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 Steuer spannung gerade in einem bestimmt festgelegten Be reich liegt; wenn die Steuerspannung diesen Bereich über- oder unterschreitet, soll die Betriebsspannung also nicht geliefert werden. Die hier behandelten Schaltvorrichtungen sollen vorzugsweise in Fern meldeanlagen 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 Wider standsnetzwerk arbeiten, bei dem an einem geeigneten Punkt eine Spannung auftritt, die 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 Ein richtungen kann z.
B. von der Kodierung einer In formation abhängen, wobei bei richtiger Kodierung eine richtige Anzahl von Einrichtungen Strom führt. Mit Hilfe der Schaltvorrichtung wird dann die rich tige Kodierung der Information gemeldet, da bei rich tiger Kodierung von der Schaltvorrichtung die vorge sehene Betriebsspannung geliefert wird. Es bereitet nun erfahrungsgemäss technische Schwierigkeiten, eine Schaltvorrichtung zu schaffen, welche die hierzu not wendigen 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 un teren Variationsgrenze aus in Richtung zur oberen Variationsgrenze zu, so soll die Schaltvorrichtung zu nächst keine Betriebsspannung liefern, nach über schreiten der unteren Grenze des vorgesehenen Be reichs und bis zur oberen Bereichsgrenze Betriebs spannung liefern und dann wieder keine. Diese Auf gabe ist um so schwieriger zu lösen, je kleiner der Bereich, in dem Betriebsspannung zu liefern ist, im Ver hältnis zum 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 durchläuft, ihre Betriebslage ändern, also unterhalb dieser Grenz spannung keine Betriebsspannung liefern, aber dar über oder umgekehrt.
Wenn die Steuerspannung gegen die Spannung einer zweiten Eingangselektrode der Schaltvorrichtung arbeitet, die zugleich die Grenz- spannung ist, so ändert die Spannung zwischen den Eingangselektroden beim überschreiten der Grenz- spannung durch die Steuerspannung ihre Polarität.
Diese Schaltvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerspannung je einer ersten Eingangselek trode von zwei derartigen Schaltern zugeführt wird, an deren Ausgangselektroden die Eingangselektroden eines dritten Schalters angeschlossen sind und an denen bei Arbeitslage der ersten beiden Schalter eine Spannung mit solcher Polarität liegt, dass der dritte Schalter seine Schalterspannung als Ausgangsspan nung liefert, wobei die jeweilige Arbeitslage der bei den ersten Schalter dann herbeigeführt wird, wenn die Steuerspannung am einen Schaltei unter der oberen Bereichsgrenze und am anderen Schalter über der unteren Bereichsgrenze liegt.
Die Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine derartige Schaltvorrichtung. Es sind hier die drei Schalter S1, S2 und S3 vorhanden. Die variable Steuerspannung wird den Eingangselektroden Ell und E21 der beiden Schalter Sl und S2 gemeinsam zugeführt.
In diesem Ausführungsbeispiel werden als Schal terspannungen die an den jeweils anderen Eingangs elektroden, also hier den Eingangselektroden<B>E12</B> 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 natür lich auch auf andere Spannungsquellen mit geeigneten Spannungen durchschalten. Die Ausgangselektroden A 1 und A2 der Schalter S1 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 Ausgangselek troden eine Spannung solcher Polarität liegen, dass der dort angeschlossene Schalter S3 in Arbeitslage kommt und seine Ausgangselektrode A3 zu einer Eingangs elektrode durchschaltet, hier zu der Elektrode E31.
Damit die beiden Schalter Sl und S2 sich zugleich in Arbeitslage befinden, wenn die Höhe der Steuerspan nung zwischen der unteren und der oberen Bereichs grenze liegt, wird in diesem Ausführungsbeispiel der zweiten Eingangselektrode E12 des Schalters S1 die Spannung Uo in Höhe der oberen Bereichsgrenze zugeführt und ein Schalter verwendet, der durch schaltet,
wenn die an der Eingangselektrode El 1 vor handene Spannung Uell kleiner als die Spannung Uo ist und der zweiten Eingangselektrode E22 des Schal ters<I>S2</I> eine Spannung Uu in Höhe der unteren Be reichsgrenze zugeführt und ein Schalter verwendet, der durchschaltet, wenn die an der Eingangselektrode E21 vorhandene Spannung Ue21 grösser als die Span nung Uu ist. Dadurch wird erreicht, dass sich der Schalter S1 von der unteren Variationsgrenze der Steuerspannung bis zur oberen Bereichsgrenze in Ar beitslage befindet und der Schalter S2 von der unteren Bereichsgrenze bis zur oberen Variationsgrenze in Ar beitslage befindet.
Zwischen der unteren und der obe ren Bereichsgrenze befinden sich demgemäss, wie ver langt, alle beide in Arbeitslage und der Schalter S3 schaltet durch und liefert, wie vorgeschrieben, eine Schalterspannung am Ausgang A3, welche die Aus gangsspannung 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 Polarität auch dann 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 Ein gangselektroden E31 und E32 angeschlossen, dass un ter deren alleiniger Wirkung und bei Durchschaltung nur eines der Schalter Sl und S2 zwischen diesen Ein gangselektroden eine Spannung solcher Polarität liegt, dass sich der Schalter in Ruhelage befindet, er also nicht durchgeschaltet hat.
Dies wird dadurch erreicht, dass die am Schalter S1 angeschlossene Eingangselek trode E31 des Schalters S3 über den Widerstand R31 an eine Spannung angeschlossen ist, die niedriger als die Spannung Uu bei der unteren Bereichsgrenze ist, und dass die am Schalter S2 angeschlossene Eingangs elektrode E32 des Schalters S3 über den Widerstand R32 an eine Spannung angeschlossen ist, die höher als die Spannung Uo bei der oberen Bereichsgrenze ist. In diesem Ausführungsbeispiel führt der Wider stand R31 nach Masse und der Widerstand R32 zur Spannung +U.
Die Widerstände R31 und R32 müs sen 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 A 3 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 Aus gang 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 reali sieren.
Man muss dabei zur Begrenzung des Basis- Emitter-Stromes Basisvorwiderstände vorsehen und Transistoren eines solchen Leitungstyps wählen, dass die jeweils geforderten Schalterbedingungen erfüllt werden können. Die Ausgangsspannung der Schalter wird am Kollektor des betreffenden Transistors gelie fert. Damit wird die Schaltvorrichtung aus elektroni schen 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 S1 ist durch den p-n-p-Transistor TI mit dem Basisvorwiderstand Rl ersetzt, wobei der Basis vorwiderstand R l am Eingang E der Schaltvorrich tung angeschlossen ist und am Emitter die Spannung Uo liegt. Entsprechend ist der Schalter<I>S2</I> 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 Basisvor- widerstand R3 des den Schalter S3 ersetzenden p-n-p- Transistors T3 und am Kollektor des Transistors TI der Emitter des Transistors T3 angeschlossen. Die am Kollektor des Transistors T3 vorhandene Schalter spannung ist dann zugleich die Ausgangsspannung der Schaltvorrichtung.
Die Schalter S1 bis S3 könnte man selbstverständ lich 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 anspre chen.
Es wird nun noch die Arbeitsweise der Schaltvor richtung mit Transistoren beschrieben. Die Steuer spannung wird dem Eingang E zugeführt. Wenn die Steuerspannung unter der am Emitter des Transistors <I>T 1</I> 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<I>T2</I> 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 Uli und der Spannung Uo, liegt. Die Wider stände R31 und R32 wirken dabei als Kollektor widerstände für die Transistoren<I>T 1</I> und<I>T2.</I> An den Kollektoren sind der Basisvorwiderstand R3 und der Emitter des Transistors T3 angeschlossen.
Da hier im leitenden Zustand der Transistoren<I>T 1</I> und<I>T2</I> am Basisvorwiderstand des Transistors T3 ein niedrigeres Potential als an seinem Emitter liegt, ist er vom p-n-p-Leitungstyp gewählt, damit er unter diesen Um ständen leitend ist und die verlangte Schalterspan nung, 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-Lei- tungstyp wählen.
Ausserdem müsste man dann die Ausgangselektrode über den Widerstand R33 auf den jenigen Pol der Spannungsquelle arbeiten lassen, des sen Spannung positiver als die Spannung Uli ist. Man erhielte im leitenden Zustand des Transistors T3 dann an der Ausgangselektrode<I>A</I> die Spannung Uli. Bei g.sperrtem Transistor T3 würde dann dort eine gegen die Spannung Uli positivere Spannung liegen. Wenn nur einer der Transistoren<I>T 1</I> und<I>T2</I> leitend ist, wird über die Widerstände R31 und R32 sicherge stellt, dass die Emitterbasisspannung am Transistor T3 solche Polarität hat, dass er gesperrt ist.
Der Widerstand R33 wirkt als Kollektorwiderstand für den Transistor T3 und muss an einer dementsprechenden Spannung angeschlossen werden. Es sei noch darauf hingewiesen, dass die Steuerspannung die Kollektor- spannungen der Transistoren<I>T 1</I> und<I>T2</I> auch über schreiten kann. Die Basisvorwiderstände müssen dann so gross gewählt werden, dass die höchst zulässigen Be triebsströme der Transistoren T1 und T2 nicht über schritten werden.
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 just in a certain set Be rich; 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. There is often the task of determining whether among a certain number of facilities, e.g. B.
Relays, tubes or transistors that carry a specified number of current. You can then let these facilities work on a resistance network, at which a voltage occurs at a suitable point, which depends on the number of current-carrying devices and whose level, if the specified number of parts 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 a certain number of A directions can, for.
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 aid of the switching device, since if the coding is correct, the switching device supplies the intended operating voltage. Experience has shown that there are now technical difficulties in creating a switching device which has the properties required for this, 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 towards the upper limit of variation, so the switching device should not supply any operating voltage to the next, after exceeding the lower limit of the intended range and supply voltage up to the upper range limit operating voltage 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 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 passes through a certain limit voltage, so no voltage below this limit Supply operating voltage, but above or vice versa.
If the control voltage works against the voltage of 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 control voltage exceeds the limit voltage.
This switching device is characterized in that the control voltage is fed to a first input electrode of two such switches, to whose output electrodes the input electrodes of a third switch are connected and to which, when the first two switches are in their working position, a voltage with such a polarity is applied that the third Switch supplies its switch voltage as output voltage, the respective working position of the first switch being brought about when the control voltage on one switch is below the upper range limit and on the other switch above the lower range limit.
Fig. 1 shows an embodiment of such a switching device. There are three switches S1, S2 and S3. The variable control voltage is fed to the input electrodes Ell and E21 of the two switches S1 and S2 together.
In this exemplary embodiment, the voltages applied to the respective other input electrodes, i.e. here the input electrodes E12 and E22, are used as switch voltages, so that the switches can be designed here so that they have their output electrodes in the working position Connect A1 or A2 to the relevant input electrode E12 or E22. The switch S3 also works in this way here. The output electrodes could of course also switch through to other voltage sources with suitable voltages. The output electrodes A 1 and A2 of the switches S1 and S2 are each connected to one of the input electrodes E31 and E32 of the switch S3.
When the two switches S1 and S2 are in the working position, between their output electrodes there should be a voltage of such polarity that the switch S3 connected there comes into the working position and its output electrode A3 connects to an input electrode, here to the electrode E31.
So that the two switches S1 and S2 are in the working position at the same time when the level of the control voltage is between the lower and upper range limit, in this embodiment the second input electrode E12 of switch S1 is supplied with the voltage Uo at the level of the upper range limit and uses a switch that switches through,
when the voltage Uell present at the input electrode El 1 is less than the voltage Uo and the second input electrode E22 of the switch <I> S2 </I> is supplied with a voltage Uu equal to the lower range limit and a switch is used that turns on if the voltage Ue21 present at the input electrode E21 is greater than the voltage Uu. This ensures that switch S1 is in the working position from the lower variation limit of the control voltage to the upper range limit and switch S2 is in the working position from the lower range limit to the upper variation limit.
Between the lower and the upper range limit are accordingly, as required, both in the working position and the switch S3 switches through and delivers, as prescribed, a switch voltage at output A3, which is the output voltage from the entire switching device. Here it is equal to the voltage Uo.
Under certain circumstances it is desirable, since the operating position of the associated switch S3 depends on the polarity of the voltage between the input electrodes E31 and E32, to determine this polarity reliably even if only one of the two switches has switched through, which means that only one of these two input electrodes a certain voltage lies.
For this purpose, a voltage source is also connected to the input electrodes E31 and E32 via two sufficiently large resistors R31 and R32 in such a polarity that under their sole effect and when only one of the switches S1 and S2 is switched through between these input electrodes, a voltage of this type is generated The polarity is that the switch is in the rest position, i.e. it has not switched through.
This is achieved in that the input electrode E31 of the switch S3 connected to the switch S1 is connected via the resistor R31 to a voltage that is lower than the voltage Uu at the lower range limit, and that the input electrode E32 of the switch S2 connected to the Switch S3 is connected via the resistor R32 to a voltage that is higher than the voltage Uo at the upper limit of the range. In this embodiment, the counter was R31 to ground and the resistor R32 to the voltage + U.
The resistors R31 and R32 must be so large that the current flowing through them neither overloads the relevant switching path nor causes a disruptive voltage drop across it. If you connect a resistor R33 to the input electrode A 3 of the switch S3, the z. B. is at a suitable pole of this voltage source, here ground, and is sufficiently large as the resistors R31 and R32, the output voltage fluctuates between that of the relevant pole of the voltage source and the voltage Uo when switching the switch S3, 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 conduction type selected that the respective switch conditions required can be met. The output voltage of the switch is gelie fert at the collector of the transistor concerned. So that the switching device is constructed from electronic components, whereby a practically inertia operation of the same is made possible, which can be of crucial importance especially in applications in telecommunications technology.
In Fig. 2, a switching device of this type is shown using transistors. The switch S1 is replaced by the p-n-p transistor TI with the base series resistor Rl, the base series resistor R l being connected to the input E of the switching device and the voltage Uo being applied to the emitter. The switch <I> S2 </I> is correspondingly replaced by the n-p-n transistor T2 with the base series resistor R2.
The voltage Uu is applied to its emitter. The base resistor R3 of the p-n-p transistor T3 replacing the switch S3 is connected to the collector of the transistor T2 and the emitter of the transistor T3 is connected to the collector of the transistor TI. The switch voltage present at the collector of transistor T3 is then also the output voltage of the switching device.
The switches S1 to S3 could of course be used by other electronic components, such as tubes and the like. if they are used in such a way that they act as switches that respond at a certain voltage.
The operation of the Schaltvor device with transistors will now be described. The control voltage is fed to the E input. If the control voltage is below the voltage Uo at the emitter of the transistor <I> T 1 </I>, the latter is in the conductive state, since it is of the p-n-p conductivity type and its base potential is below its emitter potential.
If the control voltage is above the voltage Uu at the emitter of the transistor <I> T2 </I>, the transistor T2 is in the conductive state because it is of the n-p-n conductivity type and its base potential is above its emitter potential. Both transistors are conductive when the control voltage is within the prescribed control range, that is, between the voltage Uli and the voltage Uo. The resistors R31 and R32 act as collector resistors for the transistors <I> T 1 </I> and <I> T2. </I> The base series resistor R3 and the emitter of the transistor T3 are connected to the collectors.
Since here in the conductive state of the transistors <I> T 1 </I> and <I> T2 </I> there is a lower potential at the base series resistor of the transistor T3 than at its emitter, it is selected from the pnp conductivity type so that it is below under these circumstances is conductive and provides the required switch voltage, here the voltage Uo. One could also connect the emitter and base interchanged and would then have to choose a transistor T3 of the n-p-n line type.
In addition, one would then have to let the output electrode work via the resistor R33 on the pole of the voltage source whose voltage is more positive than the voltage Uli. In the conductive state of the transistor T3, the voltage Uli would then be obtained at the output electrode <I> A </I>. With transistor T3 blocked, there would then be a voltage that is more positive than the voltage Uli. If only one of the transistors <I> T 1 </I> and <I> T2 </I> is conductive, the resistors R31 and R32 ensure that the emitter base voltage at transistor T3 has such a polarity that it is blocked .
The resistor R33 acts as a collector resistor for the transistor T3 and must be connected to a corresponding voltage. It should also be pointed out that the control voltage can also exceed the collector voltages of the transistors <I> T 1 </I> and <I> T2 </I>. The base resistors must then be selected so large that the maximum permissible operating currents of the transistors T1 and T2 are not exceeded.