<Desc/Clms Page number 1>
Modulator
Die Erfindung betrifft einen Modulator zum Durchschalten oder Sperren einer oder mehrerer Eingangswechselspannungen mit Sperrung des Ausgangssignals bei Ausfall der Betriebsspannung, bestehend aus mindestens einer Transistorverstärkerstufe in Eintakt- oder Gegentaktschaltung, die bei Normalbetrieb im ungesättigten Bereich arbeitet.
Es ist bekannt, dassDioden-Modulatoren beiAusfall der Betriebsspannung zwar eine erwünschte hohe Sperrdämpfung besitzen, doch ist bei diesen auch während des Betriebes eine hohe Durchlassdämpfung vorhanden, die durch den Durchlasswiderstand der Dioden bedingt ist.
Der erfindungsgemässe Modulator weist bei Normalbetrieb eine sehr geringe Durchlassdämpfung auf und bewirkt allenfalls eine Verstärkung des Eingangssignals, während bei Ausfall der Betriebsspannung, wie gewünscht, eine hohe Sperrdämpfung auftritt ; ausserdem ist es vorteilhaft, dass sich Eingangs- und Ausgangsscheinwiderstand des Transistormodulators beim Umschalten zwischen leitendem und sperrendem Zustand mittels einer der beiden Signalquellen möglichst wenig ändern.
Zur Lösung dieser Aufgabe und zur Vermeidung der erwähnten Nachteile der bisher bekannten Modulatorschaltungen ist daher der Modulator der eingangs erwähnten Art gemäss der Erfindung so auszubilden, dass dem Kollektor und bzw. oder der Basis der Transistoren der Transistorverstärkerstufe eine oder mehrere, im Normalbetrieb in einem Arbeitspunkt mit kleinem Wechselstromwiderstand betriebene Dioden in Durchlassrichtung bezüglich der Betriebsspannung vorgeschaltet sind.
Eine erhöhte Sperrdämpfung bei Ausfall der Betriebsspannung lässt sich dadurch erzielen, dass der Kollektor jeweils über eine, zur erstgenannten Diode, insbesondere Germaniumdiode, mit entgegengesetzter Polung in Serie geschaltete zusätzliche Diode, insbesondere Siliziumdiode, mit einer gegenüber der erstgenannten Diode niedrigeren Schwellspannung an ein derartiges Potential geführt ist, dass die zusätzliche Diode bei Normalbetrieb sperrt und bei Ausfall der Betriebsspannung leitet.
Es ist auch zweckmässig, an den Kollektor eines oder mehrerer Transistoren je eine Diode mit einer der Sperrichtung der Kollektor-Basis-Strecke entgegengesetzten Sperrichtung zu schalten und im Kollektorkreis mindestens eine weitere Diode, insbesondere Zenerdiode, mit einer der Sperrichtung der Kollektor-Basis-Strecke gleichgerichteten Sperrichtung vorzusehen. Die Sperrwirkung dieser im Kollektorstromkreis angeordneten Dioden und Zenerdioden kann auch durch eine bipolare Zenerdiode erreicht werden.
In einem Koppelfeld, das zum Durchschalten der Wechselspannungen von mehreren Eingängen auf einen oder mehrere Ausgänge oder von einem Eingang auf mehrere Ausgänge dient, können selbstsperrende Modulatoren angewandt werden ; für eine Anzahl der eingesetzten Modulatoren können ein gemeinsamer Eingangsübertrager, aber getrennte Ausgangsübertrager vorhanden sein, die gegebenenfalls zum Teil an weitere Modulatoren, die getrennte Eingangsübertrager besitzen, derart angeschlossen werden, dass für jeden Eingang und für jeden Ausgang des Koppelfeldes je ein Übertrager vorhanden ist.
Bei Normalbetrieb arbeitet der Transistor-Modulator als Verstärker im nicht gesättigten Bereich, wobei die Kollektor-Basis-Strecke in Sperrichtung vorgespannt ist. Ein entgegengesetzt gepolter Gleichrichter zwischen Kollektorwiderstand und Kollektorelektrode des Transistors in Emitterschaltung oder Basisschaltung beeinflusst seine Verstärkerfunktion nicht, da die Diode in einem Arbeitspunkt mit gerin-
<Desc/Clms Page number 2>
gem Wechselstromwiderstand betrieben wird. Bei Ausfall der Betriebsspannung befindet sich die Diode auf einemArbeitspunkt mit grossem Wechselstromwiderstand und sie bewirkt eine Sperrdämpfung, mitder eine Selbstsperrung des Modulators verknüpft ist.
Im Kollektorkreis sperrt die Diode jeweils nur eine Halbwelle des zu übertragenden Signals bzw. der Eingangswechselspannung, während die Kollektor-BasisStrecke des Transistors die andere Halbwelle im wesentlichen unterdrückt. Durch die Zwischenschaltung einer solchen Diode im Kollektorkreis wird die Sperrdämpfung des Modulators bei Ausfall der Betriebsspannung gesteigert, wobei der Aufwand geringer ist als der bei Verwendung eines selbstsperrenden Diodenmodulators und eines nachgeschalteten Verstärkers.
Die einzelnen erfindungsgemässen Schaltungsanordnungen unterscheiden sich durch zusätzliche Massnahmen, die eine weitere Erhöhung der Sperrdämpfung zum Ziel haben. Im Gegensatz zur Basisschaltung ändern Modulatoren in der Emitterschaltung ihren Eingangswiderstand bei Umschaltung zwischen leitendem und sperrendem Zustand nur wenig. Es ist aber möglich, in Transistor-Modulatoren jeder Grundschaltungsart, als Eintakt- oder Gegentaktverstärker ausgeführt, eine hohe Sperrdämpfung bei Betriebsspannungsausfall mit Hilfe der Dioden zu erreichen. Modulatoren in Gegentaktschaltung besitzen gegenüber solchen in Eintaktschaltung Vorteile ; sie liefern geringere Verzerrungen und gestatten eine leichtere Entkopplung mehrerer Modulatoren gegeneinander sowie eine gegenseitige Kompensation der Gleichstrom-Vormagnetisierung in den Transformatoren mit symmetrisch aufgebauten Wicklungen.
Beim Durchschalten oder Sperren der Modulatoren in Gegentaktschaltung zeigen sich wesentlich geringere Spannungsstösse auf den Übertragungsleitungen.
An Hand der Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung und weitere Einzelheiten derselben erläutert ; es handelt sich bei den dargestellten Ausführungsbeispielen um selbstsperrende Modulatoren in Eintaktschaltung und Gegentaktschaltung, bei denen das Durchschalten oder Sperren einer Eingangswechselspannung mittels einer Modulationsspannung erfolgt, und bei denen sich selbsttätig mit dem Ausfall der Betriebsspannung eine ausreichende Sperrdämpfung für die Eingangswechselspannung einstellt.
Fig. l stellt einen selbstsperrenden Modulator in Basisschaltung dar, bei der sowohl die Eingangsspannung (Trägerspannung) als auch die Modulationsspannung (niederfrequente Spannung) in den Emitter
EMI2.1
geschaltet, dass das über den Übertrager Ül gekoppelte Eingangssignal bei positivem Potential über den Transistor Tl zu dem Übertrager Ü gelangt und bei negativem Potential gesperrt wird. Die Sekundärwicklung des Übertragers Ü2 ist an den Ausgang des Modulators 2, 2'angeschlossen. In Reihe mit der Kollektor-Basis-Strecke des Transistors T, ist eine Diode D mit einer zur Sperr-
EMI2.2
; hiebeidämpfung erzielt und selbsttätig der Modulator für das zu übertragende Signal gesperrt.
Fig. 2 zeigt eine im Prinzip gleichartig aufgebaute Schaltungsanordnung in Gegentaktschaltung der
EMI2.3
<Desc/Clms Page number 3>
gleichen Bezugszeichen, soweit sie unverändert aus den Fig. l und 2 übernommen sind.
Fig. 3 gibt einen selbstsperrenden Modulator gemäss der Erfindung in Emitterschaltung wieder, bei dem sich der Eingangswiderstand beim Umschalten zwischen dem sperrenden und leitenden Zustand weniger stark ändert und die erzielbare Verstärkung höher ist. Es werden weitere Ausführungsbeispiele gemäss der Erfindung in Emitterschaltung dargestellt ; analoge Abwandlungen der Erfindung lassen sich in Basisschaltung ebenso aufbauen.
Bei der Ausführung nach Fig. 3 wird die Eingangsspannung über den Übertrager Ü1 an die Basis des Transistors T1 gekoppelt ; dagegen wird die Modulationsspannung, nämlich die positive oder negative Signalspannung, über einen Linearisierungswiderstand R in den Emitter des Transistors Tl gespeist (Emittermodulation), Für die meisten Anwendungsfälle ist infolge des Linearverlaufes des Modulationsgrades in Abhängigkeit von der Modulationsspannung die Emittermodulation geeigneter als die
EMI3.1
Bei der Ausführung nach Fig. 5 wird einer Eingangselektrode und einer Ausgangselektrode des Transistors T je eine Diode D7, D8 derart vorgeschaltet, dass bei Ausfall der Betriebsspannung je eine Halbwelle der Eingangswechselspannung von der Diode D 7 oder Da gesperrt wird.
Da die Diode D8 die Sperrfunktion der Kollektor-Basis-Strecke des Transistors Tl übernimmt, ist die Schaltungsanordnung von dem Sperrverhalten der Kollektor-Basis-Verbindung des Transistors unabhängig. Der Wider- stand R dient zur Ableitung des Kollektorreststromes des Transistors tel.
Fig. 6 gibt einen selbstsperrenden Modulator in Gegentaktschaltung wieder, bei der einerseits den
EMI3.2
bar. Bei der Ausführung nach Fig. 7 sind in Reihe mit der Kollektor-Basis-Strecke des Transistors T1 eine Zenerdiode D mit der gleichen Durchlassrichtung wie die Kollektor-Basis-Diode und eine Diode D12 mit der zu dieser entgegengesetzten Durchlassrichtung geschaltet.
Fig. 8 stellt eine Weiterbildung der Ausführung nach Fig. 7 in Gegentaktschaltung dar, bei der eine Zenerdiode Dl gemeinsam für die Transistoren T2, T3 für die Sperrung einer Halbwelle der Eingangswechselspannung bei Ausfall der Betriebsspannung vorgesehen ist.
Bei der Ausführung gemäss Fig. 9 enthält der selbstsperrende Modulator in dem Kollektorkreis des Transistors Tl eine bipolare Zenerdiode D, die bei Ausfall der Betriebsspannung beide Halbwellen der Eingangswechselspannung sperrt. 18
In der Ausführung nach Fig. 10 besitzt der Modulator eine Diode D. g im Kollektorkreis, deren Wirkung im wesentlichen jener der in Fig. 3 vorgesehenen Diode D gleicnt. Für die Ableitung des von der Kollektor-Basis-Strecke des Transistors Tl nicht völlig gesperrten Restes der zweiten Halb- welle der Eingangswechselspannung dient die Diode D20 deren Schwellspannung einen geringeren Wert als den der Diode D19 aufweist. Der Unterschied der Schwellspannungen lässt sich z.
B. dadurch realisieren, dass die Diode D19 als Germaniumdiode, die Diode D20 dagegen als Siliziumdiode ausgebildet wird. Im Normalbetrieb des Modulators ist die Diode D20 stets gesperrt.
Fig. 11 zeigt einen Modulator in Gegentaktschaltung der Transistoren T,, tua ; hiebei besitzen die beiden Dioden D ,D, die zwischen den Kollektorelektroden der Transistoren T, T und den symmetrisch aufgebauten Primärwicklungen des Übertragers Ü4 angeordnet sind, inDurchlassrichtung einen höheren Schwellwert als die beiden Dioden D, D,, die einerseits gemeinsam an den Mittelanschluss der beiden symmetrisch aufgebauten Sekundärwicklungen des Übertragers , ander- seits an die Kollektoren der Transistoren T,,T angeschlossen sind.
In Fig. 12 ist ein Modulator in Eintaktschaltung dargestellt, bei dem ein die Eingangswechselspannung ankoppelnder Übertrager Ü5 mit einer Sekundärwicklung und einer weiteren Umkehrwicklung U vorgesehen ist. Diese beiden Wicklungen können ungleiche Windungszahlen besitzen. Die Umkehrwicklung U ist an den Kollektor des Transistors T, über eine Diode D26 mit einer-bezogen auf die
EMI3.3
<Desc/Clms Page number 4>
beiden Sekundärwicklungen des Eingangsübertragers wus heur gespeist wird.
Während jener Phase der Eingangswechselspannung, in welcher die obere Klemme der Umkehrwicklung U positiv ist, sperrt die Diode D26 und der Transistor T1 wird in Durchlassrichtung betrie - ben.
Während der andern Phase der Eingangswechselspannung arbeitet die Diode D26 in einem Ar- beitspunktmit geringem Wechselstromwiderstand und der Transistor T befindet sich im Sperrzustand.
In beiden Phasen der Eingangswechselspannung wird der Diode D25 eine Sperrspannung zugeführt und die Diode D hält die Eingangswechselspannung vom Ausgangsübertrager Ü2 fern.
Fig. 13 gibt einen selbstsperrenden Modulator in Gegentaktschaltung mit symmetrisch aufgebauten Übertragern Ü., Ü wieder, bei dem die Dioden , D , mit einer-bezogen auf die Eingangswechselspannung-der Sperrichtung der Kollektor-Basis-Strecke entgegengesetzten Sperrichtung, einerseits an die Kollektoren der Transistoren T., T angeschlossen sind und anderseits mit jenen Enden der symmetrisch aufgebauten Sekundärwicklungen des Übertragers Ü verbunden sind, die die Eingangswechselspannungen an die Basis-Elektroden der Transistoren T, T koppeln. Die Funktion der Dioden , Dso entspricht jener, die die in Fig. 12 vorgesehene D26 ausübt.
In einem Koppelfeld, das zum Durchschalten von Wechselspannungen dient, sind mehrere Eingänge einem oder mehreren Ausgängen zugeordnet, oder ein Eingang mit mehreren Ausgängen verknüpft ; hiebei ist für jeden Eingang und jeden Ausgang des Koppelfeldes nur ein Übertrager vorhanden. Es ist nicht notwendig, dass alle eingesetzten Modulatoren mit Dioden gemäss der Erfindung für grosse Sperrdämpfung beiAusfall der Betriebsspannung ausgestattet sind. Bei Basis-Modulation weist der Eingangsübertrager der Anzahl der niederfrequenten Steuerquellen entsprechend mehrere Sekundärwicklungen auf ; dagegen ist beiAnsteuerung der Modulation am Emitter der Transistoren eine gemeinsame Sekundärwicklung für die diesem Eingang zugeordneten Modulatoren ausreichend, deren Basen parallelgeschaltet sind.
In dem Koppelfeld kann bei einzelnen selbstsperrenden Modulatoren und bei solchen mit getrennten Eingangsund Ausgangsübertragern das Abschalten der Betriebsspannung ein Sperren der Eingangswechselspannungen ermöglichen.
Für ein Netzwerk, in dem das Durchschalten von Eingangswechselspannungen mittels einer Koordinatensteuerung vorgenommen wird, besteht eine vorteilhafte Anwendung der gegenständlichen Erfindung darin, dass das Schalten von Basis- und Emitterspannung an einem selbstsperrenden Modulator eine Übertragung des Signals von einem Eingang auf einen Ausgang erlaubt, wobei für jeden Eingang ein Übertrager mit einer gemeinsamen Sekundärwicklung für die diesem Eingang zugeordnete Gruppe von Modulatoren vorgesehen ist.
In Emitterschaltung können selbstsperrende Modulatoren für Einrichtungen zur Verteilung von Eingangswechselspannungen angewandt werden ; dabei ist der Eingangswiderstand solcher Modulatoren im Durchlassbetrieb hochohmig und beiAusfall der Betriebsspannung bleibt die Anpassung des Einganges des Modulators an die vorhergehende Schaltung erhalten.
Zweckmässig ist es, die aus mehreren Halbleiterschichten bestehenden Transistoren mit den die Sperrung bewirkenden Dioden und Zenerdioden gemeinsam auf einer Grundplatte aus Halbleitermaterial einzulegieren bzw. einzudiffundieren und zu verbinden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Modulator zum Durchschalten oder Sperren einer oder mehrerer Eingangswechselspannungen mit Sperrung des Ausgangssignals bei Ausfall der Betriebsspannung, bestehend aus mindestens einer Transi- storverstärkerstufe in Eintakt- oder Gegentaktschaltung, die bei Normalbetrieb im ungesättigten Bereich arbeitet, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kollektor und bzw. oder der Basis der Transistoren der Transistorverstärkerstufe eine oder mehrere, im Normalbetrieb in einem Arbeitspunkt mit kleinem tVechselstromwiderstand betriebene Dioden (D-, D) in Durchlassrichtung bezüglich der Betriebsspannung vorgeschaltet sind (Fig. 5).