DE1121695B

DE1121695B - Einrichtung zur wahlweisen Aufschaltung von Verbrauchern auf eine von mehreren Spannungsquellen

Info

Publication number: DE1121695B
Application number: DEW23059A
Authority: DE
Inventors: Henry J Cichanowicz
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1957-04-09
Filing date: 1958-04-01
Publication date: 1962-01-11
Also published as: CH360115A; US2836734A

Description

Einrichtung zur wahlweisen Aufschaltung von Verbrauchern auf eine von mehreren Spannungsquellen Die Erfindung bezieht sich auf eine Umschalteinrichtung, die es ermöglicht, einen Verbraucher nach Wahl an eine von mehreren Spannungsquellen anzuschließen, und zwar insbesondere in zeitlich gesteuerter Folge.
Für diesen Zweck sind Schalteinrichtungen sowohl auf eicktromechanischer als auch auf elektronischer Grundlage bekanntgeworden. Elektromechanische Geräte haben den Nachteil, daß sie mechanischer Abnützung unterworfen sind und ihre Schaltgeschwindigkeit sehr beschränkt ist. Elektronische Geräte sind zwar von diesem Nachteil frei, haben dafür aber auf Grund der Röhrencharakteristiken eine Restspannung in der Größenordnung von einigen Volt und einen Kurzschlußinnenwiderstand in der Größenordnung von mehreren 100 Ohm.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schalteinrichtung zu schaffen, die unter Vermeidung dieser Nachteile die Vorteile der bekannten Einrichtungen in sich vereinigt. In der Regel wird eine Schaltgeschwindigkeit in der Größenordnung von Bruchteilen einer Millisekunde gefordert, während sowohl die Restspannung als auch der Kurzschlußinnenwiderstand so klein wie möglich gehalten werden müssen.
Die erfindungsgemäße Einrichtung zur wahlweisen Aufsdhaltung eines Verbrauchers auf eine von mehreren Spannungsquellen, insbesondere verschiedenen Potentials, ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Verbraucher und jede einzelne Spannungsquelle je ein erster Transistor gelegt ist, in dessen Steuerkreis der Arbeitskreis je eines von einem Kommandogeber über je einen Transformator gesteuerten zweiten Transistors angeordnet ist. Derartige Schalteinrichtungen haben eine Restspannung, die nur in der Größenordnung einiger Millivolt oder sogar darunter liegt, während ihr Kurzschlußinnenwiderstand praktisch gleich Null ist. Es kommt fast ausschließlich der Innenwiderstand der Spannungsquelle selbst zur Wirkung.
Bei einer Schaltungsanordnung für die Teilnehmerleitung in einem selbsttätigen Fernsprechvermittlungsamt ist eine Hilfseinrichtung bekannt, die einen mechanischen Anrufsucher in Gang setzen und nach Erreichen des anrufenden Teilnehmers stillsetzen soll. Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verbraucher, und zwar ein Relais, an die Versorgungsspannung über den Arbeitskreis (Emitter-Kollektor-Strecke) eines Transistors angeschlossen, dessen Basis über den Arbeitskreis eines weiteren Transistors mit einer Steuerspannungsquelle verbunden ist. Bei dieser Hilfseinrichtung liegt der Verbraucher aber stets an der gleichen Versorgungsspannungsquelle; seine Rufschaltung auf mehrere Spannungsquellen ist dagegen weder möglich noch beabsichtigt.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung seien im folgenden an Hand der Zeichnung einige Ausführungsbeispiele beschrieben und mit bekannten mechanischen Einrichtungen verglichen.
Fig.1 zeigt eine bekannte mechanische Einrichtung für einpolige Umschaltung. Sie enthält einen rotierenden Kontaktarm 10, der von einem Motor 12 angetrieben wird. Der Motor wird von einer Zeitgebereinrichtung 84 gesteuert. Der Kontaktarm 10 stellt aufeinanderfolgend die Verbindungen zwischen den Klemmen 16, 18, 20, 22 und 24 und dem Verbraucher 44 her. Die Klemmen sind mit fünf verschiedenen Spannungsquellen V1 bis VS verbunden, die durch die Widerstände 26, 28, 30, 32 und 34 angedeutet sind.
Eine elektronische Schalteinrichtung gemäß der Erfindung, die die gleiche Funktion wie die Einrichtung nach Fig. 1 ausüben kann, ist in Fig. 2 schematisch dargestellt. Es sind drei Spannungsquellen 40, 48 und 52 vorgesehen, die an den Klemmen V1, V2 und V3 bestimmte Potentiale gegen Erde erzeugen, z. B. wie angedeutet 10, 20 und 30 V. In jeder Speiseleitung 42, 50, 54 ist der Arbeitskreis eines Transistors 56, 86, 90 angeordnet. Der Steuerkreis jedes Transistors enthält den Arbeitskreis eines zweiten Transistors 72, 88, 92. Die BäsiseIektroden sind in dem Ausführungsbeispiel über die Sekundärwicklung 64, 66 eines Transformators 68 verbunden, dessen Primärwicklung 80 an einen Kommandogeber 82 angeschlossen ist. Der Steuerkreis des zweiten Transistors enthält einen Teil 66 der Sekundärwicklung des Transformators, indem der Emitter an eine Anzapfung 78 angeschlossen ist.
Die anderen beiden Schalteinrichtungen haben identischen Aufbau, jeder von ihnen ist ein weiterer Kommandogeber 94, 96 zugeordnet. Die drei Kommandogeber werden wieder von einer Zeitgebereinrichtung 84 gesteuert. Der Verbraucher 44 ist durch einen Widerstand 46 angedeutet.
Die Wirkungsweise der Einrichtung ergibt sich unter Beachtung der :.Polarität der Transformatorwicklungen, die durch kleine Kreise angedeutet sind, wie folgt: Wenn der Kommandogeber 82 einen Steuerimpuls an den-.'.Transformator 68 liefert, so öffnet zunächst der Transistor 72, so daß der Punkt 78 annähernd das gleiche Potential erhält wie der Emitter des Transistors 56. Da auch die Wicklung 64 einen Steuerimpuls `erzeugt, öffnet nun auch der Transistor 56 und stellt die Verbindung von der Klemme V1 über die Speiseleitung 42 zum Verbraucher 44 her. Nach' dem Ende des Steuerimpulses sperren beide Transistoren wieder, so daß der Verbraucher von der Klemme V; abgeschaltet wird. Die Zeitgebereinrichtung $4 kann rommehr nach Wunsch über einen weiteren Kommandogeber den Verbraucher an eine der anderen Spannungsquellen anschließen.
In Fig. 3 ist eine Abwandlung der Einrichtung nach Fig. 2 dargestellt. Es liegt wieder in der Speiseleitung 42 der Arbeitskreis des Transistors 56, während im Steuerkreis dieses Transistors der Arbeitskreis des anderen Transistors 72 angeordnet ist. Die beiden Basiselektroden sind wieder über die Sekundärwicklung 64, 66 des Transformators 68 miteinander verbunden, während der Steuerkreis des Transistors 72 durch Anschluß des Emitters an die Anzapfung - 78 einen Teil 66 der Transformatorsekundärwicklung enthält. Im Ausführungsbeispiel sind zwei Spannungsquellen 40 und 48 angedeutet, der Kommandogeber ist mit 82 bzw. 94 und die Zeitgebereinrichtung mit 84 bezeichnet. Zur Vereinfachung der Schaltung ist in der Speiseleitung der zweiten Spannungsquelle 48 die Schalteinrichtung 131 schematisch angedeutet, deren Aufbau mit dem der Schalteinrichtung übereinstimmt, die in der Speiseleitung 42 liegt.
Im Arbeitskreis des zweiten Transistors 72 ist noch eine zusätzliche Spannungsquelle 118 vorgesehen. Diese Spannungsquelle ist so gepolt, daß sie für den ersten Transistor 56 eine Sperrspannung liefert. Auf diese Weise ist es möglich, den Leckstrom praktisch zum Verschwinden zu_ bringen. Die Spannungsquelle ist als Batterie dargestllt und kann eine Spannung in der Größenordnung von 1 bis 2 Volt haben. Selbstverständlich sind statt der Batterie auch andere bekannte Gleichspännungsquellen verwendbar. Der Sekundärwicklungsteil.-64 muß eine Steuerspannung für den Transistor 56 liefern können, die unter Einsehiuß der Vorspänuung zur Öffnung des Transistors ausreicht. Im übrig= .entspricht die Funktion der Einrichtung nach Fig. 3 in allen Einzelheiten der der Einrichtung nach Fi. 2.

Eine weitere Ab dlamg ist in Fig. 4 dargestellt. Sie unterscheidet sicWüön der Einrichtung nach Fig. 3

im wesentlichen durch die Umpolung der Spannungs-

quelle 118 und durch den direkten Ansehluß des

Emitters des Transistors 72 an die Basiselektrode des

Transistors 56. Die Spannungsquelle 118 öffnet den

Transistor 56, sobald der Transistor 72 durch einen

Steuerimpuls vom Transformator 68 geöffnet wird.

Es ist daher nicht erforderlich, einen Teil der Sekun-

därwicklung 65 des Transformators zur Lieferung

eines Öffnungsimpulses für den Transistor 56 zu ver-

wenden, so daß die Anzapfung der Sekundärwicklung

entfallen kann.

In Fig. 5 ist schematisch eine bekannte zweipolige

Umschalteinrichtung 11 auf elektromechanischer

Grundlage angedeutet, die mittels eines Zeitgebers 84

und eines Motors 12 einen Verbraucher 44 wahlweise

an drei verschiedene Spannungsquellen 180, 180' und

180" anschließt.

Eine entsprechende Schaltung auf Transistorgrund-

lage nach der Erfindung zeigt Fig:6. Da die Schalt-

einrichtungen in den einzelnen Steuerleitungen iden-

tischen Aufbau haben, sei nur die Schalteinrichtung

für die erste Spannungsquelle 180 näher erläutert.

In den beiden Speiseleitungen 182 und 188 sind

die Arbeitskreise von Transistoren 184 und 190 ange-

bracht, deren Steuerkreise die Arbeitskreise von

Transistoren 186 und 192 enthalten. In die Steuer-

kreise der Transistoren 186 und 192 ist je eine

Sekundärwicklung 194, 200 eines Transformators 196

gelegt, der vom Kommandogeber 82 Steuerimpulse

erhält. Die Kommandogeber 82 sind an eine gemein-

same Zeitgebereinrichtung 84 angeschlossen.

Die Wirkungsweise dieser Einrichtung beruht

darauf, daß bei Öffnung des Transistors 186 der

Steuerimpuls an den Transistor 184 weitergegeben

wird. Dies folgt aus dem niedrigen Kollektor-Emitter-

Spannungsabfall in einem Flächentransistor.: Es

genügt daher eine einzige Transformatorwicklung 194,

um beide Transistoren 184 und 186 zu steuern. Die

gleichen Betrachtungen gelten für die Transistoren

190 und 192 sowie für die übrigen Schalteinrichtungen

in den einzelnen Speiseleitungen.

Die Ausführungsbeispiele können noch in verschie-

dener Weise abgewandelt werden. Beispielsweise

kann man zur Umschaltung von Verbrauchern auf

negative Spannungen statt der in den Ausführungs-

beispielen enthaltenen NPN-Transistoren PNP-Tran-

sistoren verwenden, wobei gegebenenfalls die Polari-

tät der Spannungsquelle 118 umzukehren ist.

Bei der praktischen Anwendung der Einrichtung

nach der Erfindung wird im allgemeinen der Kom-

mandogeber nach einem vorgegebenen Programm

arbeiten, das aus der Zeitgebereinrichtung entnommen

wird. Die Einrichtung kann dann als Kontaktloser

Programmsignalgeber für Steuer- und Regelsaiagen

Verwendung finden. Ferner eignet sie sich vorteilhaft

als periodischer Meßgrößenumschalter für Einstrahl-

oszillographen mit mehreren Schirmbildern, als

kontaktloser Anrufsucher in Fernmeldeanlagen u. dgl.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Einrichtung zur wahlweisen Aufschaltung eines Verbrauchers auf eine von mehreren-Spannungsquellen, insbesondere verschiedenen Potentials, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Verbraucher (44) und jede einzelne Spannungsquelle (40, 48, 52) je ein erster Transistor (56, 86, 90) gelegt ist, in dessen Steuerkreis der Ar- beitskreis je eines von einem Kommandogeber (82, 94, 96) über je einen Transformator (68) gesteuerten zweiten Transistors (72, 88, 92) angeordnet ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektroden der Transistoren (56, 72) über die Sekundärwicklung des Transformators (68) verbunden sind.
3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkreis des zweiten Transistors (72) zumindest teilweise die Sekundärwicklung (66) des Transformators (68) enthält.
4. Einrichung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Arbeitskreis des zweiten Transistors (72) eine Hilfsgleichspannung (118) in Reihenschaltung liegt.
5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektroden der Transistoren (184, 186 bzw. 190, 192) unmittelbar miteinander verbunden sind und der Steuerkreis des zweiten Transistors (186 bzw. 192) die Sekundärwicklung (194 bzw. 200) eines Transformators (196) enthält, dessen Primärwicklung an den Kommandogeber (82) angeschlossen ist.
6. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kommandogeber (82) nach einem vorgegebenen Programm arbeitet.
7. Verwendung einer Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6 als kontaktloser Programmsignalgeber für Steuer- und Regelanlagen. B.
Verwendung einer Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6 als periodischer Meßgrößenumschalter für Einstrahloszillographen mit mehreren Schirmbildern.
9. Verwendung einer Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6 als Anrufsucher in Fernmeldeanlagen. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 954 799.