DE2206947B2

DE2206947B2 - Elektronischer, durch impulse gesteuerter umschalter

Info

Publication number: DE2206947B2
Application number: DE19722206947
Authority: DE
Inventors: Pierre-Andre Dipl.-El.Ing.; Hautle Alfred; Zürich Merz (Schweiz)
Original assignee: Siemens-Albis AG, Zürich (Schweiz)
Priority date: 1971-04-16
Filing date: 1972-02-14
Publication date: 1973-05-10
Also published as: IL39183A0; CH533393A; FR2131418A5; DE2206947A1; DE2206947C3; IT957170B; NL7204970A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektronischen, durch Impulse gesteuerten Umschalter mit einer stromunabhängigen Restspannung (Offsetspannung) von höchstens 2 °/oo und einer stromabhängigen Restspannung von höchstens 1 °/oo der geschalteten Spannung und einer Schaltzeit von höchstens 200 ns.

In den meisten PCM-Anlagen besteht jedes Codewort aus einer Anzahl Bits, die eine Aussage über einen Amplitudenwert und die Polarität dieses Amplitudenwerts geben. Für die Erzeugung des Amplitudenwerts ist es bekanntgeworden, in einem Widerstandsnetzwerk aus hintereinandergeschalteten Längswiderständen und zwischen diesen angeschlossenen Querwiderständen an den freien Anschluß jedes Querwiderstandes über elektronische Schalter entweder eine positive oder eine negative Spannung oder Erdpotential anzulegen, wobei die entsprechende Spannung durch Auswertung der Polaritätsinformation des Codewortes ausgewählt wird. Jedem Querwiderstand müssen daher drei Schalter zugeordnet werden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, den Aufwand in bezug auf die Schalter zu vermindern, indem jedem Querwiderstand nur noch zwei Schalter zugeordnet werden, von denen der eine für das Schalten positiver oder negativer Spannung und der andere für das Schalten von Erdpotential vorgesehen ist. Eine derartige Einsparung an Schaltern erfordert einen ίο Spannungsumschalter, bei dem die nachstehenden Bedingungen eingehalten sind:

1. Die stromunabhängige Restspannung (Offsetspannung) darf höchstens 2%o der zu schaltenden Spannung betragen, damit nicht die Symmetrie des

Umschalters abgeglichen werden muß.

2. Der Strom durch den Umschalter hängt von der Anzahl der angeschalteten Querwiderstände ab und schwankt beispielsweise zwischen 0,7 mA und 1,7 mA;

_ao der ohmsche Spannungsabfall, d. h. die stromabhängige Restbpannung darf sich aber über den gesamten Lastbereich um höchstens 1 °/oo der zu schaltenden Spannung verändern.

3. Bei der heute üblichen Codeverarbeituug stehen a₅ für die Decodierung eines Codeworts 3,91 ns zur

Verfugung. Die Schaltzeit für die Polaritätsumschaltung darf daher höchstens 200 ns betragen.

Die Bedingung unter 2. läßt nur eine Verwendung von Transistorschaltern mit einem Durchlaßwiderstand von 4 Ω zu. Feldeffekttransistoren sind zu hochohmig. Bekannte Transistorschalter mit Si-Transistoren haben jedoch eine stromunabhängige Restspannung zwischen 8 und 40 mV im Vorwärtsbetrieb. Im Rückwärtsbetrieb beträgt diese Restspannung für die meisten Typen weniger als 2 mV. Diesem Vorteil des Rückwärtsbetriebs steht aber die Bedingung unter 3. entgegen, indem im Rückwärtsbetrieb die meisten Transistoren nur eine geringe Stromverstärkung aufweisen, was langsames Schalten bedeutet.

Die genannten Bedingungen werden durch die Er-

. findung dadurch erfüllt, daß ein zweistufiger Gegentaktverstärker mit komplementären Transistoren vorgesehen ist, von dem die erste Stufe an der Basis jedes Transistors durch die Impulse gesteuert sind, die Kollektoren über einen gemeinsamen Lastwiderstand miteinander verbunden und die Emitter mit positiver bzw. negativer Spannung vorgespannt sind, und von dem die Basisanschlüsse der zweiten Stufe mit den Kollektoren der ersten Stufe verbunden, die zu schaltenden Spannungen an die Kollektoren angelegt sind und die geschaltete Ausgangsspannung an den direkt miteinander verbundenen Emittern abgenommen ist.

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand eines Schaltungsschemas für ein Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Das Schaltungsschema läßt einen zweistufigen Gegentaktverstärker mit komplementären Transistoren erkennen. Die erste Stufe mit dem npn-Transistor 72 und dem pnp-Transistor 74 ist an den Emittern mit — 9 V bzw. +9V vorgespannt. Die Kollektoren sind über Widerstände R 6, R 7 und R 8 miteinander verbunden. Die Basis erhält eine Vorspannung über einen Widerstand R 2 bzw. 7? 4 von der Emittervorspannung her. Die zweite Stufe ist mit einem npn-Transistor 75 und einem pnp-Transistor 76 gebildet. Die Basis jedes Transistors 75 und 76 ist je auf einer Anschlußseite des mittleren Widerstands Rl der Wi-

derstandskettetfo, ÄVundtfSzwischendenKoliek- indem der Transistor Γ 6 in Rückwärtsrichtung

toren der ersten Stufe angeschlossen. Der Kollektor arbeitet. _n . ,

des npn-Transistors 75 ist mit einer Spannungsquelle Bei positiver Polarität am Eingang y wird der

+ 1/ und der Kollektor des pnp-Transistors 76 mit Transistor 72 gesperrt und der lransistor■ ι «■ iei-

einer Spannungsquelle -I/ verbunden. Die beiden 5 tend. Ähnlich wie oben beschrieben, liegt damit an

Emitter sind direkt miteinander verbunden und auf der Basis des Transistors 76 erne Spannung yon

einen Ausgang/!geführt. etwa +6 V, wodurch dieser sperrt Ein positiver

Die Ansteuerung der ersten Stufe erfolgt aus einem Strom fließt von der Spannungsquelle -t-y V über Eingang Q mit unipolaren Impulsen. Der npn-Tran- den Transistor 74, die Widerstände RS und Ä7 und sistor 72 der ersten Stufe ist über eine Serienschal- io über den Transistor 75 zur Spannungsquelle yu.
tung mit einem Widerstand Rl und der Emitter- Während der Umschaltphase von einer logischen 0 Kollektor-Strecke eines pnp-Transistors 71 mit ge- auf eine logische 1 am Eingang Q wirdaJso der l ranerdeter Basis mit dem Eingang Q verbunden und der sistor Tl gesperrt und der Transistor l 4 leitend. Am pnp-Transistor T 4 über eine ebensolche Serienschal- Ausgang Λ liegt noch die negative spannung υ tung mit einem Widerstand R2 und einem npn-Tran- 15 und somit auch am Emitter von lransistor 1 s, dei sistor Γ3, dessen Basis über einen Widerstand R 5 damit für Betrieb in Vorwartsrichtung vorgespannt mit der positiven Spannungsquelle für die Emitter- ist. Sobald nun die Spannung an der basis von iranvorspannung des pnp-Transistors T 4 der ersten Stufe sistor 76 diesen sperrt, baut sich die Spannung am verbunden ist. Außerdem ist die Basis noch über drei Emitter durch den Strom über die Basis-tmmeiin Serie geschaltete Dioden Gl, Gl und G3 mit 20 Strecke des Transistors Γ5 ab und wird auf den Wert Erde verbunden. Beide Serienschaltungen mit einem + U geführt, wodurch dieser Transistor 1 s in kuck-Widerstand Rl bzw. R3 und Emitter-Kollektor- wärtsrichtung arbeitet. In gleicher Weise geht die Strecke von Transistor Tl bzw. Γ3 sind mit je einem Umschaltung beim Wechsel von einer logischen 1 aul Kondensator Cl bzw. Cl überbrückt. eine logische 0 vor sich, indem wahrend der Schalt-

Die Wirkungsweise der Anordnung ist die folgende: 25 phase der Transistor Γ 5 in Vorwartsnchtung und

Mit einer logischen 0 (Erdpotential) am Eingang Q nach der Umschaltung in Rückwartsnchtung arbeitet.

wird der Transistor Tl gesperrt, und der Transistor Mit der Umschaltung der Arbeitsrichtung werden

Tl erhält keinen Basisstrom, so daß er ebenfalls die gestellten Bedingungen erfüllt, indem bei kuck-

sperrt. Dagegen wird mit diesem Potential der Tran- wärtsbetrieb die meisten Si-Transistoren eine strom-

sistor T3 infolge einer positiven Vorspannung an der 30 unabhängige Restspannung (Ortsetspannungj Kieme!

Basis, die durch die Durchlaßspannung der drei als 2 mV aufweisen. Die Bedingung, daß die Uttset-

Dioden Gl, Gl und G 3 konstant gehalten wird, spannung kleiner als 2«/„„ der geschalteten Spannut

leitend, und es fließt ein Basisstrom für den Tran- sein soll, ist bei einer Spannung von 4 V, wie sie m

sistor 74, der damit leitet, so daß am Kollektor ein Decodern verwendet wird, eingehalten.

Potential +9 V erscheint. 35 Der Durchlaßwiderstand von den Transistoren isi

Mit einer logischen 1 ( + 2,4 V bis +4 V) am Ein- in beiden Betriebsarten etwa 4 Ω. Bei einem Lasi-

gang Q wird der Transistor Tl leitend und führt dem bereich zwischen 0,7 und 1,7 mA ergibt sich bei 4 \

Transistor Tl einen Basisstrom zu, dagegen sperrt eine Änderung von l°/oo.

der Transistor 73 infolge einer positiven Vorspan- Indem die Transistoren 75 und Ib wahrend des

nung am Emitter. Mit sperrendem Transistor 73 40 Schaltvorganges in Vcrwärtsbetneb arbeiten, ergeben

wird auch der Transistor 74 gesperrt. Nach Art der sich sehr kurze Schaltzeiten.

Gegentaktschaltungen mit komplementären Tran- Der Abbau der Emitterspannung zwischen den

sistoren arbeiten beide in Gegentakt betriebenen Transistoren TS und 76 erfolgt rasch, wenn die wi-

Transistoren Tl und 74 auf dieselbe Last, den Wi- derstände R6 und R8 niederohmig, etwa JUU y, ge-

derstand R7. 45 wählt werden; dagegen muß die jeweils vom gesperr-

Die Spannungsteilerkette mit den Widerständen ten Zustand her gespeicherte Ladung der Basis-

R 6, R 7 und R 8 bewirkt, daß bei leitendem Tran- Emitter-Kapazität über den Widerstand Λ 7 abfließen,

sistor Tl an die Basis von Transistor Γ5 eine Span- Mit einem Wert von etwa 1500 Ω fur diesen Wider-

nung von etwa -6 V angelegt ist. Bei einer Kollek- stand Rl ergeben sich kürzere Ausschaltzelten und

torspannung 4- υ und - U von ±4 ^l/ ergibt sich ein 50 läneere Einschaltzeiten, wodurch nie beide iian-Stromfluß von der Spannungsquelle - 9 V über den sistoren T5 und T6 gleichzeitig leiten können. Da-

Transistor Tl, die Widerstände R6 und Rl und mit entstehen auch während des Umscnaltens keine über den Transistor 76 zur Spannungsquelle (7; Stromspitzen, die sich auf die Transistoren / 5 und am Ausgang A erscheint damit die Spannung -U, 76 schädlich auswirken könnten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektronischer, durch Impulse gesteuerter Umschalter mit einer stromunabhängigen Restspannung von höchstens 2%o und einer stromabhängigen Restspannung von höchstens 1 %>o der geschalteten Spannung und einer Schaltzeit von höchstens 200ns, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweistufiger Gegentaktverstärker mit komplementären Transistoren (72, 74, und 75, 7 6) vorgesehen ist, von dem die erste Stufe (72, 74) an der Basis jedes Transistors durch die Impulse gesteuert wird, die Kollektoren über einen gemeinsamen Lastwiderstand (R 7) miteinander verbunden und die Emitter mit positiver bzw. negativer Spannung vorgespannt sind und von dem die Basisanschlüsse der zweiten Stufe (75, T 6) mit den Kollektoren der ersten Stufe (T2, T4) verbunden, die zu schaltenden Spannungen (+U, — U) an die Kollektoren angelegt sind und die geschaltete Ausgangsspannung an den direkt miteinander verbundenen Emittern abgenommen ist.

2. Umschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerung der ersten Stufe (T2, T 4) über spannungsgesteuerte Schalter (Tl, 73) erfolgt.

3. Umschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die spannungsgesteuerten Schalter je aus einer Serienschaltung mit einem Widerstand (R 1, R 3) und der Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors (Tl, T3) besteht.

4. Umschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltertransistor (71) für die Leitung einer logischen 1 ein pnp-Transistor mit geerdeter Basis und der Schaltertransistor (73) für die Leitung einer logischen 0 ein npn-Transistor mit positiver vorgespannter Basis ist.

5. Umschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lastwiderstand (R 7) der ersten Stufe (72, 74) mit zwei weiteren Widerständen (R 6, R 8) zu einer Spannungsteilerkette ergänzt ist.