu schaltenden Ströme dem ersten Transistorpaar nachgeordnet ein zweites komplementäres Transistorpaar kollektorseitig an der zu schaltenden Leitung liegt und emitterseitig am SchaltungsnuUpunkt, und daß im Ein-Zustand des Schalters an den Basen der beiden Transistoren des letztgenannten Paares zwei gleichzeitig mit den Schaltspannungen für das erste Transistorpaar geschaltete Sperrspannungen symmetrisch gegen den SchaltungsnuUpunkt angelegt sind.

2. Elektronische Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß au den Zuleitungen für die gegen den SchaltungsnuUpunkt symmetrischen Schaltspannungen des ersten Transistorpaares je ein Spannungsteiler gegen je eine gleich große Spannung umgekehrter Polarität liegt, und daß an den Anzapfpunkten der Spannungsteiler die Basen des zweiten Transistorpaares üegen und die Spannungsteiler so bemessen sind, daß im Durchschaltezustand des ersten Transistorpaares an den Basen des zweiten Transistorpaares eine für die Sperrung der Emitter-Kollektorstrecken dieses Transistorpaares notwendige Spannung anliegt.

3. Elektronische Schalteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die Zuführung der symmetrischen Schaltspannungen eine weitere Transistorschaltung vorgesehen ist, bestehend aus zwei komplementären Transistoren (Steuenransistoren) die mit der Emitterkollektorstrecke in je eine der Schaltspannungszuführungen eingeschaltet sind, und daß für den Durchschaltezustand des elektronischen Schalters an die Basis des einen der beiden Transistoren (Einschalttransistor) eine entsprechende Schaltspannung einpolig angelegt ist, durch die die Emitterkollektorstrecke des zweiten Transistors über einen vom Kollektor des ersten Transistors auf die Basis des zweiten Transistors führenden Widerstand (Koppelwiderstand) im Ein-Zustand des Schalters gleichfalls durchgeschaltet wird.

4. Elektronische Schalteinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß für ein System, bei dem der elektronische Schalter im Ruhezustand sich in der »Einstellung« befindet (Ruhekontakt) an die Spannungszuführungspunkte für die Emitter der Steuertransistoren ein über die Basis des ersten Transistors geführter Strompfad vorgesehen ist, bestehend aus einer der Basis dieses Transistors nächstgelegenen Zenerdiode (ZD) und einem Widerstand (R 14),

und daß die Zenerspannung der Zenerdiode so gewählt ist, daß bei Anlegen des Schaltungsnullpunktes an den Verbindungspunkt von Zenerdiode und Widerstand die Spannung an der Zenerdiode unter dem Zenerknick zu liegen kommt, so daß der Basisstrom durch den erstgenannten Transistor verschwindet.

5. Elektronische Schalteinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß für einen Umschalter zwei elektronische Schalteinrichtungen vorgesehen sind, und daß vom Kollektor des Einschalttransistors des ersten als Arbeitskontakt wirkenden elektronischen Schalters über eine Diode das Schaltkriterium für den zweiten als Ruhekontakt wirkenden elektronischen Schalter abgeleitet ist und an den Basiskreis des Einschalttransistors dieses elektronischen Schalters gelegt ist.

6. Elektronische Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Koppelwiderstand durch die Reihenschaltung einer Zenerdiode und eines durch eine Kapazität überbrückten Widerstandes ersetzt ist und die Knickspannung der Zenerdiode etwas unter der Summe der symmetrischen Schaltspannungen gewählt ist.