DE1063208B

DE1063208B - Elektronischer Schalter mit einer Diodenbruecke

Info

Publication number: DE1063208B
Application number: DET13009A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Bernhard Rall
Original assignee: Telefunken AG
Current assignee: Telefunken AG
Priority date: 1956-12-19
Filing date: 1956-12-19
Publication date: 1959-08-13

Description

DEUTSCHES

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Die Erfindung betrifft einen elektronischen Schalter, der in den verschiedensten Schaltkombinationen zum Ersatz eines gewöhnlichen Ein-Aus-Schalters bzw. eines mechanischen Relais verwendet werden kann, wenn es auf sehr hohe Schaltgeschwindigkeiten ankommt.""Derartige elektronische Schalter sind z. B. bekannt in Form einer Diodenbrücke aus vier Dioden, ,wobei die Brückenhälften gleich sind und aus einer Reihenschaltung zweier Dioden gleicher Kennlinie bestehen, so daß bei Anlegen einer Spannung im Speisezweig entweder alle Dioden stromführend oder alle gesperrt sind. Als Schalterklemmen dienen die Anschlüsse des Nullzweiges der Brücke.

Fig. 1 zeigt z. B. einen derartigen bekannten Schalter, bei dem die den- Nullzweig der Brücke bildenden Punkte A und B durch an den Klemmen 1 und 2 eingeführte Steuerspannungen entweder galvanisch miteinander verbunden oder getrennt werden sollen. Die an den Klemmen 1 und 2 zugeführte Steuerspannung wird über einen Transformator 3 den beiden Punkten C und D zugeführt, die im Speisezweig der Diodenbrücke, bestehend aus den Dioden 4, 5, 7, 6, liegen.

Sobald durch Anlegen einer Steuerspannung an den Transformator 3 der Punkt C positiv gegenüber D wird, fließt ein Strom über die Dioden. Vorausgesetzt, daß alle Dioden untereinander gleich sind, besitzen A und B gleiches Potential, d.h., die Klemmend und B verhalten sich wie ein geschlossener einpoliger Ausschalter. AVird durch eine umgekehrte Steuerspannung der Punkt D positiv gegenüber C, so sind die Dioden gesperrt, und es kann zwischen die Punkte A und B eine Spannung beliebiger Polarität, gelegt werden, ohne daß ein Strom HieBT.~"D'iese Spannung darf jedoch nicht höher sein als die zwischen C und D liegende Sperrspannung.

. Eine derartige bekannte Schalteranordnung besitzt daher den Nachteil, daß sie nicht für beliebig hohe Spannungen zwischen den Punkten A und B verwendet werden kann, da über.den Transformator 3 nicht sehr hohe Sperrspannungen übertragen werden können.

Die vorstehenden Nachteile werden durch die Erfindung dadurch beseitigt, daß· zwischen den Steuerklemmen C und D mindestens ein steuerbares nichtlineares Schaltelement liegt, das in gesperrtem Zustand eine wesentlich höhere Sperrspannung besitzt, als die Spannung der Steuersignale beträgt. Mit einer solchen Schaltung lassen sich also wesentlich höhere Spannungen zwischen die Punktet und B schalten ..;. als mit der bekannten Schaltung. Als steuerbare nichtlineare Schaltelemente können Röhren oder vorzugsweise Transistoren verwendet werden.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel unter' Verwendung eines Flächentransistors als 'steuerbares¹ '^:

Elektronischer Schalter
mit einer Diodenbrücke

Anmelder:

Telefunken G.m.b.H.,
Berlin NW 87, Sickingenstr. 71

• Dipl.-Ing. Bernhard Rail, Ulm/Donau;
ist als Erfinder genannt worden

nichtlineares Schaltelement. Die aus Fig; 1 als beⁱ kannt vorausgesetzten Schaltelemente sind mit den gleichen Bezugszeichen wie dort auch in Fig. 2 bezeichnet. In Reihe mit der Sekundärwicklung des Transformators 3 liegt die Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors 8, dessen Basiselektrode über ein i?C-Glied 9, 10 mit dem Punkt D verbunden ist, an dem auch das freie Ende der Sekundärwicklung des Transformators 3 liegt. Die eingezeichneten Vorzeichen » + «und »— « an der Sekundärwicklung des Transformators 3 zeigen den Zustand des Schalters an, in dem er geschlossen ist, d. h. in dem der Transistor 8 stromführend ist und daher die Dioden 4, 5, 6 und 7 ebenfalls Strom führen. Bei umgekehrter Polarität der Spannung an der Sekundärwicklung des Transformators 3 ist der Transistor gesperrt, und zwar mit einer wesentlich höheren Sperrspannung, als die Amplitude der Steuerspannung am Transformator 3 ist. Die Spannung zwischen A und B kann· also erheblich größer als die Transformatorspannurig werden, ohne daß der Schalter in den leitenden Zustand gesteuert würde. Diese Spannung ist nämlich nur durch die zulässige Sperrspannung des Transistors begrenzt. ' ■ "■■ ■;■■■■
.'Fig!'3 zeigt eine' entsprechende Anordnung mit einer Röhre als steuerbares nichtlineares Schaltelement. Eine solche Schaltung wird man anwenden, wenn besonders hohe Anforderungen an. die:'Sperr¹ fähigkeit gestellt werden, da mit Röhren eine¹ höhere Sperrspannung.' verwirklicht werden ·kann ■" als' -mit

Transistoren. ^: : ■ <'.''' ■:-■'■■" .'/' ^;rv':"■

In Reihe mit der' Sekundärwicklung des■ '■ Tränsfor-¹ matörs 3 liegt in diesem Falle die Kathoden-Anoden-Strecke der:Röhre 12. Das Gitter ist:mit¹ dem Punkt© wiederum über. eini?C-G.lied 13,14 verbundenywelche's wie das i?C-Glied 9, 10 der Fig. 2 zur Erzeugung einer Vorspannung dient.

'..' Wegen, des relativ hohen inneren Widerstandes einer Röhre^iind'lSchaltungen mit Transistoren häufig einer

909 607/253

Claims

Röhrenschaltung vorzuziehen'. Um die Sperrfähigkeit einer Schaltung mit Transistoren zu erhöhen, können mehrere Transistoren in Reihe verwendet werden, wie in den Fig. 4. und 5 dargestellt. Man wird in solchen Fällen — wie in diesen Figuren ebenfalls angedeutet — unter Umständen auch an Stelle der Dioden 4, 5, 6 und 7 jeweils die Reihenschaltung mehrerer Dioden verwenden. •<; Fig. 4 stellt eine einfache Schaltung unter Verwendung gleichartiger Transistoren (npn- oder pnp-Transistoren) dar, in der die Schaltelemente zwischen den Punkten C und D der Fig. 2 jeweils doppelt vorhanden sind. Die doppelt vorhandenen Schaltelemente sind jeweils mit und ohne Strich unter Verwendung der gleichen Bezugsnummern wie in Fig. 2 bezeichnet. Eine derartige Schaltung kann auch mit Röhren analog zu Fig. 3 durchgeführt werden. In Fig. 5 ist eine ähnliche Schaltung, jedoch mit einem pnp- und einem ripn-Transistor, dargestellt. Man spart hierbei einen Transformator, da dieser für ao beide Transistoren gemeinsam, und zwar mit seiner Sekundärwicklung in Reihe mit den beiden Transistoren zwischen denselben benutzt werden kann. Die entsprechenden Schaltelemente sind mit denselben Bezugszeichen wie in Fig. 2, soweit sie doppelt sind, jeweils ohne oder mit zwei Strichen versehen. Eine nähere Erläuterung der Wirkungsweise dürfte sich nach dem Vorstehenden erübrigen. Die Basis- bzw. die Gittervorspannung wurde in den Schaltungsbeispielen durch ein im Basis- bzw. Gitterstromkreis liegendes i?C-Glied 9, 10 bzw. 13, 14 erzeugt. Statt dessen kann auch eine dritte Wicklung des Impulstransformators verwendet werden, wie aus Fig. 6 für eine Transistorschaltung gemäß Fig. 2 hervorgeht. Entsprechend kann auch in den übrigen Schaltungen, insbesondere in der Schaltung nach Fig. 3, die Gittervorspannung durch eine dritte Wicklung des Transformators erzeugt werden. Ergänzt man die Schaltung gemäß Fig. 2 durch weitere Diodenpaare 21, 22 bzw. 23, 24 usw., wie dies Fig. 7 zeigt, so erhält man einen vielpoligen Schalter, der im Schaltaugenblick alle Eingänge A, B, E, F . . . zusammenfaßt. Solche Schalter können in Mehrkanalsystemen verwendet werden, wenn mehrere Kanäle mit einem gemeinsamen Takt geschaltet werden sollen. Es ist manchmal erwünscht, die Schaltzustände »Ein« und »Aus« eines elektronischen Schalters auch über längere Zeiten aufrechtzuerhalten. Dann ist die Verwendung eines Impulstransformators, wie er in den bisherigen Beispielen verwendet wird, ungeeignet. Gemäß weiterer Erfindung verwendet man für solche Fälle eine impulsmodulierte Hilfsfrequenz zur Übertragung der Schaltimpulse und fügt in den Zug der Sekundärspule des Transformators 3 einen Gleichrichter ein. Für eine Grundschaltung gemäß Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel in Fig. 8 dargestellt. Gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Zwischen der Sekundärwicklung des Transformators 3 und dem Emitter des Transistors 8 ist eine Diode 28 eingeschaltet, welche die an den Klemmen 1, 2 zügeführten Hochfrequenzimpulse gleichrichtet. So ist es möglich, die für die öffnung oder Schließung des elektronischen Schalters erforderliche Transistorvorspannung beliebig lange aufrechtzuerhalten. Entsprechende Abänderungen der Schaltung sind auch bei den übrigen Ausführungsbeispielen der Erfindung möglich. ■ Patentansprüche:

1. Elektronischer Schalter mit einer Diodenbrücke aus vier Dioden, bestehend aus zwei gleichen Brückenhälften, deren jede eine Reihenschaltung aus zwei Dioden gleicher Durchlaßrichtung (4, 5 und 6, 7) ist, derart, daß als Schalterklemmen die Anschlüsse des Nullzweiges (A, B) der Diodenbrücke dienen, während die beiden anderen Verbindungspunkte (C, D) die Steuerklemmen des Schalters bilden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Steuerklemmen (C, D) mindestens ein steuerbares nichtlineares Sehaltelement (8 bzw. 12) geschaltet ist, das im gesperrten Zustand eine wesentlich höhere Sperrspannung hat, als die Spannung der Steuersignale beträgt.

2. Elektronischer Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als steuerbares nichtlineares Schaltelement ein Transistor dient.

3. Elektronischer Schalter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Steuerklemmen (C, D) eine Reihenschaltung liegt, die aus der Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors (8) und der Sekundärwicklung eines Transformators (3), dessen Primärwicklung die Steuerimpulse zugeführt werden, besteht, und daß zur Erzeugung der Basisvorspannung der Basis-Emitter-Strecke in Reihe mit der Sekundärwicklung ein i?C-Glied (9, 10) parallel geschaltet ist (Fig. 2).

4. Elektronischer Schalter nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit der Sekundärwicklung des Übertragers ein Gleichrichter geschaltet ist und daß eine impülsmodulierte Hilfsfrequenz als Steuerspannung dient (Fig. 8).

5. Elektronischer Schalter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Steuerklemmen (C, D) die Reihenschaltung zweier Schaltkombinationen gemäß Anspruch 3 und 4 mit Transistoren gleichen Leitfähigkeitstyps liegt (Fig. 4).

6. Elektronischer Schalter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Steuerklemmen (C, D) eine Reihenschaltung liegt, die aus den Emitter-Kollektor-Strecken zweier Transistoren verschiedenen Leitfähigkeitstyps (pnp und npn) besteht, zwischen deren beiden Emittern die Sekundärwicklung eines Transformators (3) mit oder ohne Gleichrichter (28) liegt, dessen Primärwicklung die Steuerspannung zugeführt wird, und daß zur Erzeugung der Basisvorspannung der Basis-Emitter-Strecke jedes Transistors in Reihe mit der Sekundärwicklung jeweils ein ÄC-Glied parallel geschaltet ist (Fig. 5).

7. Elektronischer Schalter nach Anspruch oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle des 7?C-Gliedes eine dritte Wicklung des Transformators vorgesehen ist, die zwischen Emitter und Basis liegt (Fig. 6).

8. Elektronischer Schalter nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle des Transistors eine Elektronenröhre vorgesehen ist, deren Anoden-Kathoden-Strecke an Stelle der Emitter-Kollektor-Strecke und dessen Gitter an Stelle der Basis des Transistors tritt (Fig. 3).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen