DE1037734B - Elektronischer Schalter, namentlich fuer Analogrechner u. dgl. - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft Verbesserungen an solchen elektronischen Schaltern, die mittels Steuerung der Leitfähigkeit eines Richtleiters, etwa einer Vakuumdiode oder eines Trockengleichrichters, insbesondere einer Kristallode, arbeiten. Dieser Richtleiter wird mit einer seiner Elektroden an einen Punkt eines Übertragungspfades eines elektrischen Signals angelegt, während seine zweite Elektrode mit einem Punkt verbunden ist, dessen Potential zwei Werte annehmen kann: Der eine sperrt den erwähnten Richtleiter ohne Rücksicht auf die Änderung dieses Signals, das dann auf seinem Übertragungspfad freien Durchgang hat; der andere macht den Richtleiter leitend und läßt folglich an dessen Anschlußpunkt sowie für die weitere Übertragung auf dem Signalpfad nur eine Restspannung bestehen, die bei richtiger Bemessung lediglich von den Schwankungen des Signals um den Wert des durch den Richtleiter an jenen Anschlußpunkt gelegten Potentials herrührt, und dies mit verminderter Amplitude, welche die diesem Richtleiter zukommende Übertragungskennlinie jenen Schwankungen aufzwingt.

Auch kann die Erfindung bei solchen Schaltern Anwendung finden, in denen der Richtleiter eine feste Vorspannung erhält und seine Durchlässigkeit durch die Änderung des Signals auf dem Übertragungspfad selbst gesteuert wird.

Die Erfindung betrifft insbesondere die Art von Schaltern, bei denen dieser Anschlußpunkt des Richtleiters zwischen zwei Abschnitte eines in den Übertragungspfad eingeschalteten ohmschen Dämpfungsgliedes gelegt ist, im Hinblick darauf z. B., um das zu übertragende Signal an eine gegengekoppelte Verstärkerschaltung sehr hohen Verstärkungsgrades anzulegen, bei der z. B. der gesamte Verstärker die Gleichstromkomponente durchläßt und deren Ausgangssignaländerung von der Änderung des Eingangssignals nach einer durch die Eigenart der Gegenkopplungsimpedanz bestimmten Gesetzmäßigkeit abhängt. Ohne Einschränkung der Allgemeinheit ist dies der Fall bei den üblicherweise in Analogrechnern eingebauten Summier- und Integrierverstärkern von Spannungen und besonders bei den Rechenwerken dieser Automaten, wie Funktionsnachbildnern, Vervielfachern u. ä.

Die im Sinne der vorliegenden Erfindung beabsichtigten Verbesserungen an diesen elektronischen Schaltern haben den Zweck, die obengenannte Restspannung zu erniedrigen, um sie praktisch zum Verschwinden zu bringen und sie zumindest mittels einer unveränderlichen, an den Ausgang des aus jenem Dämpfungsglied bestehenden Übertragungspfades angelegten Spannung umgekehrten Vorzeichens kompensieren zu können.

Elektronischer Schalter,
namentlich für Analogrechner u. dgl.

Anmelder:

S. E. A. Societe d'Electronique

et d'Automatisme, Courbevoie, Seine

(Frankreich)

Vertreter: Dipl.-Ing. E. Prinz, Patentanwalt,
München-Pasing, Bodenseestr. 3 a

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 28. November 1953

Ähnliche Schaltungen sind in der Impulstechnik, insbesondere der Fernsehtechnik, als »Clamping-Schaltungen« bzw. »Dc-Restorer« bekannt. Es handelt sich hierbei um Vorrichtungen, um in den Austastperioden periodische Impulse einzuführen, welche die betreffende Spannung, deren Mittelwert stark schwankt, auf einen bestimmten Pegel zurückführen. Hierzu dienen Dioden, die vor allem die Aufgabe der Entkopplung haben.

Bei den Anwendungen, auf welche sich die Erfindung bezieht, soll dagegen in gewissen, nicht notwendig gleichen Zeitabständen die normalerweise über den Summierverstärker übertragene Spannung durch eine andere Spannung ersetzt werden. Diese andere Spannung hat normalerweise den Wert Null, jedoch braucht dies nicht stets der Fall zu sein. Es ist bekannt, hierzu über eine Diode, die an einer Mittelanzapfung des Dämpfungswiderstandes des Summierverstärkers liegt, eine Gegenspannung zuzuführen, welche das normalerweise eintretende Eingangssignal kompensiert. Wegen des endlichen Innenwiderstandes der Diode bleibt aber eine Restspannung bestehen, die zwar kleiner als die ursprüngliche Spannungsschwankung ist, aber für gewisse Zwecke immer noch zu groß ist.

Ein einfaches Hintereinanderschalten zweier Dämpfungsglieder verbietet sich, weil sonst die Gesamtdämpfung bei gesperrten Dioden zu groß würde. Es liegt nun nahe, einfach zwei Dioden unmittelbar par-Si^ 599/314

3 4

ill 1 el zu schalten. Demgegenüber zeigt die Erfindung meist elektronisch sein, wie es aus der späteren Dareinen neuen und l>esseren Weg zur Verminderung der legung deutlich hervorgehen wird.
Restspannung bei gleichbleibender Dämpfung für ge- Obwohl nicht unmittelbar zum Schalter gehörig, so sperrte Dioden. ist ein Verstärker hohen Verstärkungsgrades 10 doch Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß an 5 mit Rücksicht auf seine Zweckmäßigkeit bei der Darwenigstens einem in Übertragungsrichtung auf den legung der durch die Verbesserungen der Erfindung ersten folgenden Abzweigungspunkt des Dämpfungs- erzielten Vorteile dargestellt; der Verstärkereingang iilk'des zumindest ein gleichzeitig mit dem ersten lei- ist mit dem Ausgangspunkt 2 des Dämpfungsgliedes tend werdender Richtleiter angeschaltet wird, der verbunden, und eine Gegenkopplungsimpedanz 11 dann an seinem eigenen Anschlußpunkt ein Potential io liegt zwischen seinem Ausgang 12 und diesem Punkt 2. anlegt, welches in Verbindung mit der an der voran- Bei 13 ist ein Vervielfachungspfeil angegeben, der begehenden Abzweigung liegenden Restspannung die deutet, daß so viele Übertragungspfade, wie erBildung einer neuen Restspannung mittleren Wertes wünscht, gemeinsam an den Eingang des Verstärkers herbeiführt und die Schwankungen um diesen Mittel- 10 zur Summierung der Spannungen dieser Pfade an wert gegenüber denen jener erstgenannten Restspan- 15 diesem Eingang angeschlossen werden können. Wird mtng stark verringert. die Impedanz 11 ohmisch gewählt, so ist das Aus-Praktische Ausführungsformen des erfindungs- gangssignal bei 12 dieser Summe der Eingangsspangemäßen elektronischen Schalters kennzeichnen sich liungen direkt proportional; wird die Impedanz 11 dadurch, daß die Durchlaßsteuerung des letzten Rieht- kapazitiv gewählt, so ist das Ausgangssignal dem Ieiters zumindest eines derart modifizierten elektro- 20 Wert des Integrals über diese Summe proportional; nischen Schalters durch die eine der beiden folgenden usw. Die durch die Erfindung erzielten Verbesserun-Einrichtungen herbeigeführt wird: gen werden in keiner Weise durch den Aufbau des

a) die Steuerung wird durch eine Abänderung des Verstärkers, zu dem jeder der betrachteten Übertra-Potentials dieses Elementes an seiner nicht an den gungspfade führt, eingeschränkt und vor allem nicht Übertragungspfad angeschlossenen Elektrode gleich- 25 durch die Art der Gegenkopplungsimpedanz 11, zeitig mit der Abänderung des Potentials der ent- welche also die Abhängigkeit des Ausgangssignals sprechenden Elektrode des ersten vor dem Schalter vom Eingangssignal des Verstärkers bestimmt,
liegenden Elementes bewirkt; Die Wirkungsweise des Schalters nach Fig. 1 läßt

b) die Steuerung wird durch eine Abänderung des sich ohne weiteres verstehen, wenn man den jeweils Potentials dieses Elementes an seiner an den Über- 3° rechten Teil der Fig. 3 und 5 ins Auge faßt, die übritragungspfad angeschlossenen Elektrode dadurch be- gens miteinander identisch sind bis auf die Wiederwirkt, daß die an dem vorhergehenden Anschlußpunkt gal>e des Nullpunktes der Abszisse, der Spannung anliegende Restspannung einen kritischen Wert hin- Null. Diese ist in Fig. 3 zwischen den möglichen Wersichtlich eines festen, an seine nicht mit dem Übertra- ten E_m und E_M angenommen, innerhalb derer die gungspfad \-erbundene Elektrode angelegten Poten- 35 an 1 angelegte und nach 5 gelangende Spannung E tials überschreitet. variieren kann, wogegen in Fig. 5 dieser Abszissen-

Diese sowie weitere zur Verbesserung der obigen wert Null ein gutes Stück unterhalb dieser Wertskala

Einrichtungen noch hinzukommende Eigenschaften oder dieses Variationsbereiches Δ Ε eingezeichnet ist.

sollen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im ein- Wenn an 7 die Spannung U₂ herrscht, der Um-

zelnen erläutert werden; hierin zeigt 40 schalter sich also in der gezeichneten Stellung an

Fig. 1 zum Vergleich den bekannten Aufbau eines Klemme 9 anliegend befindet, wird die Diode 6 nichtelektronischen Schalters der Art, auf welche sich die leitend sein. Der Wert U₂ liegt nämlich höher als der Erfindung bezieht, in der graphischen Darstellung angegebene Wert E_M.

Fig. 2 und 4 zwei Schaltbilder der praktischen Aus- Ist dagegen der Umschalter auf seinen Kontakt 8 umführung der Erfindung bei ihrer Anwendung auf 45 gelegt, so bewirkt die gegenüber E_m um einen beliebisolche Schalter, gen Potentialabstand α niedrigere Spannung U₁ die

Fig. 3 und 5 zwei graphische Darstellungen, die der Öffnung der Diode 6. Damit ergibt sich am Punkt 5

Erläuterung der Arbeitsweise der Schalter nach Fig. 2 die Entstehung einer Restspannung U, welche zwi-

bzw. 4 dienen, sehen den durch die Projektionen der Punktet und B

Fig. 6 als Anwendungsbeispiel eine mit zusatz- 50 auf die Abszissenachse bestimmten Grenzen variieren

liehen Kompensierungseinrichtungen versehene elek- kann, wobei sich A und B als die Schnittpunkte der

ironische Steuerung eines erfindungsgemäßen Schal- Widerstandsgeraden hex Erreichen der Extremwerte

ters, beispielsweise von der Art dessen nach Fig. 2, des Signals E, also E_m und E_M, mit der Kennlinie d_x

und der Diode 6 ergeben. Die Punkte C und D bestimmen

Fig. 7 als weiteres Anwendungsbeispiel einen Ana- 55 einen Variationsbereich der Restspannung am Punkt 5,

logrechner, der zwei erfindungsgemäße Schalter, z. B. der mit Au bezeichnet werde,

von der Art dessen nach Fig. 4, enthält. Trotz der durch den Widerstand 3 gegebenen

Der in Fig. 1 wiedergegebene elektronische Schal- Dämpfung wäre der Variationsbereich ΛE bei 5 prak-

ter wird durch Zwischenschalten eines Seriendämp- tisch nicht ausreichend eingeengt, um den Variations-

fungsgliedes aus den Widerständen 3 und 4 zwischen 60 bereich Δu selbst genügend klein zu halten, damit an

die Klemmen 1 und 2 gebildet und besitzt an der Ver- jedem beliebigen Punkt des Übertragungspfades, z. B.

bindungssteile 5 dieser Widerstände einen Rieht- bei 1 oder 2, ja sogar bei 12 eine feste Kompen-

leiter 6, hier eine Diode, deren Anode an Punkt 5 und sationsspannung vom mittleren Wert dieser Restspan-

deren Kathode an einer Klemme 7 angeschlossen ist, nung, jedoch entgegengesetzter Polarität, eingeführt

welche in der Lage ist, eines der beiden Potentiale U₁ 65 werden könnte.

und U₂ anzunehmen. Dieses wechselweise Anlegen der Gemäß der Erfindung wird nun nach Fig. 2 der Potentiale ist mittels eines mechanischen Umschalt- Widerstand 4 in einen Widerstand 4a und einen kontaktes, der an 8 die Spannung U₁ und an 9 die Serienwiderstand 14 aufgeteilt und die Verbindungs-Spannung U₂ erhält, veranschaulicht. Selbstverständ- stelle 15 dieser Widerstände 4a und 14 z.B. an die lieh wird in der Praxis ein solcher Umschalter zu- 70 Anode einer zweiten Diode 16 angeschlossen. Die

5 6

Kathode der Diode 16 wird bei Punkt 17 mit einem stellung nach Fig. 3 treffen auf die der Fig. 5 zu. Kontakt eines Umschalters verbunden, der z. B. die U₁ ist natürlich in Wirklichkeit negativ (in Fig. 3 war Spannung U₂ zu dem gleichen Zeitpunkt, in dem die V₁ in Wirklichkeit offenbar weniger negativ als U₁). Kathode der Diode 6 dieses Potential erhält, an die Bei der Schaltung nach Fig. 4 verwandelt der ÜberKathode der Diode 16 legt, der jedoch in dem Augen- 5 gang der Diode 6 in den leitenden Zustand die an sich blick, in welchem die Kathode der Diode 6 die Span- positive Signalspannung in eine negative Restspannung U₁ erhält, über Klemme 18 eine Spannung V₁ nung, welche zur Umsteuerung der Diode 26, die ihre an die Kathode der Diode 16 legt, womit er gleich- Anode an Masse liegen hat, in den leitenden Zustand zeitig die beiden Dioden 6 und 16 öffnet. Die Wir- führt.

kungsweise des Schalters (die für die Sperrung un- io Zumeist dürfte eine einzige zusätzliche Diode in geändert bleibt, selbst wenn Punkt 17 nur ein Poten- der angegebenen Schaltung ausreichen, um die angetial V₉, niedriger als U₂, erhält, groß genug jedoch strebte Wirkung zu erzielen. In dem Fall jedoch, in gegenüber dem Wert E^, welcher an 15 im Dämp- welchem der Variationsbereich AE besonders groß fungsglied liegt) ist dann folgendermaßen: ist, wird man auf zusätzliche Dioden zurückgreifen,

Bei 5 erscheint nach Fig. 3 immer eine Restspan- 15 die in Kaskade an das Dämpfungsglied des Übertranung, deren Änderungsbereich u ist. Diese Restspan- gungspfades geschaltet sind und gleichzeitig mit den nung wird in 14 erniedrigt, und als solche gelangt sie ersten beiden Dioden durch die eine und (oder) andere zu Punkt 15 als ein nach 2 zu übertragendes Signal. der beschriebenen Anordnungen gesteuert werden. Die Diode 16 besitzt jedoch eine Kathodenvorspan- Ein erfindungsgemäßer elektronischer Schalter kann

nung V₁, welche auf der Abszissenachse um b von der ao auch dazu verwandt werden, lediglich den Änderungs-Vorspannung der Diode 6 entfernt liegt. Da die bereich eines schwankenden Signals zu begrenzen. In Strom-Spannungs-Kennlinie d₂ der Diode 16 als mit einem solchen Fall wird der eigentliche Schalter wegderjenigen der Diode 6, Kurve d_v gleich gezeichnet gelassen und eine vorher festgelegte Spannung, die und die Neigung der Widerstandsgeraden als kon- jenem Grenzwert entspricht, einfach an die nicht mit stant angenommen ist, so erscheint bei 2 eine Rest- »5 dem Dämpfungsglied verbundene Elektrode jeder der spannung, deren Variationsbereich Av durch die Pro- Dioden dauernd angelegt. Das Signal wird so lange jektionen H und / der zwei Schnittpunkte F und G übertragen, wie es unterhalb dieses vom Anschlußder durch die Grenzpunkte C und D des Variations- punkt der vorangehenden Diode her gerechneten Spanbereiches von Au verlaufenden Widerstandsgeraden nungswertes bleibt. Sobald jenes Signal diesen Wert mit der Kurve d₂ bestimmt ist. Der Variationsbereich 30 erreicht, tritt an seine Stelle die Vorspannung der Av ist ganz offensichtlich geringer als derjenige von Diode, und die folgende, hierfür vorgesehene zweite Au, und die Verringerung wird einerseits vom Wert Diode ermöglicht die Beseitigung der durch die des Widerstandes 14 zwischen den Punkten 5 und 15, Signal änderungen über diesen bestimmten Wert hinandererseits vom Verhältnis der Entfernung α + b aus hervorgerufenen Schwankungen der Restspannung, zum Abstand α (Fig. 3), folglich in der Praxis von 35 Da der Schalter durch wechselweises Anschalten der Wahl des Wertes von V₁ gegenüber U₁ abhängen. von Diodenvorspannungen gesteuert werden soll, so Es sei darauf hingewiesen, daß die graphische Dar- wird dies bei der Mehrzahl der Anwendungen vorteilstellung der durch 14 verursachten Abschwächung hafterweise auf elektronischem Wege erreicht. Die nicht Rechnung trägt, so daß V₁ negativer gegenüber Fig. 6 und 7 geben Schaltbilder wieder, welche solche U₁ erscheint, während es in Wirklichkeit umgekehrt 40 Umschaltmittel enthalten und sich auf die Schaltunist, und die Abstände α und a + b müssen als mit zwei gen des Umschalters nach Fig. 2 bzw. 4 beziehen, verschiedenen Werten in Beziehung gesetzt angesehen Im Schaltbild der Fig. 6 ist die Kathode der

werden, nämlich mit E_m — E_M als der an Punkt 5 ge- Diode 6 über die Verbindung 19 mit der Kathode langenden Differenz für α und mit C-D als der an einer Vakuumröhre 21 verbunden, die auf an sich bePunkt 15 gelangenden Differenz für b. 45 kannte Art als Kathodenfolger geschaltet ist. Der

Der Variationsbereich Av wird demnach praktisch Kathodenwiderstand 20 dieser Röhre 21 ist negativ so herabgesetzt werden können, wie es unter Berück- vorgespannt, um die Spannung U₁ festzulegen, und sichtigung der Dämpfungswerte im Netzwerk für eine ihre Anode wird auf dem positiven Potenial U₂ geden Steuerspannungen zur öffnung der Dioden ent- halten. Ist die Röhre gesperrt, so wird die Spansprechende Bemessung erwünscht ist. Um die Rest- 50 nung U₁ auf die Verbindung 19 gegeben, und wenn spannung am Punkt 2 zum Verschwinden zu bringen, die Röhre Strom führt, ergibt es sich, daß, von 22 kann man folglich eine dem Mittelwert dieses Berei- ausgehend, die Spannung U₂ an der Verbindung 19 ches Av entsprechende Kompensationsspannung an anliegt.

jeder gewünschten Stelle in den Übertragungspfad Ebenso ist die Kathode der Diode 16 über die Vereinführen. 55 bindung 29 mit der Kathode einer zweiten, ebenfalls

Hiervon abweichend kann nach Fig. 4 die zweite als Kathodenfolger geschalteten Röhre 31 verbunden. Diode, hier 26, in einer der ersten entgegengesetzten Der Kathodenwiderstand 30 erhält die negative Vor-Anschlußrichtung vorgesehen werden, demnach im spannung V₁, und als Anodenspannung wird der dargestellten Fall mit ihrer Kathode an Punkt 15. Wert U₂ gewählt. Wenn diese Röhre 31 gesperrt ist, An ihre andere Elektrode legt man beispielsweise eine 60 wird die Spannung V₁ an die Kathode der Diode 16 feste Vorspannung, hier das Massepotential. In Fig. S gelegt, und wenn sie Strom führt, liegt die Spanwird der Fall betrachtet, in welchem die Signalspan- nung U₂ an dieser Kathode.

nung sich nur in einem Bereich positiver Werte an- Beide Kathodenfolgerröhren 21 und 31 müssen ge-

dern kann. meinsam und gleichzeitig ausgesteuert werden. Um

Nach dem Gesagten geht die Wirkungsweise dieser 65 das zu erreichen, benutzt man einen bistabilen Multi-Ausführungsform aus der graphischen Darstellung vibriator 25 von beliebiger bekannter Ausführungsder Fig. 5 klar hervor, wobei in letzterer natürlich die art, der zum Übergang von dem einen in den anderen Kennlinie d₂ der Diode 26 im entgegengesetzten Sinne seiner zwei Zustände durch relative Potentialänderunorientiert ist wie die Kennlinie ^₁ der Diode 6. Die- gen seiner Steuergitter an den Klemmen 27 bzw. 28 selben Bemerkungen wie oben für die graphische Dar- 70 betätigt wird. Ein Anodenausgang dieses Multivibra-

7 8

tors 25 betreibt zugleich die Steuergitter der zwei liebige Stabilisierungsmittel gegenüber Verschiebun-Kathodenfolger. Das Steuergitter der Röhre 21 ist gen des Gleichspannungspotentials vorgesehen werden, über Widerstand 23 negativ vorgespannt und durch Der Verstärker 10¹ ist dadurch als Integrator geeinen Serienwiderstand 24 mit der gewählten Anode schaltet, daß hier eine über den zwischen seinen Ausdes Multivibrators verbunden, welche ihre Betriebs- 5 gang und Eingang 2¹ geschalteten Kondensator II¹ spannung über Widerstand 29 erhält. Ebenso ist das verlaufende Gegenkopplungsverbindung vorgesehen Steuergitter der Röhre 31 über den Widerstand 33 ist. Der Verstärker 10² kann mittels einer Gegenkoppnegativ vorgespannt und durch den Serienwiderstand lungsimpedanz II² entweder als einfaches Summier-34 mit der aussteuernden Anode des Multivibrators glied geschaltet werden, wenn diese Impedanz 25 verbunden. i° ohmisch, oder ebenfalls als Integrator, wenn diese

Wenn die entsprechende Röhre des Multivibrators Impedanz kapazitiv gewählt wird; im ersteren Fall Strom führt, sind die Kathodenfolgerröhren 21 und wird der Ausgang an 12² das Produkt der Größen, im 31 stromlos. Sie ziehen Strom, sobald der Multivibra- zweiten Fall den Wert des Integrals über dieses Protor seinen Zustand wechselt, jene Röhre also stromlos dukt liefern.

wird. Im ersteren Zustand des Multivibrators sind die 15 Der Eingang 2¹ des Verstärkers 10¹ nimmt drei

Dioden leitend, im zweiten sperren sie. Spannungen über die drei Zweige eines folgender-

ßei Stromlosigkeit der Kathodenfolgerröhren lie- maßen aufgebauten Netzwerkes auf: Ein erster, hochgen die Spannungen U₁ und V₁ an den Kathoden der ohmiger Widerstand 50 erhält von der Eingangs-Diode 6 bzw. 16 und machen diese leitend. Dann er- klemme 51 die Spannnung der ersten Variablen, gel>en sich natürlich Ströme in den Vorspannungs- 20 etwa X; ein zweiter, dem ersten größengleicher Wiwiderständen 20 und 30, und diese Ströme schwanken derstand 59 erhält von der Eingangsklemme 58 eine in Abhängigkeit auch von den Schwankungen der konstante Bezugsspannung E₀ negativer Polarität, Restspannungen an 5 und 15. Infolgedessen gehen die demnach also — E₀; drei Serienwiderstände 3¹, 14¹, Schwankungen im Diodensteuerteil auch auf die Span- 4¹, deren Gesamtwert gleich dem eines der zwei erstnungen U₁ und V₁ selbst über und von hier aus sogar 35 genannten ist, erhalten von der Klemme I¹ eine gegenauf die in (I₁ und d₂ der in Fig. 3 wiedergegebenen über der ersten doppelt so große Bezugsspannung Kennlinien, welche beiderseits der in der graphischen positiver Polarität, nämlich +2E₀. An Punkt 5¹ ist Darstellung abgebildeten Lagen schwanken. die Anode einer Diode 6¹ angeschlossen, an Punkt 15¹

Um solche Schwankungen zu unterbinden, demnach die Kathode einer Diode 26¹. Die Anode dieser letztedie Kompensation der Restspannung zu verbessern, 30 ren liegt an Masse, die Kathode der erstgenannten ist ist nun zusätzlich dafür Sorge getragen, daß auf die über die Verbindung 19¹ mit dem Kathodenausgang Kathoden der Röhren 21 und 31 das Signal E selbst eines Kathodenfolgers 21 an ein Ende des Widerstangegeben wird, jedoch mit entgegengesetzter Polarität des 36 angeschlossen. Der Widerstand 36 bekommt wie bei seinem Anlegen an Klemme 1 und mit einer die Vorspannung — U₁ ; die Anode der Röhre 21 ergeeignet bemessenen Amplitude, um die Potentiale 35 hält die Vorspannung + U₂. Das über den Widerder zwei Kathoden konstant zu halten; dies ist in stand 23 negativ vorgespannte Steuergitter der Röhre Fig. 6 durch die Verbindung der ein Potential 21 ist mittels des Serienwiderstandes 24 an eine der — k_t· E erhaltenden Klemme 37 mit der Kathode der Anoden des bistabilen Multivibrators 25 angeschlos-Röhre 21 über Widerstand 36 und durch die Verbin- sen. Das eine Steuergitter dieses in bekannter Weise dung der ein Potential — k₂ · E erhaltenden Klemme 40 aufgebauten Multivibrators ist an eine feste Vorspan-47 mit der Kathode der Röhre 31 über Widerstand 46 nung gelegt, das andere ist durch eine Spannungsangegeben, teilerbrücke 12 mit dem Ausgang des Verstärkers

Diese zusätzliche Kompensation kann ebensogut im 10¹ verbunden.

Fall von Schaltern mit festen Diodenvorspannungen Nach dem Vorhergehenden leuchtet es ohne weiangewandt werden. Die Signalkomponenten — k₁- E 45 teres ein, daß das Netzwerk 3!-14¹^¹ sowie die und — k.y· E (wenn erforderlich, diese letztere allein) Dioden 6¹ und 26¹ zusammen einen der Fig. 4 enthaben, solange die Kathodenfolger Strom führen, sprechenden Schalter bilden und daß der Multivibrapraktisch keinerlei Wirkung, indem sie die Sperr- tor 25 mit der Kathodenfolgerstufe 21 den Umschaltspannung U₂ innerhalb zu enger Grenzen verändern, steuerkreis für die Diode 6¹ darstellt. Je nach dem als daß hier die Gefahr einer unzeitigen Öffnung der 50 Zustand des Umschalters wird die Spannung +2E₀ Dioden bestünde. nach 2¹ gelangen oder nicht, so daß an diesem Punkt

Fig. 7 gibt ein Anwendungsbeispiel der Schalter- ein Signal vorhanden ist, dessen Wert entweder

anordnung nach Fig. 4 in der Ausführung eines X + E₀ oder X-E₀ beträgt.

Analogvervielfachers eines allgemeinen und wohlbe- Wenn der Integrierverstärker 10¹ in Ruhe ist, liegt

kannten Typs wieder, bei welchem die Operation des 55 seine Ausgangsspannung hoch, womit die linke Röhre

Multiplizierens durch zeitweises Unterbrechen einer des Multivibrators 25 stromführend bleibt. Da dessen

der Variablen durch eine vorher durch die andere rechte Röhre stromlos ist, führt die Kathodenfolger-

Variable nach Art einer Rechteckwelle modulierte röhre 21 Strom, und an die Diode 6¹ ist die Sperr-

Wellenform erfolgt, wodurch der Mittelwert der spannung U₂ angelegt. Tritt der Integrator in Tätig-

durch die erste Variable längenmodulierten und durch 60 keit, so senkt sich seine Ausgangsspannung bis auf

die zweite Variable danach amplitudenmodulierten den Punkt ab, an welchem sie der Vorspannung pm

Wellenform dem Produkt der durch die zwei Va- Gitter der linken Röhre des Multivibrators nicht

riab'en dargestellten Größen direkt proportional wird. mehr das Gleichgewicht halten kann, und diese Röhre

In Schaltbild der Fig. 7 bezeichnen die Bezugs- wird stromlos, was zur Stromübernahme durch die

ziffern 10¹ und 10² zwei Verstärker hohen Verstär- 65 rechte Röhre führt; der Kathodenfolger 21 wird

gungsgrades, die die Gleichstromkomponente durch- stromlos. Die an die Kathode der Diode 6¹ angelegte

lassen und von denen jeder z. B. aus drei in Kaskade Spannung — U₁ macht diese Diode leitend. — U₁ ist

geschalteten und so gekoppelten Verstärkerstufen be- im wesentlichen gleich -2E₀. Die negative und an

stehen kann, daß sie den Gleichstrom übertragen. Bei 15¹ gelangende Restspannung macht die Diode 26¹

solchen Verstärkern können in bekannter Weise be- 70 leitend, wodurch Punkt 2¹ über den Widerstand 4¹ an

ίο

Masse angelegt wird; das Signal an 2¹ wird jetzt zu X — E₀. Der Integratorausgang steigt wieder bis zu dem Punkt an, bei welchem er die linke Röhre des Multivibrators über den Cut-off hebt, womit der erste Zustand wiederhergestellt ist usw.

Der Verstärker 10² andererseits nimmt als Signal die Resultierende der folgenden Spannungen auf: — E₀ von Klemme 52 über den hochohmigen Wider-

k =

E₀ + X

Führt man demnach die durch die Beziehungen (2) und (3) gegebenen Werte in die Beziehung (1) ein, so ergibt sich:

S₀ A

stand 53, — k_t- X von

Klemme 54, — —-

Y von

■{Υ+ 2E₀

Klemme 56 über den ebenfalls gleich großen Widerstand 57 sowie über die Widerstände 14² und 4² von den Klemmen I² und I³, entsprechend über Widerstand 3² oder 3³ die Spannungen Y und 2E₀. Die Widerstände 3² und 3³ sind unter sich gleich groß, und der dem Netz 3-14^a-4² entsprechende Widerstand ist gleich dem Wert eines der Widerstände der drei anderen Eingänge.

E₀ + X

was nach Ausrechnung für das Ausgangssignal Jj" zu dem Ausdruck führt:

1 ... X- Y

S =

X.

Diese Beziehung zeigt, warum man in dem Schaltschema eines derartigen Operators ständig Korrektur-

Die Anode einer Diode 6² ist mit Punkt 5² und die 20 glieder zur Aufsummierung zur geschalteten Span-Kathode einer Diode 26² mit Punkt 15² verbunden. ₁
Die Anode dieser letzteren liegt an Masse; die nung Y+ 2E₀ einführen muß, nämlich -£₀,~Υ Kathode der Diode 6² ist über die Verbindung 19² an

den Ausgang der Kathodenfolgerröhre 21 parallel zu und — X (dieses letzere mit irgendeinem passenden derjenigen der Diode 6¹ des Modulationsweges ange- 25 Koeffizienten k versehen).

schlossen. Damit ist ganz klar, daß das Netzwerk Betrachtet man jetzt den Schalter des Unter-

32.33-142.42 _sowi_e di_e Dioden 6² und 26² zusammen brechungsweges, so ist es ganz klar, daß trotz einer einen der Fig. 4 entsprechenden Schalter bilden und vernünftigen Wahl von — U₁ an 5² eine veränderliche daß die charakteristischen Daten dieses Schalters mit Restspannung verbleiben wird. Die Spannung — U₁ denjenigen des Modulationsweges identisch gewählt 30 muß nämlich so bemessen sein, daß sie dem Absolutwerden, wert (Modul) nach ungefähr in der Mitte des mög-

Wenn die Diode 6² und infolgedessen die Diode 26² sperren, ist das Eingangssignal für den Verstärker 10² an 2² folgendes:

liehen Variationsbereiches von Y + 2E₀ liegt; hier-

+ E_n+ -F-A₁-X. 2

Sind diese Dioden leitend, so wird das Eingangssignal zu

ρ ■*■ y u . y

¹O ~^ϊ K₁ Λ.

bei ist angenommen, daß die Spannung Ϋ sich sowohl nach positiver als auch negativer Polarität hin ändern kann und die Spannung 2E₀ so gewählt ist, daß die Summenspannung Y+ 2E_n in keinem Fall negativ werden kann. Daher wird tatsächlich dort keine vollkommene Kompensation vorhanden sein können, und die Restspannungen, die eine fest, die andere schwankend, werden durch die Widerstände 14¹ und 14² zu den Punkten 15¹ und 15² übertragen. Sie werden durch die Wirkung der Dioden 16, dann durch die in den Widerständen 4 eingeführten Dämpfungsglieder herabgesetzt, bevor sie die Punkte 2 der Eingänge der

Nach dem Gesagten ist leicht einzusehen, daß die 45 Verstärker 10 erreichen.

Umschaltungen des Unterbrechungsweges, die ab- Es wird nun ein leichtes sein, diese Rechtsspannun-

wechselnd die zwei obigen Signale hervorrufen, un- gen zu kompensieren, nachdem man deren Werte mittelbar vom Multivibrator 25, infolgedessen durch durch einen systematischen Versuch gemessen hat, die Änderung der vermittels ΙΟ¹-!!¹ integrierten wobei lediglich die Klemmen 1 an Spannung gelegt Spannung gesteuert werden. Tatsächlich werden dann 50 werden und die Dioden beliebig leitend gemacht sind. die Spannnung Y + 2E₀ und die Spannung 0 ab- Bezeichnet man mit Ci₁ und Cf₂ die aus diesen Messunwechselnd auf den Eingang des Verstärkers 10² ge- gen hergeleiteten Werte, so führt man dann, um die geben, und der verstärkte sowie am Ausgang 12² er- Dämpfungsglieder in Rechnung zu stellen, z. B. eine scheinende Mittelwert der Spannungsimpulse oder Spannung —d_t an Klemme I¹ zur Überlagerung mit -rechtecke wird die beabsichtigte Endgröße darstel- 55 der an dieser Klemme anliegenden Spannung ein solen. Bezeichnet t₁ jedes Zeitintervall, währenddessen wie die entgegengerichtete Spannung +(I₁ bei der an

die Dioden 6 und 26 bei beiden Schaltern sperren, und t₂ jedes Zeitintervall, währenddessen sie leitend sind, so wird das Ausgangssignal an 12² folgende Größe darstellen:

■ (Y+ 2E₀).

(1)

Bezeichnet man nun mit U die Amplitude der Änderung des Ausgangssignals des Integrators lO^ll¹, eine für die Betätigung des Multivibrators 25 stets konstante Größe, so erhält man offenbar:

E₀-X

(2)

58 angelegten Spannung. Die beiden Spannungen — d_t und +(I₁ heben sich auf diese Weise gegenseitig auf, solange die Dioden 6¹ und 26¹ sperren, und sobald diese Dioden leiten, bewirkt die Kompensationsspannung + U₁ das Verschwinden der am Ausgang erscheinenden Restspannung —d_v

In gleicher Weise wird man die Spannung — d₂ an I³ zur Überlagerung mit der Spannung +2E₀ sowie _d

die Spannung + -^- an Klemme 52 zur Überlagerung

mit -E₀ einführen. Im übrigen würde es leicht zu bestätigen sein, indem man die obige Berechnung mit diesen Kompensationsspannungen wieder anwendet,

809 599/314

daß die Spannung -It₁-X durch Hinzufügen einer Spannung gleich Ic₁ ■ X · —-|~ ergänzt werden muß.

Diese letztere kann auf eine an sich bekannte Art gebildet werden, indem man sie an dem auf das Wider-

Standsverhältnis —-—- eingestellten Schieber eines an

die Spannung L\ · X gelegten Potentiometers abnimmt.

10

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Elektronischer Schalter, enthaltend ein ohmsches Dämpfungsglied, an dessen eines Ende das zu übertragende Signal angelegt wird und an dessen anderem Ende das Ausgangssignal abzunehmen ist, sowie einen Richtleiter, etwa eine Diode, welcher mit einer seiner Elektroden an einen Zwischenabgriff des Dämpfungsgliedes angeschlossen ist und dessen andere Elektrode an einer Vorspannung liegt, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein zweites Diodenelement mit einer Elektrode an einem in Signalrichtung auf den ersten folgenden Punkt des Dämpfungsgliedes und mit seiner anderen Elektrode an einer zweiten as Vorspannung liegt, wobei für diese Vorspannungen gilt, daß die zwei Diodenelemente stets gemeinsam in leitenden oder nichtleitenden Zustand umgesteuert werden und daß ferner, wenn diese Dioden leitend sind, deren zweite eine Verminderung der durch die erste hervorgerufenen Restspannung in solchem Grade bewirkt, daß die Ausgangsspannung des Dämpfungsgliedes ungefähr zu Null wird oder zumindest einen so niedrigen Wert annimmt, daß sie unmittelbar an diesem Punkt durch eine entgegengerichtete konstante Kompensationsspannung, unabhängig von den bei jener Restspannung möglicherweise beiderseits eines Mittelwertes auftretenden Schwankungen, kompensiert werden kann.

2. Elektronischer Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Schaltmittel vorgesehen sind, um an seinen Ausgang die die obige Restspannung kompensierende Spannung anzulegen und ebenso an einen weiteren Punkt des Dämpfungsgliedes eine andere, ihrer Polarität nach der Restspannungs-Kompensationsspannung entgegengerichtete und ihrem Wert nach so große Spannung anzulegen, daß sie die letztere am besagten Ausgang praktisch zum Verschwinden bringt, solange die Dioden nichtleitend sind.

3. Elektronischer Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes dieser Schaltmittel einen Widerstand umfaßt, der an einem Ende die ihm zugeordnete Spannung erhält und mit seinem anderen Ende an den erwähnten Punkt des Dämpfungsgliedes angeschlossen ist.

4. Elektronischer Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin Schaltmittel vorgesehen sind, um dem Eingangssignal des Dämpfungsgliedes eine Bezugsspannung derart zu überlagern, daß die überlagerte Spannung, vom Anschlußpunkt der ersten Diode aus in Übertragungsrichtung gesehen, trotz der Signalschwankungen zu keinem Zeitpunkt ihre Polarität ändern kann, sowie Schaltmittel, um diese Bezugsspannung am Ausgang des Dämpfungsgliedes wenigstens teilweise zu kompensieren.

5. Elektronischer Schalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die der Überlagerung dienenden Schaltmittel aus einer Unterteilung des Dämpfungsgliedwiderstandes vor jenem Anschluß punkt in zwei gleich große Zweige besteht, deren Gesamtwiderstand ersterem Wert gleich ist, und daß von diesen Zweigen der eine die Überlagerungsspannungen aufnimmt sowie daß jene Schaltmittel zur wenigstens teilweisen Kompensation der Bezugsspannungen aus einem Widerstand bestehen, der zwischen der einen Klemme, an welcher die obige Kompensationsspannung liegt, und einem Abgriff des Dämpfungsgliedes angeschlossen ist, der in Signalrichtung auf den letzten Anschlußpunkt einer Umschaltdiode folgt.

6. Elektronischer Schalter nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 bis 5 für einen Betrieb bei Signalschwankungen, dadurch gekennzeichnet, daß Schaltmittel vorgesehen sind, um zumindest an einem Punkt der Vorspannungszuführung für die Umschaltdioden eine abgeschwächte Komponente dieses schwankenden Signals mit einer derjenigen des Signals am Eingang des Dämpfungsgliedes stets entgegengerichteten Polarität anzulegen.

7. Elektronischer Schalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß diese Schaltmittel mindestens einen Widerstand umfassen, der zwischen einer Klemme, an der das erwähnte Signal mit entgegengesetzter Polarität anliegt, und jenem Punkt der Vorspannungszuführung angeschlossen ist, an welchem er sich in Parallelschaltung zu dem normalen Vorspannungswiderstand befindet.

8. Elektronischer Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Schaltmittel vorgesehen sind, um die gemeinsame Umschaltung der Dioden durch einen Wechsel in deren Vorspannungen von einem Wert, der ihre Sperrung herbeiführt, bis zu einem Wert, der ihre öffnung erzielt, und umgekehrt zu steuern, und zwar zumindest hinsichtlich der ersten in der Übertragungsrichtung des Dämpfungsgliedes vorhandenen Diode.

9. Elektronischer Schalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die vorhandenen Dioden in gleicher Schaltrichtung angeordnet sind und alle gemeinsam durch die Veränderungen der Vorspannungswerte umgesteuert werden.

10. Elektronischer Schalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß allein die erste Diode durch Änderung ihrer Vorspannung umgesteuert wird und im entgegengesetzten Sinne wie jede andere Diode angeschlossen ist, wobei dieser Vorspannungswechsel außerdem, sobald durch ihn die erste Diode leitend wird, das Auftreten einer Restspannung in solcher Richtung herbeiführt, daß er die Umkehr des Zustandes dieser zweiten oder sämtlicher weiteren Dioden mit sich bringt.

11. Elektronischer Schalter nach Anspruch 8 und einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Umkehrung der Vorspannungen mittels einer bistabilen Kippschaltung und über mindestens eine Kathodenfolgerstufe gesteuert wird, welche vom Anodenausgang einer der Röhren der Kippstufe gesteuert wird, wobei die Kathodenfolgerstufe als Kathodenspannung die Spannung erhält, welche den Übergang der zugeordneten Diode in den leitenden Zustand aussteuert, und als Anodenspannung diejenige, welche den Übergang dieser Diode in den nichtleitenden Zustand aussteuert, sowie daß der die Vorspannung dieser Diode zuführende Punkt unmittelbar mit der Kathode der Kathodenfolgerstufe verbunden ist, indem so viele Kathodenfolgerstufen vor-

13 14

gesehen sind, wie innerhalb des Schalters Dioden Scientific Publications, London, 1953, insbesondere

zu steuern sind. S. 81;

»Einführung in die Vierpoltheorie der elektrischen

In Betracht gezogene Druckschriften: Nachrichtentechnik«, Verlag Hirzel, 1948, insbeson-

»Automatic Digital Calculators«, Butterworths 5 dere S. 86.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© «09 599/31Φ 8. 5&