DE1074645B - Elektrische Schaltvorrichtung vorzugsweise fur Fernmeldeanlagen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

In der Elektrotechnik werden zur Lösung vieler Schaltaufgaben elektrische Schaltvorrichtungen benötigt, welche eine Betriebsspannung an einen Verbraucher dann anschalten sollen, wenn die Höhe einer der Schaltvorrichtung zugeführten veränderlichen Steuerspannung gerade in einem bestimmt festgelegten Bereich liegt; wenn die Steuerspannung diesen Bereich über- oder unterschreitet, soll die Betriebsspannung also nicht geliefert werden. Die hier behandelten Schaltvorrichtungen sollen vorzugsweise in Fernmeldeanlagen 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 Widerstandsnetzwerk arbeiten, bei dem an einem geeigneten Punkt eine Spannung auftritt, welche 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 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 Betriebsspannung geliefert wird. Es bereitet nun erfahrungsgemäß technische Schwierigkeiten, eine Schaltvorrichtung zu schaffen, welche die hierzu notwendigen Eigenschaften hat, also unter anderem wenn die S teuer spannung 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 unteren Variationsgrenze aus in Richtung zur oberen Variationsgrenze zu, so soll die Schaltvorrichtung zunächst keine Betriebsspannung liefern, nach Überschreiten der unteren Grenze des vorgesehenen Bereichs und bis zur oberen Bereichsgrenze Betriebsspannung liefern 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 Erfindung zeigt nun einen Weg, wie man eine derartige Schaltvorrichtung mit Hilfe einfacher Schalter aufbauen kann, von denen lediglich gefordert wird, daß sie dann wenn die Steuerspannung eine bestimmte Grenzspannung durchläuft, ihre Betriebslage ändern, also unterhalb dieser Grenzspannung eine andere Betriebsspannung liefern als darüber. Wenn die Elektrische Schaltvorrichtung,
vorzugsweise für Fernmeldeanlagen

Anmelder:

Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,
München 2, Wittelsbacherplatz 2

Dipl.-Ing. Heinz Mertel, Honenschäftlarn,
ist als Erfinder genannt worden

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 Polarität.

Bei dieser Schaltvorrichtung wird die dem Eingang 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 Schaltvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerspannung je einer ersten Eingangselektrode von zwei derartigen Schaltern zugeführt wird, wobei die zweite Eingangselektrode des ersten Schalters an der Ausgangselektrode des zweiten Schalters angeschlossen ist, welcher in Ruhelage ist, wenn die Steuerspannung unter der oberen Bereichsgrenze liegt, und dabei als Ausgangsspannung eine Spannung in Höhe der unteren Bereichsgrenze liefert, und in Arbeitslage ist, wenn die Steuerspannung über der oberen, Bereichsgrenze liegt, und dabei als Ausgangsspannung eine Spannung mindestens in Höhe der oberen Variationsgrenze der Steuerspannung liefert, und daß der erste Schalter seine Arbeitslage einnimmt, wenn die Spannung an seiner ersten Eingangselektrode höher als an seiner zweiten ist, und dabei die verlangte Ausgangsspannung liefert.

Die Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine derartige Schaltvorrichtung. Es sind hierbei die Schalter Sl und S 2 vorhanden. Die variable Steuerspannung wird den Eingangselektroden £11 und £21 dieser beiden Schalter gemeinsam zugeführt. In diesem Beispiel liefert der Schalter Sl in Arbeitslage dieselbe Spannung wie die, welche seiner Eingangs-

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elektrode £11 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 Eingangselektroden entweder die Spannung 17«, welche der Spannung an der unteren Bereichsgrenze entspricht, oder die Spannung + U, welche mindestens so hoch ist wie die obere Variationsgrenze der Steuerspannung, liefert. In diesem Ausführungsbeispiel liegt an der Eingangselektrode £22 dieses Schalters die Spannung Uo, welche so hoch wie die obere Bereichsgrenze ist. An der Ausgangselektrode A 2 ist die Eingangselektrode £12 des Schalters 6" 1 angeschlossen.

Um die Arbeitsweise der Schaltung in den verschiedenen Betriebszuständen erläutern zu können, wird angenommen, daß die Steuerspannung von der unteren Variationsgrenze ausgehend zunimmt, bis sie ihre obere Variationsgrenze erreicht hat, welche hier die Spannung + U sei. Liegt sie unterhalb der oberen Bereichsgrenze, welche durch die Spannung Uo festgelegt ist, so liefert der Schalter S 2 als Schalterspannung die Spannung Un, welche daher an der Eingangselektrode E12 des Schalters Sl liegt. Liegt die Steuerspannung auch unterhalb der unteren Bereichsgrenze, welche durch die Spannung Un festgelegt ist, so ist der Schalter Sl gesperrt, da die Spannung an der Eingangselektrode E11 niedriger als die an der Eingangselektrode E12 ist, und an seinem xA.usgang \vird keine Spannung geliefert. Wenn die Steuerspannung die Spannung Uu überschreitet, so schaltet der Schalter Sl durch, und die Steuerspannung wirkt sich auch an seiner Ausgangselektrode A1 aus. Bei Erreichen der oberen Bereichsgrenze, also der Spannung Uo, schaltet der Schalter S2 um und liefert als Schalterspannung die Spannung +U, die nunmehr auch an der Eingangselektrode £ 12 des Schalters S1 liegt, wodurch die Spannung an dieser Eingangselektrode höher als an seiner anderen ist und er seine Durchschaltung rückgängig macht. Damit erfüllt diese Schaltvorrichtung die gewünschte Funktion. Wenn der Schalter Sl bereits mit Sicherheit in seiner Ruhelage zurückgeht, wenn seiner Eingangselektrode E12 keine besondere Spannung zugeführt wird, kann man die Zuführung der Spannung + U vom Schalter S 2 unterlassen.

Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung benötigt man nur Schalter, von denen lediglich gefordert wird, daß sie bei Änderung der Steuerspannung bei einer bestimmten Spannungsgrenze ihre Betriebslage ändern und dabei unterhalb dieser Spannungsgrenze keine Schalterspannung liefern, aber darüber, oder umgekehrt. In diesem Fall wird an Stelle des Schalters S2 eine Kettenschaltung zweier Schalter vorgesehen, welche in Arbeitslage ihre Ausgangselektrode zu einer ihrer Eingangselektroden durchschalten.

In der Fig. 2 ist eine mit derartigen Schaltern aufgebaute Schaltvorrichtung dargestellt. Die Kettenschaltung besteht aus den beiden Schaltern 5*2 und 6"3. Die Eingangselektroden des Schalters 5"2 sind genauso angeschlossen wie die des Schalters 5*2 in Fig. 1. Die Eingangselektrode £31 des Schalters S3 ist mit der Ausgangselektrode A 2 des Schalters 5*2 verbunden. An der zweiten Eingangselektrode £32 des Schalters S3 liegt die Spannung Uu. Es ist hier noch der Widerstand R 21 an der Ausgangselektrode angeschlossen, an dessen anderem Ende eine Spannung angelegt wird, die unter der unteren Bereichsgrenze liegt. In diesem Beispiel wurde der Widerstand an Masse angeschlossen. Dadurch wird erreicht, daß sich die zwischen den Eingangselektroden £31 und £32 vorhandene Spannung umpolt, wenn der Schalter S 2 in eine andere Betriebslage kommt. Der Widerstand R21 muß sogroß sein, daß die SchaltstreckeSl weder überlastet wird, noch daß an ihr ein störender Spannungsabfall entsteht. Damit in dem Betriebszustand, in dem der Schalter 53 nicht durchgeschaltet ist, der Eingangselektrode £ 12 des Schalters Sl eine genügend hohe Spannung zugeführt wird, ist hier noch der Widerstand i?31 vorgesehen, an dem die Spannung + U liegt.

Es wird nun beschrieben, wie die Kettenschaltung der beiden Schalter ^"2 und 6*3 arbeitet. Wenn die Steuerspannung unterhalb der Spannung Uo liegt, so hat der Schalter S2 durchgeschaltet, wodurch an seiner Ausgangselektrode A 2 und an der damit verbundenen Eingangselektrode £31 des Schalters S3 die Spannung Uo liegt. Auch der Schalter S3 hat daher durchgeschaltet, da die Spannung an der Eingangselektrode £ 31 höher als die an der Eingangselektrode £32 ist und dies die Durchschaltung hervorruft. Daher gelangt an die Eingangselektrode £ 12 des Schalters Sl die Spannung Uu. Wenn die Steuerspannung den Wert Uu erreicht hat, schaltet dieser Schalter daher auch durch, wodurch die Steuerspannung auch auf den Ausgang^ der Schaltvorrichtung gelangt. Hat die Steuerspannung die obere Bereichsgrenze Uo erreicht, so wird die Durchschaltung des Schalters S2 aufgehoben, wodurch sich an der Eingangselektrode £31 des Schalters S3 das an dem Widerstand i?21 liegende Massepotential auswirkt und daher die Durchschaltung dieses Schalters aufgehoben wird. Die Spannung + U wirkt sich daher über den Widerstand R 31 an der Eingangselektrode £12 des Schalters 51 aus, dessen Durchschaltebedingung daher nicht mehr erfüllt ist, denn die Spannung + U ist in jedem Fall höher als die Steuerspannung. Die Durchschaltung der Steuerspannung auf den Ausgang^ der Schaltvorrichtung wird daher wieder vom Schalter Sl aufgehoben. Wenn der Schalter 5"3 in seine Ruhelage bereits zurückgeht, wenn seiner Eingangselektrode £31 keine besondere Eingangsspannung zugeführt wird, kann man den Widerstands 21 weglassen.

Man schließt nun noch an die Ausgangselektrode Al des SchaltersSl einen Widerständen an, an dem eine Spannung liegt, die genügend unter der unteren Bereichsgrenze liegt und wobei der Widerstand 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 Sl die abgegebene Spannung zwischen dem Wert der am Widerstand R11 angeschlossenen Spannung und der zugeführten Steuerspannung schwankt. In diesem Ausführungsbeispiel ist Masse an den Widerstand R11 gelegt worden. Wählt man eine derartige Schaltung, so kann man die Schalter auch durch Transistoren realisieren. Man muß dabei zur Begrenzung des Basis-Emitter-Stromes Basisvorwiderstände vorsehen und Transistoren eines solchen Leitungstyps verwenden, daß die geforderten Schaltbedingungen erfüllt werden können. Die Ausgangsspannungen der Schalter werden an den Kollektoren der betreffenden Transistoren geliefert. Damit wird die Schaltvorrichtung aus elektronischen Bauelementen aufgebaut, wodurch ein praktisch trägheitsloses Arbeiten der Schaltvorrichtung ermöglicht wird,

was inbesondere bei Anwendung in der Fernmeldetechnik von ausschlaggebender Bedeutung sein kann. Die Schalter Sl bis S3 könnten selbstverständlich auch durch andere elektronische Bauelemente ersetzt werden, etwa durch Röhren, wenn sie in solcher Schaltungsart verwendet werden, daß sie als Schalter wirken, welche bei einer bestimmten Spannung ansprechen.

Es wird nun noch die Arbeitsweise der Schaltvorrichtung mit Transistoren in Fig. 3 beschrieben. Die am Eingang £ zugeführte Steuerspannung kann maximal bis zu der an dem Widerstand R 31 angeschlossenen Spannung steigen, also hier bis zu der Spannung + U. Wenn die Steuerspannung niedriger als die am Emitter des Transistors T 2 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 T 3, der vom n-p-n-Leitungstyp ist, ein höheres Potential als an dessen Emitter, an dem die Spannung Uu liegt. Auch der Transistor T 3 ist daher leitend, wodurch die Spannung Uu zum Basisvorwiderstand R1 des Transistors Tl durchgeschaltet wird. Dem Emitter des Transistors T1 wird die Steuerspannung zugeführt. Sowie sie die Spannung Uu überschreitet, wird daher der Transistor T1, der vom p-n-p-Leitungstyp ist, leitend, und die Steuerspannung wird auf seinen Kollektor durchgeschaltet und bildet die Ausgangsspannung der Schaltvorrichtung. Wenn, die Steuerspannung so groß wie •die Spannung Uo geworden ist, so wird der vorher leitende Transistor T 2 gesperrt. Infolgedessen wird am Basisvorwiderstand R 3 des Transistors T 3 über den Widerstand R 21 das Massepotential wirksam, und der Transistor wird ebenfalls gesperrt. An der Basis des Transistors Tl liegt nun die Spannung+ U über den Widerstand i?31 und den Basisvorwiderstand R1, welche stets größer als die am Emitter vorhandene Steuerspannung ist und wodurch daher der Transistor T1 gesperrt wird. Die Spannung + U muß also mindestens gleich der oberen Variationsgrenze •der Steuerspannung sein.

Claims (6)

45 PATENTANSPRÜCHE:

1. Elektrische Schaltvorrichtung, welche nur dann eine Ausgangsspannung liefert, wenn die Höhe der zugeführten Steuerspannung in einem festgelegten Bereich liegt, unter Verwendung von Schaltern mit je zwei Eingangselektroden und einer Ausgangselektrode, bei welchen die Ausgangselektrode in Ruhelage des Schalters eine andere Schalter,spannung als in Arbeitslage liefert und wobei Ruhelage und Arbeitslage von der Polarität der Spannung zwischen den Eingangselektroden abhängig sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerspannung je einer ersten Eingangselektrode (£11 und £21) von zwei derartigen Schaltern (Sl und SZ) gemeinsam zugeführt wird, daß die zweite Eingangselektrode (B 12) des ersten Schalters (Sl) an der Ausgangselektrode (A2) des zweiten Schalters (S2) angeschlossen ist, welcher in Ruhelage ist, wenn die Steuerspannung unter der oberen Bereichsgrenze (Uo) liegt, und dabei als Ausgangsspannung eine Spannung in Höhe der unteren Bereichsgrenze (Uu) liefert, und in Arbeitslage ist, wenn die Steuerspannung über der oberen Bereichsgrenze (Uo) liegt, und dabei als Ausgangsspannung eine Spannung (+C/) mindestens in Höhe der oberen Variationsgrenze der Steuerspannung liefert, und daß der erste Schalter (Sl) seine Arbeitslage einnimmt, wenn die Spannung an seiner ersten Eingangselektrode (£11) höher als an seiner zweiten Eingangselektrode (£12) ist, und dabei die verlangte Ausgangsspannung liefert.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am zweiten Eingang (£22) des zweiten Schalters (S2) eine Spannung in Höhe der oberen Bereichsgrenze (Uo) liegt.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle des zweiten Schalters (S 2) eine Kettenschaltung zweier Schalter (S2 und S3) vorgesehen ist, welche in Arbeitslage ihre Ausgangselektrode (A2, A3) zu einer Eingangselektrode (£22, £32) durchschalten, und daß beim vorderen der beiden Schalter (vS"2) zur zweiten Eingangselektrode (£22) die Ausgangselektrode (A2) durchgeschaltet wird, an der die erste Eingangselektrode (£31) des hinteren der beiden Schalter (S3) angeschlossen ist, welcher in Arbeitslage seine Ausgangselektrode (A3) zu seiner zweiten Eingangselektrode (E 32) durchschaltet, an der eine Spannung in Höhe der unteren Bereichsgrenze (Uu) liegt, und daß an dieser Ausgangselektrode ein Widerstand (i?31) hinreichender Größe angeschlossen ist, an dem eine ,Spannung (+£/) liegt, die mindestens so hoch ist wie die obere Variationsgrenze.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der ersten Eingangselektrode (£31) des hinteren der beiden Schalter (S2 und S3) über einen hinreichend großen Widerstand (2? 21) eine Spannung (Masse) angeschlossen ist, die unter der unteren Bereichsgrenze (Uu) liegt.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangselektrode (Al) des ersten Schalters (Sl) über einen genügend großen Widerstand (i?ll) gegen eine Spannung (Masse) arbeitet, deren Höhe hinreichend unter der unteren Bereichsgrenze (Uu) liegt.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Schalter (Sl) Transistoren (Tl) in Emitterschaltung mit Basisvorwiderständen (Rl) verwendet werden, wobei die Kollektoren die betreffenden Ausgangselektroden (A 1) sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Buch »Waveforms«, McGraw Hill Book Co., 1949, S. 46, Fig. 3.7; S. 330, Fig. 4.4b; S. 336, Fig. 9.6.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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