Elektrische Schaltvorrichtung, vorzugsweise für Fernmeldeanlagen In der Elektrotechnik werden zur Lösung vieler Schaltaufgaben elektrische Schaltvorrichtungen be nötigt, die eine Betriebsspannung an einen Verbrau cher dann anschalten sollen, wenn die Höhe einer der Schaltvorrichtung zugeführten veränderlichen Steuerspannung gerade in einem bestimmt festgeleg ten Bereich liegt; wenn die Steuerspannung diesen Bereich über- oder unterschreitet, soll die Betriebs spannung also nicht geliefert werden. Die hier be handelten Schaltvorrichtungen sollen vorzugsweise in Fernmeldeanlagen verwendet werden. Es tritt dort oft die Aufgabe auf, festzustellen, ob unter einer be stimmten 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, die von der Zahl der stromführenden Einrichtungen abhängt und deren Höhe, wenn die festgelegte Teil anzahl 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 Betriebs spannung geliefert wird. Es bereitet nun erfahrungs gemäss technische Schwierigkeiten, eine Schaltvor richtung zu schaffen, welche die hierzu notwendigen Eigenschaften hat, also u. a., wenn die Steuerspan nung sich ändert, bei zwei bestimmten Grenzspan- nungen, nämlich beim Überschreiten der Bereichs grenzen, ihre Betriebslage zu wechseln. Nimmt man z.
B. an, die Steuerspannung nehme von der untern Variationsgrenze aus in Richtung zur obern Varia tionsgrenze zu, so soll die Schaltvorrichtung zunächst keine Betriebsspannung liefern, nach Überschreiten der untern Grenze des vorgesehenen Bereichs und bis zur obern Bereichsgrenze Betriebsspannung lie fern und dann wieder keine. Diese Aufgabe ist um so schwieriger zu lösen, je kleiner der Bereich, in dem Betriebsspannung zu liefern ist, im Verhältnis zum gesamten Variationsbereich der Steuerspannung ist.
Die vorliegende Erfindung zeigt nun einen Weg, wie man eine derartige Schaltvorrichtung mit Hilfe einfacher Schalter aufbauen kann, von denen ledig lich gefordert wird, dass sie dann, wenn die Steuer spannung eine bestimmte Grenzspannung durch läuft, ihre Betriebslage ändern, also unterhalb dieser Grenzspannung eine andere Betriebsspannung lie fern als darüber. Wenn die Steuerspannung gegen die Spannung an einer zweiten Eingangselektrode der Schaltvorrichtung arbeitet, die zugleich die Grenzspannung ist, so ändert die Spannung zwischen den Eingangselektroden beim Überschreiten der Grenzspannung durch die Steuerspannung ihre Po larität.
Bei dieser Schaltvorrichtung wird die dem Ein gang zugeführte Steuerspannung zugleich in dem festgelegten Bereich am Ausgang der Schaltung als Ausgangsspannung geliefert. Es wird also eine Durchschaltung vom Eingang der Schaltvorrichtung auf den Ausgang vorgenommen.
Diese Schaltvor richtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer spannung je einer ersten Eingangselektrode von zwei derartigen Schaltern zugeführt wird, wobei die zweite Eingangselektrode des ersten Schalters an der Aus gangselektrode des zweiten Schalters angeschlossen ist, der in Ruhelage ist, wenn die Steuerspannung unter der obern Bereichsgrenze lieb und dabei als Ausgangsspannung eine Spannung in Höhe der untern Bereichsgrenze liefert, und in Arbeitslage ist, wenn die Steuerspannung über der obern Bereichs grenze liegt, und dabei als Ausgangsspannung eine Spannung mindestens in Höhe der obern Variations grenze der Steuerspannung liefert, und dass der erste Schalter seine Arbeitslage einnimmt,
wenn die Span nung an seiner ersten Eingangselektrode höher als an seiner zweiten ist und dabei die verlangte Aus gangsspannung liefert.
Die Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine derartige Schaltvorrichtung. Es sind hierbei die Schalter S1 und S2 vorhanden. Die variable Steuer spannung wird den Eingangselektroden E12 und E21 dieser beiden Schalter gemeinsam zugeführt. In diesem Beispiel liefert der Schalter S1 in Arbeits lage dieselbe Spannung wie die, welche seiner an dern Eingangselektrode E11 zugeführt wird, er kann also so aufgebaut werden, dass er in dieser Lage seine Ausgangselektrode zu dieser Eingangselektrode durchschaltet.
Der Schalter S2 ist so aufgebaut, dass er an seiner Ausgangselektrode in Abhängigkeit von der Polarität der Spannung zwischen seinen Ein gangSelektroden entweder die Spannung Uu, die der Spannung an der untern Bereichsgrenze ent spricht, oder die Spannung -f- U, die mindestens so hoch ist wie die obere Variationsgrenze der Steuer spannung, liefert. In diesem Ausführungsbeispiel liegt an der Eingangselektrode E22 dieses Schalters die Spannung Uo, die so hoch wie die obere Be reichsgrenze ist. An der Ausgangselektrode A2 ist die Eingangselektrode E12 des Schalters S1 ange schlossen.
Um die Arbeitsweise der Schaltung in den ver schiedenen Betriebszuständen erläutern zu können, wird angenommen, dass die Steuerspannung von der untern Variationsgrenze ausgehend zunimmt, bis sie ihre obere Variationsgrenze erreicht hat, die hier die Spannung + U sei. Liegt sie unterhalb der obern Bereichsgrenze, die durch die Spannung Uo fest gelegt ist, so liefert der Schalter S2 als Schalter spannung die Spannung Uli, die daher an der Ein gangselektrode E12 des Schalters S1 liegt.
Liegt die Steuerspannung auch unterhalb der untern Bereichs grenze, die durch die Spannung Uli festgelegt ist, so ist der Schalter 5I gesperrt, da die Spannung an der Eingangselektrode<B>El l</B> niedriger als die an der Ein gangselektrode E12 ist, und an seinem Ausgang wird keine Spannung geliefert. Wenn die Steuer spannung die Spannung Uli überschreitet, so schaltet der Schalter S1 durch und die Steuerspannung wirkt sich auch an seiner Ausgangselektrode A 1 aus.
Bei Erreichen der obern Bereichsgrenze, also der Span nung Uo, schaltet der Schalter<I>S2</I> um und liefert als Schalterspannung die Spannung<B>+U,</B> die nunmehr auch an der Eingangselektrode E12 des Schalters S1 liegt, wodurch die Spannung an dieser Eingangs elektrode höher als an seiner andern ist und er seine Durchschaltung rückgängig macht. Damit er- füllt diese Schaltvorrichtung die gewünschte Funk tion. Wenn der Schalter S 1 bereits mit Sicherheit in seiner Ruhelage zurückgeht, wenn seiner Eingangs elektrode E12 keine besondere Spannung zugeführt wird, kann man die Zuführung der Spannung + U vom Schalter S2 unterlassen.
Gemäss einer weiteren Ausführungsform des Er findungsgegenstandes benötigt man nur Schalter, von denen lediglich gefordert wird, dass sie bei Ände rung der Steuerspannung bei einer bestimmten Spannungsgrenze ihre Betriebslage ändern und da bei unterhalb dieser Spannungsgrenze keine Schalter spannung liefern, aber darüber oder umgekehrt. In diesem Fall wird anstelle des Schalters S2 eine Kettenschaltung zweier Schalter vorgesehen, die in Arbeitslage ihre Ausgangselektrode zu einer ihrer Eingangselektroden durchschalten.
In der Fig. 2 ist eine mit derartigen Schaltern aufgebaute Schaltvorrichtung dargestellt. Die Ketten schaltung besteht aus den beiden Schaltern S2 und S3. Die Eingangselektroden des Schalters S2 sind genau so angeschlossen, wie die des Schalters S2 in Fig. 1. Die Eingangselektrode E31 des Schalters S3 ist mit der Ausgangselektrode<I>A2</I> des Schalters<I>S2</I> verbunden. An der zweiten Eingangselektrode E32 des Schalters S3 liegt die Spannung Uli. Es ist hier noch der Widerstand R21 au der Ausgangselektrode angeschlossen, an dessen anderem Ende eine Span nung angelegt wird, die unter der untern Bereichs grenze liegt. In diesem Beispiel wurde der Wider stand an Masse angeschlossen.
Dadurch wird erreicht, dass sich die zwischen den Eingangselektroden E31 und E32 vorhandene Spannung umpolt, wenn der Schalter S2 in eine andere Betriebslage kommt. Der Widerstand R21 muss so gross sein, dass die Schalt strecke S1 weder überlastet wird, noch dass an ihr ein störender Spannungsabfall entsteht. Damit in dem Betriebszustand., in dem der Schalter S3 nicht durchgeschaltet ist, der Eingangselektrode E12 des Schalters S1 eine genügend hohe Spannung zugeführt wird, ist hier noch der Widerstand R31 vorgesehen, an dem die Spannung + U liegt.
Es wird nun beschrieben, wie die Kettenschal tung der beiden Schalter S2 und S3 arbeitet. Wenn die Steuerspannung unterhalb der Spannung Uo liegt, so hat der Schalter S2 durchgeschaltet, wo durch an seiner Ausgangselektrode A., und an der damit verbundenen Eingangselektrode E31 des Schalters S3 die Spannung Uo liegt. Auch der Schal ter S3 hat daher durchgeschaltet, da die Spannung an der Eingangselektrode E31 höher als die an der Eingangselektrode E32 ist und dies die Durchschal- tung hervorruft.
Daher gelangt an die Eingangs elektrode E12 des Schalters S1 die Spannung Uli. Wenn die Steuerspannung den Wert Uli erreicht hat, schaltet dieser Schalter daher auch durch, wodurch die Steuerspannung auch auf den Ausgang A der Schaltvorrichtung gelangt. Hat die Steuerspannung die obere Bereichsgrenze Uo erreicht, so wird die Durchschaltung des Schalters S2 aufgehoben, wo- durch sich an der Eingangselektrode E31 des Schal ters S3 das an dem Widerstand R21 liegende Masse potential auswirkt und daher die Durchschaltung dieses Schalters aufgehoben wird.
Die Spannung -r- U wirkt sich daher über den Widerstand R31 an der Eingangselektrode E12 des Schalters S1 aus, dessen Durchschaltebedingung daher nicht mehr er füllt ist, denn die Spannung + U ist in jedem Fall höher als die Steuerspannung. Die Durchschaltung der Steuerspannung auf den Ausgang A der Schalt vorrichtung wird daher wieder vom Schalter S1 auf gehoben. Wenn der Schalter S3 in seine Ruhelage bereits zurückgeht, wenn seiner Eingangselektrode E31 keine besondere Eingangsspannung zugeführt wird, kann man den Widerstand R21 weglassen.
Man schliesst nun noch an die Ausgangselektrode A l des Schalters S1 einen Widerstand R11 an, an dem eine Spannung liegt, die genügend unter der untern Bereichsgrenze liegt und wobei der Wider stand so gewählt wird, dass weder der über ihn fliessende Strom die zulässige Schaltstromstärke übersteigt, noch dass an der Schaltstrecke ein störender Spannungsabfall entsteht, wodurch am Ausgang beim Schalten des Schalters S1 die abgege bene Spannung zwischen dem Wert der am Wider stand R 11 angeschlossenen Spannung und der zu geführten Steuerspannung schwankt. In diesem Ausführungsbeispiel ist Masse an den Widerstand R 11 gelegt worden. Wählt man eine derartige Schal tung, so kann man die Schalter auch durch Tran sistoren realisieren.
Man muss dabei zur Begrenzung des Basis-Emitter-Stromes Basisvorwiderstände vor sehen und Transistoren eines solchen Leitungstyps verwenden, dass die geforderten Schaltbedingungen erfüllt werden können. Die Ausgangsspannungen der Schalter werden an den Kollektoren der betref fenden Transistoren geliefert. Damit wird die Schalt vorrichtung aus elektronischen Bauelementen auf gebaut, wodurch ein praktisch trägheitsloses Arbeiten der Schaltvorrichtung ermöglicht wird, was insbe sondere bei Anwendung in der Fernmeldetechnik von ausschlaggebender Bedeutung sein kann.
Die Schalter S1 bis S3 könnten selbstverständlich auch durch andere elektronische Bauelemente ersetzt wer den, etwa durch Röhren, wenn sie in solcher Schal tungsart verwendet werden, dass sie als Schalter wirken, welche bei einer bestimmten Spannung an sprechen.
Es wird nun noch die Arbeitsweise der Schalt vorrichtung mit Transistoren beschrieben. Die am Eingang E zugeführte Steuerspannung kann maximal bis zu der an dem Widerstand R31 angeschlossenen Spannung steigen, also hier bis zu der Spannung U. Wenn die Steuerspannung niedriger als die am Emitter des Transistors<I>T2</I> liegende Spannung Uo ist, so ist dieser im leitenden Zustand, da er vom p-n-p-Leitungstyp ist und sein Basispotential unter seinem Emitterpotential liegt.
Infolgedessen liegt auch an der über dem Basisvorwiderstand R3 am Kollektor des Transistors T2 angeschlossenen Basis des Transistors T3 ein höheres Potential als an dessen Emitter, an dem die Spannung Uu liegt. Auch der Transistor T3 ist daher leitend, wodurch die Spannung Uu zum Basisvorwiderstand Rl des Transistors T1 durchgeschaltet wird. Dem Emitter des Transistors T1 wird die Steuerspannung zuge führt.
So wie sie die Spannung Uu überschreitet, wird daher der Transistor T1 leitend, und die Steuer spannung wird auf seinen Kollektor durchgeschaltet und bildet die Ausgangsspannung der Schaltvorrich tung. Wenn die Steuerspannung so gross wie die Spannung Uo geworden ist, so wird der vorher lei tende Transistor T2 gesperrt. Infolgedessen wird am Basisvorwiderstand R3 des Transistors T3 über den Widerstand R21 das Massepotential wirksam und der Transistor wird ebenfalls gesperrt.
An der Basis des Transistors T1 liegt nun die Spannung + U über den Widerstand R31 und den Basisvorwiderstand R1, welche stets grösser als die am Emitter vorhan dene Steuerspannung ist und wodurch daher der Transistor T1 gesperrt wird. Die Spannung -j- U muss also mindestens gleich der obern Variations grenze der Steuerspannung sein.