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Elektrische Schaltungsanordnung zur Lieferung einer Ausgangsspannung in Abhängigkeit von einer bestimmten Eingangsspannung, vorzugsweise für Fernmeldeanlagen
In der Elektrotechnik werden zur Lösung vieler Schaltaufgaben elektrische Schaltvorrichtungen benötigt, welche eine Betriebsspannung an einen Verbraucher dann anschalten sollen, wenn die Höhe einer der Schaltvorrichtung zugeführten veränderlichen Steuerspannung gerade in einem bestimmt festgelegten Bereich liegt ; wenn die Steuerspannung diesen Bereich über-oder unterschreitet, soll die Betriebsspannung also nicht geliefert werden. Die hier behandelten Schaltvorrichtungen sollen vorzugsweise in Fernmeldeanlagen verwendet werden. Es tritt dort oft die Aufgabe auf, festzustellen, ob unter einer bestimmten Zahl von Einrichtungen z. B.
Relais, Röhren oder Transistoren eine festgelegte Teilanzahl Strom führt.
Man lässt dann diese Einrichtungen auf ein Widerstandsnetzwerk arbeiten, bei dem an einem geeigneten
Punkt eine Spannung auftritt, welche von der Zahl der stromführenden Einrichtungen abhängt und deren Höhe, wenn die festgelegte Teilanzahl Strom führt, in einem bestimmten Bereich liegt. Mittels dieser Spannung steuert man dann eine Schaltvorrichtung, die so arbeiten muss, wie eingangs beschrieben wurde. Das Stromführen einer bestimmten Anzahl von Einrichtungen kann z. B. von der Kodierung einer Information abhängen, wobei bei richtiger Kodierung eine richtige Anzahl von Einrichtungen Strom führt.
Mit Hilfe der Schaltvorrichtung wird dann die richtige Kodierung der Information gemeldet, da bei richtiger Kodierung von der Schaltvorrichtung die vorgesehene Betriebsspannung geliefert wird. Es bereitet nun erfahrungsgemäss technische Schwierigkeiten, eine Schaltvorrichtung zu schaffen, welche die hiezu notwendigen Eigenschaften hat, also u. a. wenn die Steuerspannung sich ändert, bei zwei bestimmten Grenzspannungen, nämlich beim Überschreiten der Bereichsgrenzen ihre Betriebslage zu wechseln. Nimmt man z.
B. an, die Steuerspannung nehme von der unteren Variationsgrenze aus in Richtung zur oberen Variationsgrenze zu, so soll die Schaltvorrichtung zunächst keine Betriebsspannung liefern, nach Über- schreien der unteren Grenze des vorgesehenen Bereichs und bis zur oberen Bereichsgrenze Betriebsspannung liefern und dann wieder keine. Diese Aufgabe ist umso schwieriger zu lösen, je kleiner der Bereich, in dem Betriebsspannung zu liefern ist, im Verhältnis zum Variationsbereich der Steuerspannung ist.
Die Erfindung zeigt nun einen Weg, wie man eine derartige Schaltungsanordnung aufbauen kann.
Es handelt sich hier um eine elektrische Schaltungsanordnung, welche nur dann eine Ausgangsspannung, u. zw. in bestimmter Höhe, liefert, wenn die Höhe der Steuerspannung an der Steuerspannungsquelle in einem festgelegten Bereich liegt, unter Verwendung von Schaltern mit je zwei Eingangselektroden und einer Ausgangselektrode, bei welchen die Ausgangselektrode zu einer ihrer Eingangselektroden durchgeschaltet wird und dadurch die an dieser Eingangselektrode liegende Spannung über die Ausgangselektrode weitergibt, wenn die Spannung zwischen den Eingangselektroden eine solche Polarität hat, dass sie sich in Arbeitslage befinden.
Diese Schaltungsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass an der Steuerspannungsquelle die beiden ersten Eingangselektroden von zwei Schaltern gemeinsam angeschlossen sind, an deren Ausgangselektroden die Eingangselektroden eines dritten Schalters angeschlossen sind, welcher bei Arbeitslage der beiden ersten Schalter auf Grund der zugeführten Spannung seine Arbeitslage einnimmt, wobei die bei ihm weitergegebene Spannung die Ausgangsspannung der Schalteinrichtung ist, und dass bei Arbeitslage der beiden ersten Schalter die Steuerspannung an der Steuerspannungsquelle unter der oberen Bereichsgrenze des einen Schalters und über der unteren Bereichsgrenze des andern Schalters liegt.
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Die Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine derartige Schaltvorrichtung. Es sind hier die drei Schalter Sl, S2 und S3 vorhanden. Die variable Steuerspannung wird den Eingangselektroden Eil und E21 der beiden Schalter Sl und S2 gemeinsam zugeführt. In diesem Ausführungsbeispiel werden als Schalterspannungen die an den jeweils andern Eingangselektroden, also hier den Eingangselektroden E12 und E22 liegenden Spannungen verwendet, so dass die Schalter hier so ausgeführt werden können, dass sie in Arbeitslage ihre Ausgangselektroden Al bzw. A2 zu der betreffenden Eingangselektrode E12 bzw. E22 durchschalten. Auch der Schalter S3 arbeitet hier in dieser Weise. Die Ausgangselektroden könnten natürlich auch auf andere Spannungsquellen mit geeigneten Spannungen durchschalten.
Die Ausgangselektroden Al und A2 der Schalter SI und S2 sind mit je einer der Eingangselektroden E31 und E32 des Schalters S3 verbunden. Wenn die beiden Schalter Sl und S2 in Arbeitslage sind, soll zwischen ihren Ausgangselektroden eine Spannung solcher Polarität liegen, dass der dort angeschlossene Schalter S3 in Arbeitslage kommt und seine Ausgangselektrode A3 zu einer Eingangselektrode durchschaltet, hier zu der Elektrode E31.
Damit die beiden Schalter Sl und S2 sich zugleich in Arbeitslage befinden, wenn die Höhe der Steuerspannung zwischen der unteren und der oberenBereichsgrenze liegt, wird in diesem Ausführungsbeispiel der zweiten
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nung Uell kleiner als die Spannung Uo ist und der zweiten Eingangselektrode E22 des Schalters S2 eine Spannung Uu in Höhe der unteren Bereichsgrenze zugeführt und ein Schalter verwendet, der durchschal- tet, wenn die an der Eingangselektrode E21 vorhandene Spannung Ue21 grösser als die Spannung Uu ist.
Dadurch wird erreicht, dass sich der Schalter SI von der unteren Variationsgrenze der Steuerspannung bis zur oberen Bereichsgrenze in Arbeitslage befindet und der Schalter S2 von der unteren Bereichsgrenze bis zur oberen Variationsgrenze in Arbeitslage befindet. Zwischen der unteren und der oberen Bereichsgrenze befinden sich demgemäss, wie verlangt, alle beide in Arbeitslage und der Schalter S3 schaltet durch und liefert, wie vorgeschrieben, eine Schalterspannung am Ausgang A3,. welche die Ausgangsspannung der gesamten Schaltvorrichtung ist. Sie ist hier gleich der Spannung Uo.
Es ist unter Umständen erwünscht, da von der Polarität der zwischen den Eingangselektroden E31 und E32 liegenden Spannung die Betriebslage des zugehörigen Schalters S3 abhängt, diese Polaritätauchdann sicher festzulegen, wenn nur einer der beiden Schalter durchgeschaltet hat, wodurch nur an einer dieser beiden Eingangselektroden eine bestimmte Spannung liegt. Zu diesem Zweck wird zusätzlich über zwei hinreichend grosse Widerstände R31 und R32 eine Spannungsquelle in solcher Polarität an die Eingangselektroden E31 und E32 angeschlossen, dass unter deren alleiniger Wirkung und bei Durchschaltung nur eines der Schalter SI und S2 zwischen diesen Eingangselektroden eine Spannung solcher Polarität liegt, dass sich der Schalter in Ruhelage befindet, er also nicht durchgeschaltet hat.
Dies wird dadurch erreicht, dass die amSchalterSI angeschlossene Eingangselektrode E31 des Schalters S 3 über den Widerstand R31 an eine Spannung angeschlossen ist, die niedriger als die Spannung Uu bei der unteren Bereichsgrenze ist, und dass die amSchalter S2angeschlossene Eingangselektrode E32 desSchalters S3 über denWiderstand R32 an eine Spannung angeschlossen ist, die höher als die Spannung Uo bei der oberen Bereichsgrenze ist. In diesemAusführungsbeispiel führt der Widerstand R3I nach Masse und der Widerstand R32 zur Spannung +U.
Die Widerstände R31 und R32 müssen so gross sein, dass der über sie fliessende Strom weder die betreffende Schaltstrecke überlastet noch an ihr einen störenden Spannungsabfall hervorruft. Schliesst man nun noch an die Eingangselektrode A3 des Schalters S3 einen Widerstand R33 an, der z. B. an einem geeigneten Pol dieser Spannungsquelle, hier Masse, liegt und entsprechend wie die Widerstände R31 und R32 hinreichend gross ist, wobei am Ausgang beim Schalten des Schalters S3 die abgegebene Spannung zwischen der des betreffenden Pols der Spannungsquelle und der Spannung Uo schwankt, so kann man die Schalter auch durch Transistoren realisieren. Man muss dabei zur Begrenzung des Basis-Emitter-Stromes Basisvorwiderstände vorsehen und Transistoren eines solchen Leitungstypes wählen, dass die jeweils geforderten Schalterbedingungen erfüllt werden können.
Die Ausgangsspannung der Schalter wird am Kollektor des betreffenden Transistors geliefert. Damit wird die Schaltvorrichtung aus elektronischen Bauelementen aufgebaut, wodurch ein praktisch trägheitsloses Arbeiten derselben ermöglicht wird, was besonders bei Anwendungen in der Fernmeldetechnik von ausschlaggebender Bedeutung sein kann.
In der Fig. 2 ist eine Schaltvorrichtung dieser Art unter Verwendung von Transistoren dargestellt. Der Schalter Sl ist durch den p-n-p-Transistor Tl mit demBasisvorwiderstand Rl ersetzt, wobei der Basisvor- widerstandRI amEingang E derSchaltvorrichtung angeschlossen ist und am Emitter dieSpannungUo liegt.
Entsprechend ist der Schalter S2 durch den'n-p-n-Transistor T2 mit dem Basisvorwiderstand R2 ersetzt. An seinem Emitter liegt die Spannung Uu. Am Kollektor des Transistors T2 ist der Basisvorwiderstand R3 des den Schalter S3 ersetzenden p-n-p-Transistors T3 und am Kollektor des Transistors Tl der Emitter des
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Transistors T3 angeschlossen. Die am Kollektor des Transistors T3 vorhandene Schalterspannung ist dann zugleich die Ausgangsspannung der Schaltvorrichtung.
Die Schalter Sl-S3 könnte man selbstverständlich auch durch andere elektronische Bauelemente er- setzen, etwa durch Röhren u. a., wenn sie in solcher Schaltungsart verwendet werden, dass sie als Schalter wirken, die bei einer bestimmten Spannung ansprechen.
Es wird nun noch die Arbeitsweise der Schaltvorrichtung mit Transistoren beschrieben. Die Steuer- spannung wird dem Eingang E zugeführt. Wenn die Steuerspannung unter der am Emitter des Transistors Tl liegenden Spannung Uo liegt, so ist dieser im leitenden Zustand, da er vom p-n-p Leitungstyp ist und sein
Basispotential unter seinem Emitterpotential liegt. Wenn die Steuerspannung über der am Emitter des
Transistors T2 liegenden Spannung Uu liegt, so ist der Transistor T2 im leitenden Zustand, da er vom n-p-n Leitungstyp ist und sein Basispotential über seinem Emitterpotential liegt. Beide Transistoren sind also leitend, wenn die Steuerspannung innerhalb des vorgeschriebenen Steuerbereichs, also zwischen der
Spannung Uu und der Spannung Uo liegt.
Die Widerstände R31 und R32 wirken dabei als Kollektorwider. stände für die Transistoren Tl und T2. An den Kollektoren sind der Basisvorwiderstand R3 und der Emitter des Transistors T3 angeschlossen. Da hier im leitenden Zustand der Transistoren Tl und T2 am Basisvor- widerstand des Transistors T3 ein niedrigeres Potential als an seinem Emitter liegt, ist er vom p-n-p-Lei- tungstyp gewählt, damit er unter diesen Umständen leitend ist und die verlangte Schalterspannung, hier die Spannung Uo, liefert. Man könnte auch Emitter und Basis vertauscht anschliessen und müsste dann als
Transistor T3 einen solchen vom n-p-n-Leitungstyp wählen.
Ausserdem müsste man dann die Ausgangselektrode über den Widerstand R33 auf denjenigen Pol der Spannungsquelle arbeiten lassen, dessen Spannung positiver als die Spannung Uu ist. Man erhielte im leitenden Zustand des Transistors T3 dann an der Ausgangselektrode A die Spannung Uu. Bei gesperrtem Transistor T3 würde dann dort eine gegen die Spannung Uu positivere Spannung liegen. Wenn nur einer der Transistoren Tl und T2 leitend ist, wird über die Widerstände R31 und R32 sichergestellt, dass die Emitterbasisspannung am Transistor T3 solche
Polarität hat, dass er gesperrt ist. Der Widerstand R33 wirkt als Kollektorwiderstand für den Transistor C3 und muss an einer dementsprechenden Spannung angeschlossen werden. Es sei noch darauf hingewiesen, dass die Steuerspannung die Kollektorspannungen der Transistoren Tl und T2 auch überschreiten kann.
Die Basisvorwiderstände müssen dann so gross gewählt werden, dass die höchst zulässigen Betriebsströme der Transistoren Tl und T2 nicht überschritten werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Elektrische Schaltungsanordnung, welche nur dann eine Ausgangsspannung, u. zw. in bestimmter Höhe, liefert, wenn die Höhe der Steuerspannung an der Steuerspannungsquelle in einem festgelegten Bereich liegt, unter Verwendung von Schaltern mit je zwei Eingangselektroden und einer Ausgangselektrode, bei welchen die Ausgangselektrode zu einer ihrer Eingangselektroden durchgeschaltet wird und dadurch die an dieser Eingangselektrode liegende Spannung über die Ausgangselektrode weitergibt, wenn die Spannung zwischen den Eingangselektroden eine solche Polarität hat, dass sie sich in Arbeitslage befinden, dadurch gekennzeichnet, dass an der Steuerspannungsquelle (E) die beiden ersten Eingangselektroden (Ell und E21) von zwei Schaltern (SI und S2) gemeinsam angeschlossen sind,
an deren Ausgangselektroden (AI und A2) die Eingangselektroden (E31 und E32) eines dritten Schalters (S3) angeschlossen sind, welcher bei Arbeitslage der beiden ersten Schalter (SI und S2) auf Grund der zugeführten Spannung seine Arbeitslage einnimmt, wobei die bei ihm weitergegebene Spannung die Ausgangsspannung der Schalteinrichtung ist, und dass bei Arbeitslage der beiden ersten Schalter (Sl und S2) die Steuerspannung an der Steuerspannungsquelle (E) unter der oberen Bereichsgrenze des einen Schalters (sol) und über der unteren Bereichsgrenze des andern Schalters (S2) liegt.