DE1074646B - - Google Patents

Description

DEUTSCHES

In derElektrotechnik werden zur Lösung vielerSchaltaufgaben elektrische Schaltvorrichtungen benötigt, welche eine Betriebsspannung an einen Verbraucher dann anschalten sollen, wenn die Höhe einer der Schaltvorrichtung zug-eführten veränderlichen Steuerspannung gerade in einem bestimmt festgelegten Bereich liegt; wenn die Steuerspannung diesen Bereich Überoder unterschreitet, soll dieBetriebsspannung 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 besahrieben 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 Steuerspannung sich ändert, bei zwei bestimmten Grenzspannungen, nämlich beim Überschreiten der Bereichsgrenzen, ihre Betriebslage zu wechseln. Nimmt man z. B. an, die S teuer spannung nehme von der unteren Variationsgrenze aus in Richtung zur oberen Variationsgrenze zu, so soil die Schaltvorrichtung zunächst keine Betriebsspannung liefern, nach Überschreiten der unteren Grenze des vorgesehenen Bereichs und bis zur oberen Bereiohsgrenze 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 Variationsbereich der Steuerspannung ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind bereits bekannte, sogenannte Amplitudenbandpässe grundsätzlich ungeeignet. Derartige Amplitudenbandpässe liefern nämlieh eine Ausgangsspannung stets dann, wenn ihnen eine Eingangsspannung zugeführt wird. Ihre Funktion beschränkt sich darauf, die gelieferte Ausgangsspannung in bestimmten Grenzen zu halten. Es werden Elektrische Schaltanordnung,
vorzugsweise für Fernmeldeanlagen

Anmelder:
Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,
München 2, Wittelsbacherplatz 2

Dipl.-Ing. Günther Löhr, München,
ist als Erfinder genannt worden

dabei manchmal auch Röhren als Schalter verwendet, welche bei einer an sie angelegten Grenzspannung von ihrem einen Betriebszustand in ihren anderen Betriebszustand übergehen, wenn die zugeführte Eingangsspannung diese Grenzspannung überschreitet. Man kann sie deshalb als Grenzschalter bezeichnen. Die Eingangsspannungsbereiche, bei denen beide Grenzschalter eine bestimmte gleiche Betriebslage annehmen, überdecken sich zum Teil. Die Schalter stellen dann also ein Paar von Grenzschaltern mit sich überdeckendem Bereich für eine gleiche Betriebslage dar.

Die vorliegende Erfindung zeigt nun einen Weg, wie man unter Verwendung verhältnismäßig einfacher Schalter eine Schaltanordnung zur Lösung der eingangs beschriebenen Aufgabe aufbauen kann, also eine Schaltanordnung, die eine Betriebsspannung nur dann liefert, wenn die Eingangsspannung in einem bestimmten Bereich liegt. Von diesen Schaltern wird lediglich gefordert, daß sie je zwei Eingangselektroden und eine Ausgangselektrode haben und daß die Ausgangselektrode jeweils eine Schalterspannung liefert, wenn die Spannung zwischen den Eingangselektroden einen solchen Wert hat, daß sie sich in Arbeitslage befinden. Wenn an einem Schalter die an einer ersten Eingangselektrode liegende Steuerspannung gegen die Spannung einer zweiten Eingangselektrode arbeitet, die zugleich eine Grenzspannung ist, so ändert die Spannung zwischen den Eingangselektroden beim Überschreiten der Grenzspannung durch die Steuerspannung ihre Polarität.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist nun dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerspannung je einer ersten Eingangselektrode von zwei Schaltern gemeinsam zugeführt wird, an deren Ausgangs elektroden ein dritter Schalter angeschlossen ist und an denen, wenn sich auf Grund der zugeführten Eingangsspannung bei den beiden ersten Schaltern eine gleiche

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Betriebslage einstellt, eine derartige Spannung liegt, daß der dritte Schalter die Lieferung der bestimmten Ausgangsspannung der Schaltungsanordnung bewirkt, wobei die beiden ersten Schalter als ein Paar von Grenzschaltern mit sich überdeckendem Bereich für die gleiche Betriebslage verwendet werden.

Bei den hier angegebenen Schaltanordnungen ist ferner vorgesehen, daß an der zweiten Eingangselektrode des ersten der beiden Schalter eine Spannung in Höhe der oberen Bereichsgrenze und an der zweiten Eingangselektrode des zweiten der beiden Schalter eine Spannung in Höhe der unteren Bereirihsgrenze zugeführt wird.

Bei den nachfolgend beschriebenen Schaltanordnungen nehmen die beiden ersten Schalter als gleiche Betriebslage die Arbeitslage ein, wenn die Steuerspannung am einen Schalter unter der oberen Bereichsgrenze und am anderen Schalter über der unteren Bereichsgrenze liegt.

An den Eingangselektroden des dritten Schalters, die jeweils an eine Ausgangselektrode der ersten bei·- den Schalter angeschlossen sind, liegt bei Arbeitslage derselben eine Spannung mit solcher Polarität, daß der dritte Schalter seine Schalterspannung als die bestimmte Ausgangsspannung der Schaltvorrichtung liefert.

Die Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine derartige Schaltanordnung. Es sind hier die drei Schalter 6*1, S2 und S3 vorhanden. Die variable Steuerspannung wird den Eingangselektroden £11 und £21 der beiden Schalter Sl und S2 gemeinsam zugeführt.

In diesem Ausführungsbeispiel werden als Schalterspannungen die an den jeweils anderen Eingangselektroden, also hier den Eingangselektroden E12 und £22, liegenden Spannungen verwendet, so daß die Schalter hier so ausgeführt werden können, daß sie in Arbeitslage ihre Ausgangselektroden A1 bzw. A 2 zu der betreffenden Eingangselektrode £ 12 bzw. £22 ■durchschalten. Auch der Schalter S3 arbeitet hier in dieser Weise. Die Ausgangselektroden könnten natürlich auch auf andere Spannungsquellen mit geeigneten Spannungen durchschalten. DieAusgangselektrodeyil und A2 der Schalter Sl und S2 sind mit je einer der Eingangselektroden £31 und £32 des Schalters 6*3 verbunden. Wenn die beiden Schalter Sl und S2 in Arbeitslage sind, soll zwischen ihren Ausgangselektroden eine Spannung solcher Polarität liegen, daß der dort angeschlossene Schalter 5"3 in Arbeitslage kommt und seine Ausgangselektrode A3 zu einer Eingangselektrode durchschaltet, hier zu der Elektrode £31. Damit die beiden Schalter 6*1 und 6*2 sich zugleich in Arbeitslage befinden, wenn die Höhe der Steuerspannung zwischen der unteren und der oberen Bereichsgrenze liegt, wird in diesem Ausführungsbeispiel der zweiten Eingangselektrode £ 12 des Schalters Sl die Spannung Uo in Höhe der oberen Bereichsgrenze zugeführt und ein Schalter verwendet, der durchschaltet, wenn die an der Eingangselektrode £11 vorhandene Spannung Ue 11 kleiner als die Spannung Uo ist, und der zweiten Eingangselektrode £22 des Schalters S 2 eine Spannung Uu in Höhe der unteren Bereichsgrenze zugeführt und ein Schalter verwendet, der durchschaltet, wenn die an der Eingangselektrode £21 vorhandene Spannung Ue21 größer als die Spannung Uu ist. Dadurch wird erreicht, daß sich der Schalter Sl von der unteren Variationsgrenze der Steuerspännung bis zur oberen Bereichsgrenze in Arbeitslage befindet und sich der Schalter S2 von der unteren Bereichsgrenze bis zur oberen Variationsgrenze in Arbeitslage befindet. Zwischen der unteren und der oberen Bereichsgrenze befinden sich demgemäß, wie verlangt, alle beide in Arbeitslage, und der Schalter S3 schaltet durch und liefert, wie vorgeschrieben, eine Schalterspannung am Ausgang A 3, welche die Ausgangsspannung der gesamten Schaltvorrichtung ist. Sie ist hier gleich der Spannung Uo.

Es ist unter Umständen erwünscht, da von der Polarität der zwischen den Eingangselektroden £31 und £32 liegenden Spannung die Betriebslage des zugehörigen Schalters ^3 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 2?31 und 2? 32 eine Spannungsquelle in solcher Polarität an die Eingangselektroden £ 31 und £32 angeschlossen, daß unter deren alleiniger Wirkung und bei Durchschaltung nur einer der Schalter 6*1 und S2 zwischen diesen Eingangselektroden 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 Eingangselektrode £31 des Schalters S3 über den Widerstand R 31 an eine Spannung angeschlossen ist, die niedriger als die Spannung Uu bei der unteren Bereichsgrenze ist, und daß die am Schalter S2 angeschlossene Eingangselektrode £32 des Schalters S3 über den Widerstand R 32 an eine Spannung angeschlossen ist, die höher als die Spannung Uo bei der oberen Bereichsgrenze ist. In diesem Ausführungsbeispiel führt der Widerstand 2? 31 nach Masse und der Widerstand 2? 32 zur Spannung +U. Die Widerstände .R 31 und 2232 müssen 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 A3 des Schalters S3 einen Widerstand 2? 33 an, der z. B. an einem geeigneten Pol dieser Spannungsquelle, hier Masse, liegt und entsprechend wie die Widerstände 2? 31 und 2232 hinreichend groß ist, wobei am Ausgang beim Schalten des Schalters S3 die abgegebene Spannung zwischen der des betreffenden Pols der Spannungsquelle und der Spannung Uo schwenkt, 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 wählen, daß die jeweils geforderten Schalterbedingungen erfüllt werden können. Die Ausgangsspannung der Schalter wird am Kollektor des betreffenden Transistors geliefert. Damit wird die Schaltvorrichtung aus elektronischen 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 6*1 ist durch den p-n-p-Transistor Tl mit dem Basisvorwiderstand R1 ersetzt, wobei der Basisvorwiderstand 2? 1 am Eingang £ der Schaltvorrichtung angeschlossen ist und am Emitter die Spannung Uo liegt. Entsprechend ist der Schalter S2 durch den n-p-n-Transistor T2 mit dem Basisvorwiderstand 222 ersetzt. An seinem Emitter liegt die Spannung Uu. Am Kollektor des Transistors T2 ist der Basisvorwiderstand R3 des den Schalter 5*3 ersetzenden p-h-p-Tran-

sistors T 3 und am Kollektor des Transistors Γ1 der Emitter des Transistors Γ 3 angeschlossen. Die am Kollektor des Transistors T3 vorhandene Schalter-Spannung ist dann zugleich die Ausgangsspannung der Schaltvorrichtung.

Die Schalter Sl bis 3*3 könnte man selbstverständlich auch durch andere elektronische Bauelemente ersetzen, etwa durch Röhren u. a., wenn sie in solcher Schaltungsart verwendet werden, daß sie als Schalter wirken, die bei einer bestimmten Spannung ansprechen.

Es wird nun noch die Arbeitsweise der Schaltvorrichtung mit Transistoren beschrieben. Die Steuerspannung wird dem Eingang £ zugeführt. Wenn die Steuerspannung unter der am Emitter des Transistors T1 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 T 2 Hegenden Spannung Uu liegt, so ist der Transistor T 2 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 Steuerbereicns, also zwischen der Spannung Uu und der Spannung Uo, liegt. Die Widerstände i?31 und J? 32 wirken dabei als Kollektorwiderstände für die Transistoren TX und T 2. An den Kollektoren sind der Basisvorwiderstand R3 und der Emitter des Transistors T 3 angeschlossen. Da hier im leitenden Zustand der Transistoren Π und T2 am Basisvorwiderstand des Transistors T 3 ein niedrigeres Potential als an seinem Emitter liegt, ist er vom p-n-p-Leitungstyp gewählt, damit er unter diesen Umständen leitend ist und die verlangte Schalterspannung, hier die Spannung Uo, liefert. Man könnte auch Emitter und Basis vertauscht anschließen und müßte dann als Transistor T 3 einen solchen vom n-p-n-Leitungstyp wählen. Außerdem müßte man dann die Ausgangselektrode über den Widerstand R33 auf denjenigen Pol der Spannungsquelle arbeiten lassen, dessen Spannung positiver als die Spannung Uu ist. Man erhielt im leitenden Zustand des Transistors T 3 dann an der Ausgangselektrode A die Spannung Uu. Bei gesperrtem Transistor T 3 würde dann dort eine gegen die Spannung Uu positivere Spannung liegen. Wenn nur einer der Transistoren T1 und T 2 leitend ist, wird über die Widerständen31 und R32 sichergestellt, daß die Emitter-Basis-Spannung am Transistor T3 solche Polarität hat, daß er gesperrt ist. Der Widerstand 2? 33 wirkt als Kollektorwiderstand für den Transistor C 3 und muß an einer dementsprechenden Spannung angeschlossen werden. Es sei noch darauf hingewiesen, daß die Steuerspannung die Kollektorspannungen der Transistoren Γ1 und T 2 auch überschreiten kann. Die Basisvorwiderstände müssen dann so groß gewählt werden, daß die höchstzulässigen Betriebsströme der Transistoren Tl und T2 nicht überschritten werden.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Elektrische Schaltanordnung, welche nur dann eine Ausgangsspannung, und zwar in bestimmter Höhe, liefert, wenn die Höhe der zügeführten Steuerspannung in einem festgelegten Bereich liegt, unter Verwendung von Schaltern mit je zwei Eingangselektroden und einer Ausgangselektrode, bei welchen die Ausgangselektrode eine Schalterspannung liefert, wenn die Spannung zwischen den Eingangselektroden einen solchen Wert hat, daß sie sich in Arbeitslage befinden, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerspannung je einer ersten Eingangselektrode (£11 und E 21) von zwei Schaltern (Sl und 6*2) gemeinsam zugeführt wird, an deren Ausgangselektroden (A 1 und AT) ein dritter Schalter (S3) .angeschlossen ist und an denen, wenn sich auf Grund der zugeführten Eingangsspannung bei den beiden ersten Schaltern (Sl und S2) eine gleiche Betriebslage einstellt, eine derartige Spannung liegt, daß der dritte Schalter (S3) die Lieferung der bestimmten Ausgangsspannung der Schaltungsanordnung bewirkt, wobei die beiden ersten Schalter (Sl und 6*2) als ein Paar von Grenzschaltern mit sich überdeckendem Bereich für die gleiche Betriebslage verwendet werden.

2. Elektrische Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der zweiten Eingangselektrode (B 12) des ersten der beiden Schalter (Si) eine Spannung (Uo) in Höhe der oberen Bereichsgrenze und an der zweiten Eingangselektrode (E 22) des zweiten der beiden Schalter (S2) eine Spannung (Uu) in Höhe der unteren Bereicihsgrenze zugeführt wird.

3. Elektrische Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden ersten Schalter (5*1, S2) als gleiche Betriebslage die Arbeitslage einnehmen, wenn die Steuerspannung am einen Schalter (Sl) unter der oberen Bereichsgrenze (Uo) und am anderen Schalter (S2) über der unteren Bereichsgrenze (Uu) liegt.

4. Elektrische Schaltvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an die Eingangselektroden (It 31, £32) des dritten Schalters (S3), die jeweils an eine Ausgangselektrode (Al, A2) der ersten beiden Schalter (Sl und S2) angeschlossen sind, bei Arbeitslage derselben eine Spannung mit solcher Polarität liegt, daß er in Arbeitslage kommt und seine Schalterspannung als die bestimmte Ausgangsspannung der Schaltvorrichtung liefert.

5. Elektrische Schaltvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in Arbeitslage eines Schalters seine Ausgangs elektrode (A 1) zu einer seiner beiden Eingangselektroden (£11, £12) durchgeschaltet ist.

6. Elektrische Schaltvorrichtung nach Anspruch· 5, dadurch gekennzeichnet, daß in Arbeitslage die Ausgangselektroden (A 1, A 2) der beiden ersten Schalter (6*1, S2) zur jeweils zugehörigen zweiten Eingangselektrode (£12, £22) durchgeschaltet sind.

7. Elektrische Schaltvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die am ersten Schalter (6*1) angeschlossene Eingangselektrode (£31) des dritten Schalters (S3) über einen hinreichend großen Widerstand (2? 31) an einer Spannung (Masse) angeschossen ist, die niedriger als die Spannung (!7m) bei der unteren Bereichsgrenze ist, und daß die am zweiten Schalter (S 2) angeschlossene Eingangselektrode (£32) des dritten Schalters (S3) über ' einen hinreichend großen Widerstand (2? 32) an einer Spannung (+ U) angeschlossen ist, die höher als die Spannung· (Uo) bei der oberen Bereichsgrenze ist.

8. Elektrische Schaltvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Aus-

gangselektrode (A 3) des dritten Schalters (S 3) über einen hinreichend großen Widerstand (i? 33) auf einen Pol (Masse bzw. + U) der Spannungsquelle arbeitet.

9. Elektrische Schaltvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Schalter (Sl) Transistoren (Tl) in Emitterschaltung

mit Basisvorwiderständen(i?l) verwendet werden, wobei die Kollektoaren die betreffenden Ausgangselektroden (AT) sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Buch »Waveforms«, McGraw Hill Book Company, 1949, S. 46, Fig. 3.7, S. 330, Fig. 9.4b, S. 336, Fig. 9.6.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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