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.
Electrical switching device, preferably for telecommunications systems In electrical engineering, electrical switching devices are required to solve many switching tasks, which should then turn on an operating voltage to a consumer when the level of a variable control voltage supplied to the switching device is in a certain fixed th range; if the control voltage exceeds or falls below this range, the operating voltage should not be supplied. The switching devices discussed here should preferably be used in telecommunications systems. It often occurs there the task of determining whether a certain number of facilities such. B.
Relays, tubes or transistors that carry a specified number of current. These devices are then allowed to work on a resistor network, at which a voltage occurs at a suitable point which depends on the number of current-carrying devices and the level of which, if the specified part number is current, is in a certain range. This voltage is then used to control a switching device that has to work as described above. The current carrying of a certain number of devices can e.g. B. depend on the coding of information, with correct coding a correct number of devices current.
The correct coding of the information is then reported with the help of the switching device, since the intended operating voltage is supplied by the switching device if the coding is correct. It now prepares experience according to technical difficulties to create a Schaltvor direction that has the necessary properties, so u. a. if the control voltage changes, to change its operating position at two specific limit voltages, namely when the range limits are exceeded. If you take z.
B. suppose that the control voltage take from the lower limit of variation in the direction of the upper limit of variation, the switching device should initially not supply any operating voltage, after exceeding the lower limit of the intended range and up to the upper range limit operating voltage lie far and then again none. This task is all the more difficult to solve, the smaller the range in which the operating voltage is to be supplied in relation to the entire range of variation of the control voltage.
The present invention now shows a way how you can build such a switching device with the help of simple switches, of which only Lich is required that they change their operating position when the control voltage runs through a certain limit voltage, so below this limit voltage supply different operating voltage than above. If the control voltage works against the voltage at a second input electrode of the switching device, which is also the limit voltage, the voltage between the input electrodes changes its polarity when the limit voltage is exceeded by the control voltage.
In this switching device, the control voltage fed to the input is also supplied as the output voltage in the specified range at the output of the circuit. A connection is made from the input of the switching device to the output.
This Schaltvor direction is characterized in that the control voltage is fed to a first input electrode of two such switches, the second input electrode of the first switch being connected to the output electrode of the second switch, which is in the rest position when the control voltage is below the upper one Range limit loves and delivers a voltage equal to the lower range limit as the output voltage, and is in the working position when the control voltage is above the upper range limit, and supplies a voltage at least equal to the upper variation limit of the control voltage as the output voltage, and that the first switch is in its working position,
if the voltage on its first input electrode is higher than on its second and delivers the required output voltage.
Fig. 1 shows an embodiment of such a switching device. The switches S1 and S2 are available here. The variable control voltage is fed to the input electrodes E12 and E21 of these two switches together. In this example, the switch S1 in the working position supplies the same voltage as that which is supplied to it at the input electrode E11, so it can be constructed in such a way that it switches its output electrode through to this input electrode in this position.
The switch S2 is constructed in such a way that, depending on the polarity of the voltage between its input electrodes, it has either the voltage Uu, which corresponds to the voltage at the lower range limit, or the voltage -f- U, which is at least as high at its output electrode is like the upper limit of variation of the control voltage that supplies. In this exemplary embodiment, the voltage Uo, which is as high as the upper range limit, is applied to the input electrode E22 of this switch. The input electrode E12 of the switch S1 is connected to the output electrode A2.
In order to be able to explain how the circuit works in the various operating states, it is assumed that the control voltage increases from the lower limit of variation until it has reached its upper limit of variation, which is the voltage + U here. If it is below the upper range limit, which is determined by the voltage Uo, then the switch S2 supplies the voltage Uli as the switch voltage, which is therefore at the input electrode E12 of the switch S1.
If the control voltage is also below the lower range limit, which is determined by the voltage Uli, the switch 5I is blocked because the voltage at the input electrode <B> El l </B> is lower than that at the input electrode E12, and no voltage is supplied at its output. If the control voltage exceeds the voltage Uli, the switch S1 turns on and the control voltage also has an effect on its output electrode A 1.
When the upper range limit is reached, i.e. the voltage Uo, the switch <I> S2 </I> switches over and supplies the voltage <B> + U </B> as the switch voltage, which is now also applied to the input electrode E12 of the switch S1 lies, whereby the voltage on this input electrode is higher than on its other and it reverses its connection. This switching device thus fulfills the desired function. If the switch S 1 is already in its rest position with certainty, if its input electrode E12 no special voltage is supplied, the supply of the voltage + U from switch S2 can be omitted.
According to a further embodiment of the subject matter of the invention, only switches are required, of which it is only required that they change their operating position when the control voltage changes at a certain voltage limit and since no switch voltage is supplied below this voltage limit, but above or vice versa. In this case, instead of the switch S2, a chain connection of two switches is provided which, in the working position, switch their output electrode through to one of their input electrodes.
In Fig. 2, a switching device constructed with such switches is shown. The chain circuit consists of the two switches S2 and S3. The input electrodes of switch S2 are connected in exactly the same way as those of switch S2 in FIG. 1. Input electrode E31 of switch S3 is connected to output electrode <I> A2 </I> of switch <I> S2 </I>. The voltage Uli is applied to the second input electrode E32 of switch S3. The resistor R21 is also connected to the output electrode, at the other end of which a voltage is applied which is below the lower range limit. In this example the resistance was connected to ground.
This ensures that the voltage present between the input electrodes E31 and E32 reverses when the switch S2 is in a different operating position. The resistor R21 must be so large that the switching path S1 is neither overloaded nor that a disruptive voltage drop occurs across it. So that a sufficiently high voltage is fed to the input electrode E12 of the switch S1 in the operating state in which the switch S3 is not switched through, the resistor R31 is also provided here, at which the voltage + U is applied.
It will now be described how the chain scarf device of the two switches S2 and S3 works. If the control voltage is below the voltage Uo, the switch S2 has switched through, whereupon the voltage Uo is applied to its output electrode A. and the input electrode E31 of the switch S3 connected to it. The switch S3 has therefore also switched through because the voltage at the input electrode E31 is higher than that at the input electrode E32 and this causes the connection.
Therefore, the voltage Uli reaches the input electrode E12 of the switch S1. When the control voltage has reached the value Uli, this switch therefore also switches through, whereby the control voltage also reaches output A of the switching device. If the control voltage has reached the upper range limit Uo, the switching of the switch S2 is canceled, whereby the ground potential at the resistor R21 affects the input electrode E31 of the switch S3 and therefore the switching of this switch is canceled.
The voltage -r- U therefore has an effect via the resistor R31 on the input electrode E12 of the switch S1, the switch-on condition of which is therefore no longer fulfilled, because the voltage + U is always higher than the control voltage. The switching through of the control voltage to the output A of the switching device is therefore lifted again by the switch S1. If the switch S3 has already returned to its rest position when no special input voltage is fed to its input electrode E31, the resistor R21 can be omitted.
A resistor R11 is connected to the output electrode A l of the switch S1, at which there is a voltage that is sufficiently below the lower limit of the range and the resistance is chosen so that neither the current flowing through it exceeds the permissible switching current , nor that a disruptive voltage drop occurs at the switching path, whereby the output voltage when switching the switch S1 fluctuates between the value of the voltage connected to the resistor R 11 and the control voltage to be supplied. In this exemplary embodiment, ground has been applied to resistor R 11. If such a circuit is chosen, the switches can also be implemented using transistors.
In order to limit the base-emitter current, base series resistors must be provided and transistors of such a conductivity type must be used that the required switching conditions can be met. The output voltages of the switches are supplied to the collectors of the respective transistors. So that the switching device is built from electronic components, whereby a practically inertia-free operation of the switching device is made possible, which can be particularly important when used in telecommunications technology.
The switches S1 to S3 could of course also be replaced by other electronic components, such as tubes, if they are used in such a circuit that they act as switches that speak at a certain voltage.
The operation of the switching device with transistors will now be described. The control voltage fed to input E can rise up to a maximum of the voltage connected to resistor R31, i.e. here up to voltage U. If the control voltage is lower than the voltage Uo at the emitter of transistor <I> T2 </I>, this is in the conductive state, since it is of the pnp conductivity type and its base potential is below its emitter potential.
As a result, the base of the transistor T3 connected to the collector of the transistor T2 via the base series resistor R3 also has a higher potential than its emitter, to which the voltage Uu is applied. The transistor T3 is therefore also conductive, as a result of which the voltage Uu is switched through to the base series resistor Rl of the transistor T1. The control voltage is fed to the emitter of transistor T1.
As it exceeds the voltage Uu, the transistor T1 is therefore conductive, and the control voltage is switched through to its collector and forms the output voltage of the switching device. When the control voltage has become as great as the voltage Uo, the previously conductive transistor T2 is blocked. As a result, the ground potential becomes effective at the base series resistor R3 of the transistor T3 via the resistor R21 and the transistor is also blocked.
At the base of the transistor T1 there is now the voltage + U across the resistor R31 and the base series resistor R1, which is always greater than the control voltage at the emitter and therefore the transistor T1 is blocked. The voltage -j- U must therefore be at least equal to the upper variation limit of the control voltage.