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Elektronisches Relais Die Erfindung betrifft ein elektronisches Relais,
bestehend aus wenigstens zwei eine Eingangs- und eine Ausgangsstufe bildenden Transistoren,
die zusammen eine Kippschaltung darstellen und von denen sich jeweils der eine im
leitenden und der andere im nichtleitenden Schaltzustand befindet (z. B. Schmitttrigger)
und bei dem die Umschaltung des Relais durch ein der Eingangsstufe zugeführten Steuersignal
erfolgt.
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Derartige elektronische Relais haben gegenüber gewöhnlichen Relais
mit mechanisch bewegten Kontakten den Vorteil, daß sie besonders kurze Schaltzeiten
aufweisen, ein niedriges Gewicht und kleine Abmessungen besitzen und keiner merklichen
Abnutzung unterliegen.
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In zahlreichen mit derartigen elektronischen Relais ausgerüsteten
Steuerschaltungen stellt sich nun die Aufgabe, die Anordnung so auszubilden, daß
die von einem Steuersignal bewirkte Umschaltung des Relais durch ein weiteres Steuersignal
in einer bestimmten Folge unterbrochen bzw. freigegeben werden kann.
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Ein derartiges Problem ergibt sich beispielsweise in der Fernmeldetechnik
bei einer Schaltungsanordnung zum gleichzeitigen Übertragen von niederfrequenten
Wechselstrom-Rufsignalen und Gleichstrom-Telegrafiersignalen über eine Zweidrahtleitung.
Es ist bekannt (vgl. das deutsche Patent 1059 047), das durch die Gleichstrom-Telegrafiersignale
betätigte Tastrelais zur Verhinderung des Ansprechens gegenüber den Wechselstrom-Rufsignalen
mit zwei gegensinnig wirkenden Wicklungen auszurüsten, die über Gleichrichter an
die Adern der Zweidrahtleitung angeschlossen sind.
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Um ein derartiges elektromagnetisches Relais mit zwei gegeneinandergeschalteten
Wicklungen durch eine Transistorschaltung nachzubilden, hat man bereits jede Einzelwicklung
des Relais durch eine bistabile Kippschaltung ersetzt und die beiden bistabilen
Kippschaltungen an eine Gatterschaltung (Koinzidenzschaltung) angeschlossen. Der
schaltungstechnische Aufwand einer derartigen Anordnung ist jedoch beträchtlich
und führt zu ziemlich hohen Herstellungskosten.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der
Mängel der bekannten Ausführungen ein elektronisches Relais der eingangs genannten
Art derart auszubilden, daß das Relais in seiner Funktion unabhängig von den zur
eigentlichen Betätigung des Relais dienenden Steuersignalen auf schaltungstechnisch
einfache Weise gesperrt werden kann.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß ein auf
den Steuerkreis des Transistors der Ausgangsstufe wirkender, gleichfalls durch ein
Steuersignal betätigter Steuer- (Sperr-) Transistor vorgesehen ist, der in einer
seiner beiden Schaltstellungen - unabhängig von der jeweils vorhandenen Schaltstellung
des Transistors der Eingangsstufe -den Transistor der Ausgangsstufe in dem im Ruhezustand
des Relais vorhandenen Schaltzustand hält.
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Bei einem elektronischen Relais, bei dem der Kollektor des Transistors
der Eingangsstufe über eine Parallelschaltung eines Widerstandes und eines Kondensators
mit der Basis des Transistors der Ausgangsstufe verbunden ist und der Emitter des
Transistors der Eingangsstufe an den Emitter des Transistors der Ausgangsstufe angeschlossen
ist, wird die schaltungstechnische Anordnung gemäß der Erfindung zweckmäßig derart
getroffen, daß der Emitter des Steuer-(Sperr-) Transistors über einen Widerstand
an die Basis des Transistors der Ausgangsstufe angeschlossen ist.
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Soll das erfindungsgemäße elektronische Relais in einer Schaltungsanordnung
zum gleichzeitigen Übertragen von niederfrequenten Wechselstrom-Rufsignalen und
Gleichstrom-Telegrafiersignalen über eine Zweidrahtleitung Verwendung finden, so
wird in der Basisleitung des Transistors der Eingangsstufe des zwischen die Adern
der Zweidrahtleitung geschalteten elektronischen Relais eine Diode vorgesehen und
die Basis des Steuer- (Sperr-) Transistors über einen Kondensator an eine der beiden
Adern der Zweidrahtleitung angekoppelt.
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Mit einem äußerst geringen Aufwand an Schaltmitteln wird hierbei erreicht,
daß das elektronische Relais zwar durch die Gleichstrom-Telegrafiersignale, nicht
aber durch die niederfrequenten Wechselstrom-Rufsignale umgeschaltet wird, da die
eine Halbwelle der Rufsignale durch die Diode vom Eingangstransistor des Relais
ferngehalten wird, während durch die andere Halbwelle mit dem Eingangstransistor
des Relais zugleich der Steuertransistor umgeschaltet
wird, der
seinerseits die Sperrung des.elektronischen Relais aufrechterhält.
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Diese und weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der
Beschreibung dreier Ausführungsbeispiele, die in der- Zeic_Üriüng veranschaulicht
sind. In der Zeichnung zeigt Fig. 1 eine Prinzipschaltung des erfindungsgemäßen
elektronischen Relais, Fig. 2 eine abgewandelte Teildarstellung der Schaltung gemäß
Fig. 1, Fig. 3 die Anordnung= und -Ausbildung des erfindungsgemäßen elektronischen
Relais in einer Schaltungsanordnung zum gleichzeitigen Übertragen von niederfrequenten
-Wechselstrom-Rufsignalen -_ und Gleichstrom-Telegrafiersignalen über eine Zweidrahtleitung.
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Das elektronische Relais gemäß Fig. 1 besteht im wesentlichen aus
den Eingangs- und 'eine Ausgangsstufe bildenden Transistoren T1 und T2, die als
sogenannter Schmitt-Trigger geschaltet sind. Die Basis des Transistors T1 ist übenden
Widerstand R1 an die Klemme Kl-angeschlossen, über die das zur Umschaltung des Relais
dienende Steuersignal zugeführt wird. Zur Einstellung der Basisvorspannung des Transistors
T1 dient ferner der Widerstand R2, der zwischen die Basis des Transistors T1 und
die Klemme K2 bzw. den -positiven Pol (+B) der nicht dargestellten-Batterie geschaltet
ist.
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Der Kollektor des Transistors T1 ist über die Parallelschaltung des
Widerstandes R4 und des Kondensators Cl mit der Basis des Transistors T2 verbunden;
zwischen der Basis des Transistors T2 und dem positiven Pol der Batterie liegt ferner
der Widerstand R5, der zusammen mit dem Widerstand R4 und dem in der Kollektorzuleitung
des Transistors T1 liegenden Widerstand R6 das Basispotential des Transistors T2
(im Ruhezustand d. h. bei gesperrtem Transistor T3) einstellt. Die Emitter der Transistoren
T1 und T2 sind direkt verbunden.
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An die Basis des Transistors T2 ist über den Widerstand R7 der Emitter
des Steuer- (Sperr-) Transistors T3 angeschlossen, dessen Kollektor unmittelbar
am negativen Pol (-B) der Batterie liegt (Klemme K4) und dessen Basispotential durch
die Widerstände R8 und R3 eingestellt wird.
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Der Widerstand R$ liegt zwischen der Basis des Transistors T3 und
der Klemme K3, über die dem elektronischen Relais ein weiteres Steuersignal zugeführt
werden kann, durch das die Umschaltung des Transistors T2 der Ausgangsstufe und
damit die Umschaltung des ganzen Relais verhindert werden kann.
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Im Arbeitskreis des Transistors T2 liegen die Widerstände Rio und
R11. An den Transistor T2 sind zwei weitere Transistoren T4 und T5 angeschlossen,
die in Emitterschaltung zusammengeschaltet sind. Zwischen der Basis des Transistors
T4 und dem positiven Pol der Batterie liegt der Widerstand R12; zwisehen den mit
der Basis des Transistors T5 verbundenen Emitter des Transistors T4 und den Pluspol
der Batterie ist der Widerstand R13 geschaltet.
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Die Ausgangsleistung des elektronischen Relais wird an den Klemmen
K5 und K6 abgenommen.
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Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen elektronischen Relais ist
folgendermaßen: Die Widerstände des Relais sind so dimensioniert, daß die Transistoren
T1 und T3 im Ruhezustand des Relais gesperrt, der Transistor T2 der Ausgangsstufe
dagegen leitend ist. Die Transistoren T4 und T5, die lediglich zur Verstärkung der
Ausgangsleistung des Relais dienen, sind im Ruhezustand gesperrt. Durch. die negativen
Halbwellen einer zwischen den Klemmen K1 und: K2 liegenden Steuerspannung bzw. durch
einen über die Klemme K1 zugeführten negativen Impuls wird- der Transistor T1 in
den leitenden Zustand geführt, so daß der Emitter des Transistors T2 gegenüber der
Basis ein negatives Potential erhält und der Transistor T2 somit gesperrt wird.
Da der Widerstand R12 wesentlich größer als der Widerstand R11 ist, wird das Potential
der Basis des Transistors T4, das im Ruhezustand des Relais etwa dem des positiven
Batteriepols entspricht, ins Negative geführt, so daß der Transistor T4 und damit
auch der Transistor T5 leitend werden.
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Beim Auftreten eines negativen Impulses an den Klemmen K1, K2 läßt
sich somit an den Ausgangsklemmen K5 und K6 ein rechteckiger Impuls abnehmen.
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Wird nun der Klemme K3 eine negative Spannung zugeführt, sei es die
negative Halbwelle einer Wechselspannung, eine negative Gleichspannung oder ein
negativer Impuls, so wird hierdurch der Transistor T3 in den leitenden Zustand geführt,
so daß - da der Widerstand R7 kleiner als der Widerstand R, ist -die Basis des Transistors
T2 auch im leitenden Zustand des Transistors T1 ein stärkeres negatives Potential
als der Emitter des Transistors T2 aufweist und dieser Transistor somit leitend
ist.
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Beim Anlegen einer negativen Spannung an der Klemme K3 sind die Transistoren
T4 und T5 somit - unabhängig von dem durch die an den Klemmen K1 und K2 anliegende
Steuerspannung bedingten Schaltzustand des Transistors T1 - gesperrt, da der Transistor
T3 im leitenden Zustand die Umschaltung des Transistors T2 der Ausgangsstufe verhindert.
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Bei der in Fig.2 als Abwandlung der Schaltung gemäß Fig. 1 dargestellten
Anordnung ist die Erzeugung der dem Transistor T1 der Eingangsstufe und der dem
Sperrtransistor T3 zugeführten Steuerspannung schematisch veranschaulicht. Zwischen
die Klemmen K7, K8, d. h. zwischen den negativen Pol der Batterie und den in der
Basiszuleitung des Transistors Ti liegenden Widerstand R1 ist eine Morsetaste
Tal geschaltet, bei deren Betätigung die Basis des Transistors T1 negatives
Potential erhält, so daß der Transistor T1 und - bei nicht gedrückter Taste Tat
- damit das gesamte Relais umgeschaltet wird.
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Die zwischen die Klemmen K9 und Klo in der Basiszuleitung des Transistors
T3 geschaltete Morsetaste Tat legt bei Betätigung die Basis des Transistors T3 an
negative Spannung und führt damit diesen Transistor in den leitenden Schaltzustand.
Hierdurch wird - wie vorstehend bereits beschrieben - die Umschaltung des Transistors
T2 der Ausgangsstufe verhindert. Die übrigen Einzelheiten der Schaltung gemäß Fig.
2 entsprechen denen des Ausführungsbeispiels der Fig. 1.
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Fig. 3 zeigt die Ausführung und Anordnung des erfindungsgemäßen elektronischen
Relais in einer Schaltung zum gleichzeitigen Übertragen von niederfrequenten Wechselstrom
Rufsignalen und Gleichstrom-Teleg rafiersignalen über eine Zweidrahtleitung Z.
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An das eine Ende der Zweidrahtleitung ist ein Rufwechselstrom-Generator
G (mit dem Innenwiderstand Rt) geschaltet; parallel zum Generator G liegt eine Morsetaste
Tal mit einem in Reihe geschalteten Widerstand R14, der kleiner als der Widerstand
Ri des Generators G ist.
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Das elektronische Relais, das lediglich auf die von der Morsetaste
Tal ausgesandten Gleichstrom-Telegrafiersgnale, nicht aber auf die niederfrequenten
Wechselstrom-Rufsignale
des Generators G ansprechen soll, ist über die Klemmen K7 und K8 an die beiden Adern
der Zweidrahtleitung Z angeschlossen.
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Die Schaltung des elektronischen Relais entspricht im wesentlichen
der Schaltung gemäß Fig. 1; zusätzlich ist jedoch in der Basiszuleitung des Transistors
T, eine Diode D vorgesehen; an die Klemme K8 ist ferner über einen Kondensator C2
die Basisleitung des Steuer-(Sperr-) Transistors T3 angeschlossen.
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Die Wirkungsweise der Schaltung gemäß Fig.3 dürfte sich aus der Zeichnung
ohne weiteres ergeben. Die eine Halbwelle der vom Generator G ausgesandten niederfrequenten
Wechselstrom-Rufsignale, bei der die Klemme K8 positives Potential gegenüber der
Klemme K7 besitzt, wird durch die Diode D vom Transistor T1 ferngehalten,
so daß dieser seinen gesperrten Schaltzustand beibehält. Der Transistor T2 bleibt
daher leitend, und die Transistoren T4 und T5 sind weiterhin gesperrt.
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Die andere Halbwelle der Wechselstrom-Rufsignale, in der das Potential
der Klemme K8 negativ gegenüber dem der Klemme K7 ist, wird dagegen der Basis des
Transistors Ti und über den Kondensator C2 auch der Basis des Transistors T2 zugeführt.
Beide Transistoren werden infolgedessen umgeschaltet. Der Transistor T2 bleibt infolgedessen
- wie vorstehend bereits beschrieben - im leitenden Schaltzustand, da seine Basis
negatives Potential gegenüber dem Emitter besitzt.
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Durch die über die Zweidrahtleitung Z zu einer - nicht dargestellten
-Weckereinrichtung geführten Wechselstrom-Rufsignale wird das erfindungsgemäße elektronische
Relais somit nicht umgeschaltet. Wird dagegen die Morsetaste Tal gedrückt,
so wird - da der Widerstand R14 kleiner als der Innenwiderstand RL des Generators
G ist - das Potential der Klemme K8 mehr ins Negative geführt; der Transistor Ti
wird infolgedessen leitend und der Transistor T2 gesperrt, da der Steuertransistor
T3, dessen Basis gleichstrommäßig von der Klemme K8 abgeblockt ist, bei Betätigung
der Morsetaste Tal nicht umgeschaltet wird.