DE1139881B

DE1139881B - Electronic switch for especially quick connection of one of two potentials to a consumer

Info

Publication number: DE1139881B
Application number: DES70825A
Authority: DE
Inventors: Dr Jens Piening
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1960-10-12
Filing date: 1960-10-12
Publication date: 1962-11-22

Description

Elektronischer Schalter zum insbesondere schnellen Anschalten eines von zwei Potentialen an einen Verbraucher In Nachrichten- und auch Datenverarbeitungsanlagen werden vielfach Schalter benötigt, die, einen bestimmten Ausgangspunkt wahlweise mit einem von zwei Potentialen verbinden. Das eine der Potentiale kann hierbei 0- oder Erdpotential sein, während das andere Potential im allgemeinen eine genau definierte Spannung ist. Die Durchschaltung der Potentiale in den entsprechenden Punkt soll möglichst widerstandsfrei erfolgen, damit die an dem Ausgang auftretende Spannung in ihrer Größe möglichst unabhängig von der Größe des Ausgangswiderstandes ist.Electronic switch for, in particular, rapid connection of one of two potentials to a consumer. In communications and data processing systems, switches are often required which connect a specific starting point to one of two potentials. One of the potentials can be 0 or earth potential, while the other potential is generally a precisely defined voltage. The switching of the potentials to the corresponding point should take place as resistance-free as possible, so that the size of the voltage occurring at the output is as independent as possible of the size of the output resistance.

Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet für einen derartigen Schalter sind Digital-Analog-Umformer, bei denen abhängig von einem Schaltbefehl zum Aufbau der analogen Spannung einzelne Widerstände an ein definiertes Potential angeschlossen werden müssen, wobei die Durchschaltung dieses Potentials an diesen Ausgang nicht abhängig von der Größe der Widerstände sein darf.A preferred field of application for such a switch are Digital-to-analog converters in which, depending on a switching command, to set up the analog voltage, individual resistors are connected to a defined potential must be, whereby the connection of this potential to this output is not may be dependent on the size of the resistors.

Außer einem vernachlässigbar niedrigen Widerstand im durchgeschalteten Zustand des Schalters soll dieser Schalter im gesperrten Zustand zumindest auch einen so hohen Widerstand haben, daß der verbleibende Restwiderstand ebenfalls das eingeschaltete Potential nicht störend beeinflußt.Except for a negligibly low resistance in the switched-through In the locked state, this switch should at least also be in the state of the switch have such a high resistance that the remaining resistance also has the switched-on potential does not have a disruptive effect.

Die an einen derartigen Schalter für die genannten Zwecke gestellten Forderungen werden von einem mechanischen Schalter mit einwandfreier Kontaktgabe ohne weiteres erfüllt. In elektronischen Schaltanlagen besteht aber der Wunsch, auch diesen Schaltaufgaben einem elektronischen Schalter, vorzugsweise einem Transistor, zuzuordnen, da mechanische Schalter in all diesen Anlagen wesensfremd und mit Rücksicht auf die notwendige Wartung und die geringe Schaltgeschwindigkeit sogar unbrauchbar sind.The ones placed on such a switch for the purposes mentioned Claims are made by a mechanical switch with perfect contact easily met. In electronic switchgear, however, there is a desire also these switching tasks an electronic switch, preferably a transistor, to be assigned, since mechanical switches in all these systems are alien and with consideration due to the necessary maintenance and the low switching speed, it is even unusable are.

Es ist ein elektronischer Doppelstromschalter bekanntgeworden, bei dem zwei komplementäre Transistoren, also ein pnp- und ein npn-Transistor mit der Speisespannungsquelle in Reihe geschaltet sind. Die Basis des einen Transistors ist mit der Basis des anderen Transistors und mit der Eingangs- oder Steuerspannungsquelle verbunden. Die Emitter beider Transistoren sind miteinander und mit dem Verbraucher verbunden. Die Steuerpotentiale liegen im Bereich zwischen den Speisepotentialen der beiden Kollektoren. Sie steuern -einen Transistor leitend und sperren den anderen Transistor. Dabei wird wie gewöhnlich die Basis-Kollektor-Strecke des leitenden Transistors in Sperrichtung, die Basis-Emitter-Strecke in Durchlaßrichtung vorgespannt betrieben. Die Basis-Emitter-Strecke hat einen so kleinen elektrischen Widerstand, daß das Steuerpotential praktisch ohne Spannungsabfall zum Verbraucher durchgeschaltet wird.An electronic double-current switch has become known at the two complementary transistors, i.e. one pnp and one npn transistor with the Supply voltage source are connected in series. The base of one transistor is to the base of the other transistor and to the input or control voltage source tied together. The emitters of both transistors are with each other and with the consumer tied together. The control potentials are in the range between the supply potentials of the two collectors. They control one transistor to conduct and block the other Transistor. As usual, the base-collector section of the conductive Transistor in reverse direction, the base-emitter path biased in the forward direction operated. The base-emitter path has such a small electrical resistance, that the control potential is switched through to the consumer with practically no voltage drop will.

Erlmdungsgemäß wird mittels einer der üblichen entgegengesetzten Betriebsweise der Transistoren eine Verbesserung des Durchschaltens, erreicht. Wird nämhch auch die Basis-Kollektor-Strecke des leitend gesteuerten Transistors in Durchlaßrichtung vorgespannt, so verliert der Transistor zwar seine Verstärkereigenschaft, doch wird dabei der Widerstand der Basis-Kollektor-Strecke und auch, wie der Versuch zeigt, der Emitter-Kollektor-Strecke auf sehr niedrige Werte vermindert. Damit läßt sich auf diese Weise unter bewußtem Verzicht auf die übliche Vorstärkereigenschaft ein besonders präzises Durchschalten des einen bzw. des anderen Speisepotentials, das am einen bzw. anderen Kollektor anliegt, unter der Steuerwirkung des der Basis jedes der beiden Transistoren, besonders vorteilhaft über einen gemeinsamen Widerstand, zugeführten Steuerpotentials erreichen. Es ergibt sich damit trotz des weitgehend gleichen Schaltbildes, eine völlig andere Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung gegenüber dem vorbekannten Doppelstromschalter. Wesentlich für die neuartige Betriebsweise ist es, die Steuerpotentiale außerhalb des Bereiches der Speisepotentiale zu wählen, damit die Basis-Kollektor-Strecke des leitend gesteuerten Transistors in Durchlaßrichtung vorgespannt wird. Diese Betriebsweise kann als »inversund umgepolt« bezeichnet worden.According to the invention, one of the usual opposite modes of operation of the transistors an improvement in the switching through achieved. Will be synonymous the base-collector path of the conducting-controlled transistor in the forward direction biased, the transistor loses its amplifier properties, but becomes the resistance of the base-collector path and also, as the experiment shows, the emitter-collector path is reduced to very low values. This can be In this way, consciously renouncing the usual pre-strength properties particularly precise switching of one or the other supply potential, the is applied to one or the other collector, under the control effect of the base of each of the two transistors, particularly advantageously via a common resistor, Reach the supplied control potential. It thus arises to a large extent in spite of the same circuit diagram, a completely different mode of operation of the circuit arrangement according to the invention compared to the previously known double current switch. Essential for the new mode of operation it is to choose the control potentials outside the range of the supply potentials, thus the base-collector path of the conducting-controlled transistor in the forward direction is biased. This mode of operation can be referred to as "inverse and reversed polarity".

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektronischen Schalter mit vernachlässigbar kleinem Widerstand der Schaltstrecke im durchgeschalteten Zustand zum insbesondere schnellen Anschalten eines von zwei Potentialen an einen Verbraucher, unter Verwendung zweier in Reihe geschalteter komplementärer Transistoren, deren Basen miteinander und deren Emitter miteinander und mit dem einen Ende des Verbrauchers verbunden sind und deren Kollektoren an je eines der an den Verbraucher durchzuschaltenden Potentiale angeschlossen sind. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Transistoren invers und umgepolt betrieben werden, indem die Basen durch außerhalb des Bereiches der Speisepotentiale liegende Steuerpotentiale gesteuert werden. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden die Basen durch die Steuerpotentiale über einen Vorschaltwiderstand gesteuert.The invention relates to an electronic switch with a negligibly small resistance of the switching path in the switched-through state, in particular for quickly switching on one of two potentials to a consumer, using two complementary transistors connected in series, their bases with one another and their emitters with one another and one end of the consumer are connected and their collectors are each connected to one of the potentials to be switched through to the consumer. The invention is characterized in that the transistors are operated inversely and with reversed polarity, in that the bases are controlled by control potentials lying outside the range of the supply potentials. According to an advantageous development of the invention, the bases are controlled by the control potentials via a series resistor.

Für den genannten Zweck eignen sich am besten Legierungs-Flächentransistoren. Bei diesen Transistoren würde bei normalem Betrieb der verhältn#ismäßig hohe Sperrstrom stören. Bei inversem Betrieb ist dieser Sperrstrom erheblich geringer und wird durch die Betätigung der Transistoren im Gegentakt vollständig unschädlich gemacht.Alloy junction transistors are best suited for this purpose. With these transistors, the relatively high reverse current would occur during normal operation disturb. In the case of inverse operation, this reverse current is considerably lower and is the push-pull operation of the transistors made completely harmless.

An sich vertragen schnell schaltende Transistoren meist nur eine sehr geringe Sperrspannung zwischen Emitter und Basis. Durch die Verwendung der Transistoren im inversen und umgepolten Betrieb lassen sich größere Spannungen, nämlich Spannungen bis zur zulässigen Kollektor-Basis-Sperrspannung, durchschalten. In diesem Betrieb wird zwar dann keine Spannungsverstärkung mehr erreicht, d. h. die ansteuernde Spannung muß größer als die durchzuschaltende Spannung sein, doch stört der Bedarf an Leistung zum Schalten der Schalter für die oben angegebenen Zwecke im allgemeinen nicht; es kommt lediglich darauf an, daß an den Verbraucher sehr präzis ein Potential angelegt wird oder nicht.Fast-switching transistors usually only tolerate a very low reverse voltage between emitter and base. By using the transistors in inverse and reverse polarity operation, larger voltages, namely voltages up to the permissible collector-base reverse voltage, can be switched through. In this operation, although then no voltage gain is achieved more d. H. the driving voltage must be greater than the voltage to be switched through, but the need for power to switch the switches for the purposes indicated above does not generally interfere; all that matters is whether or not a potential is applied very precisely to the consumer.

Die im durchgeschalteten Zustand eines Transistors an den Ausgangsklemmen auftretende Spannung ist im inversen Betrieb um mehr als eine Größenordnung kleiner und stört deshalb nicht mehr.The one in the switched-through state of a transistor at the output terminals occurring voltage is smaller by more than an order of magnitude in inverse operation and therefore no longer disturbs.

Einzelheiten der Erfindung werden an, Hand des in der Zeichnung dargestellten Schaltbeispieles erläutert. An den Verbraucher Ra soll wahlweise die Spannung 0 und die Spannung - U angelegt werden. Zu diesem Zweck sind zwischen der Spannung - U und 0 zwei Komplementärtransistoren Tl und T2 in der dargestellten inversen und umgepolten Arbeitsweise eingeschaltet. Der Widerstand Ra liegt mit einem Ende an den beiden Emittem E, während die Ansteuerspannung über die Eingangsklemmen K und den Vorwiderstand R gleichzeitig an die beiden Basen der Transistoren angelegt wird. Je nachdem, ob die Ansteuerspannung geringfügig positiver als Nullpotential oder negativer als - U ist, wird einer der beiden Transistoren durchgeschaltet, und an dem Widerstand Ra liegt dementsprechend das Potential 0 oder - U über den sehr kleinen Innenwiderstand der Transistoren Tl bzw. T2.Details of the invention are explained on the basis of the circuit example shown in the drawing. Either voltage 0 or voltage - U should be applied to consumer Ra. For this purpose, two complementary transistors T1 and T2 are switched on between the voltage - U and 0 in the illustrated inverse and reversed mode of operation. One end of the resistor Ra is connected to the two emitters E, while the control voltage is applied to the two bases of the transistors via the input terminals K and the series resistor R at the same time. Depending on whether the control voltage is slightly more positive than zero potential or more negative than - U , one of the two transistors is turned on, and the resistor Ra has the corresponding potential 0 or - U via the very small internal resistance of the transistors T1 or T2.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Electronic switch for particularly quick connection of one of two potentials to a consumer with a negligibly small resistance of the switching path in the switched-through state using two complementary transistors connected in series, their bases connected to one another and their emitters connected to one another and to one end of the consumer and the collectors of which are each connected to one of the potentials to be switched through to the consumer, characterized in that the transistors are operated inversely and with reversed polarity, in that the bases are controlled by control potentials outside the range of the supply potentials.

2. Electronic switch according to claim 1, characterized in that the bases are controlled by the control potentials via a series resistor. 3. Electronic switch according to claim 1 or 2, characterized by the use of alloy junction transistors.

Documents considered: German Auslegeschrift No. 1039 570.