DE1095882B - Elektrische Schaltanordnung, welche nur dann eine bestimmte Ausgangsspannung liefert, wenn die Hoehe einer zugefuehrten Steuerspannung in einem festgelegten Bereich liegt - Google Patents

Description

Gegenstand der Hauptpatentanmeldung S 52704 VIII a/21 a ¹ ist eine elektrische Schaltanordnung, welche nur dann eine Ausgangsspannung, und zwar in bestimmter Höhe, liefert, wenn die Höhe einer zugeführten Steuerspannung in einem festgelegten Bereich liegt. Bei dieser Schaltvorrichtung werden Schalter mit je zwei Eingangselektroden und einer Ausgangselektrode verwendet, bei welchen die Ausgangselektrode eine Schalterspannung liefert, wenn die Spannung zwischen den Eingangselektroden einen solchen Wert hat, daß sie sich in Arbeitslage befinden. Die in der Hauptpatentanmeldung angegebene Schaltanordnung ist in der Weise aufgebaut, daß die Steuerspannung je einer ersten Eingangselektrode von zwei Schaltern gemeinsam zugeführt wird, an deren Ausgangselektroden ein dritter Schalter angeschlossen ist, der über diese Ausgangselektroden in geeigneter Weise beeinflußt wird. Wenn die beiden ersten Schalter eine gleiche Betriebslage einnehmen, so liegt an ihren Ausgangselektroden eine derartige Spannung, daß der dritte Schalter die Lieferung der bestimmten Ausgangsspannung der Schaltvorrichtung bewirkt. Hierbei werden die beiden ersten Schalter als ein Paar von Grenzschaltern mit sich überdeckendem Bereich für gleiche Betriebslage verwendet. Die verwendeten Schalter wirken als Grenzschalter, weil sie jeweils von ihrem einen Betriebszustand in ihren anderen Betriebszustand übergehen, wenn die zugeführte Eingangsspannung bestimmte Grenzspannungen überschreitet, welche an die Schalter fest angelegt sind. Als Grenzspannung liegt 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 Bereichsgrenze.

Bei der in der Hauptpatentanmeldung angegebenen Schaltanordnung nehmen die beiden ersten Schalter als gleiche Betriebslage die Arbeitslage ein, und zwar wenn die Steuerspannung am einen der beiden Schalter unter der oberen Bereichsgrenze und am anderen der beiden Schalter über der unteren Bereichsgrenze liegt. Die Eingangselektroden des dritten Schalters sind jeweils an eine Ausgangselektrode der beiden ersten Schalter angeschlossen.

Bei dem in der Hauptpatentanmeldung angegebenen Ausführungsbeispiel für eine derartige Schaltungsanordnung liegt bei Arbeitslage der beiden ersten Schalter an den Eingangselektroden des dritten Schalters eine Spannung solcher Polarität, daß er in seine Arbeitslage kommt und dabei seine Schalterspannung als die bestimmte Ausgangsspannung der Schaltanordnung liefert.
Den vorliegenden Erfindungsgegenstand bildet ein Elektrische Schaltanordnung,

welche nur dann eine bestimmte

Ausgangsspannung liefert, wenn die

Höhe einer zugeführten Steuerspannung in einem festgelegten Bereich liegt

Zusatz zur Patentanmeldung S 52704 Villa/ 21 a *
(Auslegeschrift 1 074 645)

Anmelder:

Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,
München 2, Wittelsbacherplatz 2

Dipl.-Ing. Peter Gerke, München-Solln,
ist als Erfinder genannt worden

anderes Ausführungsbeispiel für die in der Hauptpatentanmeldung angegebene und wie vorstehend gekennzeichnete elektrische Schaltanordnung. Die hier angegebene Schaltanordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß hier bei Arbeitslage der beiden ersten Schalter an den Eingangselektroden des dritten Schalters eine Spannung mit solcher Polarität liegt, daß er in seine Ruhelage kommt. Dadurch wird die Lieferung der bestimmten Ausgangsspannung der Schaltanordnung bewirkt.

Die Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine derartige Schaltanordnung. Es sind hier die drei Schalter Sl, S2 und S3 vorhanden. Die variable Steuerspannung wird den Eingangselektroden £11 und £21 der beiden Schalter S1 und S2 gemeinsam zugeführt. In diesem Ausführungsbeispiel werden als Schalterspannungen die an den jeweils anderen Eingangselektroden, also hier den Eingangselektroden £12 und £22, liegenden Spannungen verwendet, so daß hier Schalter vorgesehen werden können, die in Arbeitslage ihre Ausgangselektrode A1 bzw. A2 zn 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. Die Ausgangselektroden Al und A2 der Schalter Sl und S2 sind mit je einer der Eingangselektroden £31 und £32 des Schalters

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53 verbunden. Wenn die beiden Schalter 51 und 52 in Arbeitslage sind, soll zwischen ihren Ausgangselektroden A1 und A 2 eine Spannung mit solcher Polarität liegen, daß der dort angeschlossene Schalter 53 in Ruhelage kommt und seine Ausgangselektrode A3 zu einer Eingangselektrode durchschaltet, hier zu der Eingangselektrode £ 32. Damit die beiden Schalter 51 und 52 sich zugleich in Arbeitslage befinden, wenn die Höhe der Steuerspannung zwischen der unteren und der oberen Bereichsgrenze liegt, wird der zweiten Eingangselektrode £ 12 des Schalters 51 die Spannung Uo in Höhe der oberen Bereichsgrenze zugeführt und ein Schalter verwendet, der durchschaltet, wenn die an der Eingangselektrode £11 vorhandene Spannung UeIl kleiner als die Spannung Uo ist, und der zweiten Eingangselektrode £22 des Schalters 52 eine Spannung Uu in Höhe der unteren Bereichsgrenze zugeführt und ein Schalter verwendet, der durchschaltet, wenn die an dpr Eingangselektrode £21 vorhandene Spannung Ue21 größer als die Spannung ao Uu ist. Dadurch wird erreicht, daß der Schalter 51 von der unteren Variationsgrenze der Steuerspannung bis zur oberen Bereichsgrenze und der Schalter 52 von der unteren Bereichsgrenze bis zur oberen Variationsgrenze sich in Arbeitslage befindet. Zwischen der unteren und der oberen Bereichsgrenze befinden sich demgemäß, wie verlangt, alle beide in Arbeitslage, und der Schalter 53 kommt in Ruhelage, wodurch er keine Schalterspannung an seinem Ausgang A3 liefert. Dieser Ausgang A3 ist über den Widerstand i?33 an Masse angeschlossen, wodurch in diesem Fall am Ausgang^ der Schaltanordnung sich das Massepotential durchsetzt. Wenn dagegen der Schalter 53 sich in Arbeitslage befindet, liegt der Ausgang A der Schaltanordnung unter dem Einfluß der Spannung 4- U, da dann die Ausgangselektrode A3 zur Eingangselektrode £32 durchgeschaltet ist. Die bestimmte Ausgangsspannung der gesamten Schaltanordnung entspricht also bei diesem Ausführungsbeispiel dem Massepotential.

Es müssen bei dieser Schaltanordnung Maßnahmen getroffen werden, um zu erreichen, daß der Schalter 53 die Arbeitslage einnimmt, wenn die beiden Schalter 51 und 52 sich nicht zugleich in Arbeitslage befinden, also einer von ihnen die Ruhelage hat. Zu diesem Zweck wird über zwei hinreichend große Widerstände R31 und R32 eine Spannungsquelle in solcher Polarität an die Eingangselektroden £31 und £32 des Schalters 53 angeschlossen, daß unter deren alleiniger Wirkung oder bei Durchschaltung nur eines der Schalter 51 und 52 zwischen diesen Eingangselektroden eine Spannung solcher Polarität liegt, daß sich der Schalter in Arbeitslage befindet und er daher also durchgeschaltet hat. Dies wird dadurch erreicht, daß die am Schalter 51 angeschlossene Eingangselektrode £31 des Schalters 53 über den Widerstand R31 an eine Spannung angeschlossen ist, die niedriger als die Spanung Uu bei der unteren Bereichsgrenze ist, und daß die am Schalter 52 angeschlossene Eingangselektrode £32 des Schalters 53 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 Widerstand i?31 nach Masse und der Widerstand R 32 zur Spannung + U. Die Widerstände R31 und 7?32 müssen so groß sein, daß der über sie fließende Strom weder die betreffende Schaltstrecke überlastet noch an ihr einen störenden Spannungsabfall hervorruft.

Die Schalter in der Schaltanordnung gemäß Fig. 1 können durch Transistoren realisiert werden. Man muß dabei zur Begrenzung des Basis-Emitterstromes Basisvorwiderstände vorsehen und Transistoren eines solchen Leitungstyps wählen, daß die jeweils geforderten Schalterbedingungen erfüllt werden können. Die Schalterspannung der Schalter wird am Kollektor des betreffenden Transistors geliefert. Damit wird die Schaltanordnung 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 Schaltanordnung dieser Art unter Verwendung von Transistoren dargestellt. Der Schalter 51 ist durch den pnp-Transistor Tl mit dem BasisvorwiderstandRl realisiert, wobei der Basisvorwiderstand Rl am Eingang £ der Schaltvorrichtung angeschlossen ist. An seinem Emitter liegt die Spannung Uo. Entsprechend ist der Schalter 52 durch den npn-Transistor T2 mit dem Basisvorwiderstand R2 ersetzt. An seinem Emitter liegt die Spannung Uu. Am Kollektor des Transistors Tl ist der Basisvorwiderstand R3 des den Schalter 53 realisierenden pnp-Transistors T 3 und am Kollektor des Transistors T 2 der Emitter des Transistors Γ 3 angeschlossen.

Die Schalter 51 bis 53 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 Schaltanordnung mit Transistoren beschrieben. Die Steuerspannung wird dem Eingang £ zugeführt. Wenn die Steuerspannung unter der am Emitter des Transistors Tl liegenden Spannung Uo liegt, so ist dieser im leitenden Zustand, da er vom pnp-Leitungstyp ist und sein Basispotential unter seinem Emitterpotential liegt. Wenn die Steuerspannung über der am Emitter des Transistors T2 liegenden Spannung Uu liegt, so ist der Transistor T 2 im leitenden Zustand, da er vom npn-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 Uu und der Spannung Uo, liegt. Die Widerstände R31 und R32 wirken dabei als Kollektorwiderstände für die Transistoren Tl und T2. An den Kollektoren sind der Basisvorwiderstand R 3 und der Emitter des Transistors T 3 angeschlossen. Da hier im leitenden Zustand der Transistoren Tl und T 2 am Basisvorwiderstand des Transistors T3 ein höheres Potential als an seinem Emitter liegt, ist er vom pnp-Leitungstyp gewählt, damit er unter diesen Umständen gesperrt ist und sich das am Widerstand R33 liegende Massepotential am Ausgang A der Schaltanordnung durchsetzen kann. In diesem Betriebszustand der Schaltanordnung wird also die bestimmte Ausgangsspannung am Ausgang A der Schaltanordnung abgegeben.

Man könnte auch Emitter und Basis des Transistors T 3 vertauscht anschließen und müßte dann als Transistor einen solchen vom npn-Leitungstyp wählen. Außerdem müßte man dann die Ausgangselektrode A3 über den Widerstands33 gegen eine Spannung arbeiten lassen, die hinreichend positiv gegen Masse ist. Man erhielte dann im gesperrten Zustand des Transistors T 3 an der Ausgangsklemme A diese positive Spannung. Im leitenden Zustand des Transistors T 3 würde dann dort eine gegen diese Spannung negativere Spannung liegen. Wenn nur einer der Tran-

sistoren Tl und T2 leitend ist, wird über die Widerstände i?31 und i?32 sichergestellt, daß die Emitter-Basis-Spannung am Transistor T 3 eine solche Polarität hat, daß er leitend ist. Der Widerstand R 33 wirkt als Kollektorwiderstand für den Transistor T 3.

Um zu erreichen, daß die Schaltanordnung, auch wenn keine Steuerspannung zugeführt wird, keine Ausgangsspannung abgibt, kann man der Eingangsklemme E über einen Widerstand, hier den Widerstand R 4, eine Spannung dauernd zuführen, die außerhalb des festgelegten Steuerspannungsbereiches liegt. An das freie Ende des Widerstandes R 4 ist hier für diesen Zweck z. B. die Spannung + U angeschlossen. Die eigentliche Steuerspannung setzt sich dann, wenn sie niederohmiger an die Eingangsklemme zugeführt wird, gegenüber der Spannung + U durch.

Verwendet man in derselben Schaltungsweise, wie sie in der Fig. 2 vorgesehen ist, an Stelle eines pnp-Transistors einen npn-Transistor für den Transistor T3, so ist nunmehr der Transistor T3 in dem festgelegten Steuerbereich, also wenn die Eingangsspannung sich zwischen der Spannung Uu und der Spannung Uo befindet, leitend. Die dem Massepotenial entsprechende Ausgangsspannung der Schaltanordnung würde in diesem Falle dann abgegeben werden, wenn sich die Eingangsspannung außerhalb des Steuerspannungsbereiches befindet, wie er bisher festgelegt wurde. Man kann diese Schaltanordnung auch als eine Schaltung auffassen, bei der der festgelegte Steuerspannungsbereich, in dem sie die bestimmte Ausgangsspannung liefert, aus zwei Teilen besteht, von denen der eine Teil Steuerspannungswerte umfaßt, die niedriger als die Spannung Uu sind, und der andere Teil Steuerspannungswerte umfaßt, die höher als die Spannung Uo sind.

Claims (6)

Patentansprüche: 35

1. Elektrische Schaltanordnung, welche nur dann eine bestimmte Ausgangsspannung, und zwar in bestimmter Höhe, liefert, wenn die Höhe einer zugeführten Steuerspannung in einem festgelegten Bereich liegt, unter Verwendung von Schaltern mit je zwei Eingangselektroden und einer Ausgangselektrode, bei welchen die Ausgangselektroden eine Schalterspannung liefern, wenn die Spannung zwischen den Eingangselektroden einen solchen Wert hat, daß sie sich in Arbeitslage befinden, und von denen zwei erste Schalter in Abhängigkeit von der Höhe der zugeführten Steuerspannung zeitweilig gleichzeitig in Arbeitslage kommen, wenn die Steuerspannung an einem Schalter unter der oberen Bereichsgrenze und am anderen Schalter über der unteren Bereichsgrenze liegt, wobei ein dritter an sie angeschlossener Schalter die Lieferung der bestimmten Ausgangsspannung der Schaltvorrichtung bewirkt, nach Patentanmeldung S 52704 VIII a/21 a¹, dadurch gekennzeichnet, daß bei Arbeitslage der beiden ersten Schalter (Sl₁ S 2) an den Eingangselektroden (£31, £32) des dritten Schalters (S3) eine Spannung mit solcher Polarität liegt, daß er in seine Ruhelage kommt und dadurch die Lieferung der bestimmten Ausgangsspannung der Schaltvorrichtung bewirkt.

2. Elektrische Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Lieferung der Schalterspannung die Ausgangselektrode des betreffenden Schalters an eine Eingangselektrode durchgeschaltet ist.

3. Elektrische Schaltanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Arbeitslage die Ausgangselektroden (AI₁ A2) der beiden ersten Schalter (Sl, S2) zur jeweils zugehörigen zweiten Eingangselektrode (£12, £22) durchgeschaltet sind.

4. Elektrische Schaltanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die am ersten Schalter (Sl) angeschlossene Eingangselektrode (£31) des dritten Schalters (5*3) über einen hinreichend großen Widerstand (i?31) an einer Spannung (Masse) angeschlossen ist, die niedriger als die Spannung (Uu) bei der unteren Bereichsgrenze ist, und daß die am zweiten Schalter (S2) angeschlossene Eingangselektrode (£32) des dritten Schalters (5*3) über einen hinreichend großen Widerstand (R32) an einer Spannung (+E/) angeschlossen ist, die höher als die Spannung (Uo) bei der oberen Bereichsgrenze ist.

5. Elektrische Schaltanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangselektrode (A3) des dritten Schalters (.5"3) über einen hinreichend großen Widerstand (i?33) auf einen Pol (Masse bzw. + £/) der Spannungsquelle arbeitet.

6. Elektrische Schaltanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Schalter (5¹I, 6*2, 53) Transistoren (Tl, T2, T3) in Emitterschaltung mit Basisvorwiderständen (221, R2, R3) verwendet werden, wobei die Kollektoren die betreffenden Ausgangselektroden (Al, A2, A3) sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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