DE1140757B - Elektronischer Umschalter - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

S 48282 IXc/42m

ANMELDETAG: 6. APRIL 1956

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABEDER AUSLEGESCHRIFT: 6. DEZEMBER 1962

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektronischen Umschalter für Analogierechengeräte hoher Rechengenauigkeit, der wahlweise die eine oder die andere von zwei Eingangsspannungen, deren Amplituden innerhalb vorgegebener Grenzen liegen, unter Steuerung durch zwei zueinander komplementäre Steuerspannungen mit zwei außerhalb dieser Amplitudengrenzen liegenden Pegeln dem Eingang eines Summierverstärkers zuführt, mit zwei Paaren von Diodentorschaltungen mit jeweils entgegengesetzt gepolten Dioden, von denen das eine Paar durch die eine Steuerspannung und das andere Paar durch die dazu komplementäre Steuerspannung gesteuert werden, während den Eingängen der Diodentorschaltungen die beiden Eingangsspannungen derart zugeführt werden, daß die einander entsprechenden Eingänge der beiden Paare jeweils verschiedene Eingangsspannungen empfangen und die beiden Ausgänge jedes Paares über Summierungswiderstände mit dem Eingang des Summierverstärkers verbunden sind.

Diese bekannten Umschalter weisen den Vorteil auf, daß stets die beiden Kurvenformen des Steuersignals zu dem Eingang des Summierverstärkers übertragen werden, so daß sie sich gegenseitig kompensieren, während von den beiden Eingangsspannungen je nach dem Zustand des Steuersignals stets nur die eine oder die andere zum Eingang des Summierverstärkers übertragen wird. Dennoch ist die mit einer solchen Umschaltungsanordnung erzielte Symmetrie in elektrischer Hinsicht noch keineswegs vollkommen, und zwar insbesondere deshalb, weil sich die Impedanzen der Diodentorschaltungen in Abhängigkeit von der Stromstärke in verschiedener Weise verändern. Von der Symmetrie der Anordnung hängt aber die erzielte Rechengenauigkeit ab.

Das Ziel der Erfindung ist die Verbesserung der Schaltung im Hinblick auf eine besonders gute elektrische Symmetrie.

Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die Ausgänge der Diodentorschaltungen, die an ihren Eingängen die gleichen Eingangsspannungen empfangen, durch einen Querwiderstand miteinander verbunden sind und daß diese Widerstände gleich sind.

Die nach der Erfindung hinzugefügten Querwiderstände bleiben für die Eingangsspannungen ohne Wirkung. Dagegen werden sie von Strömen durchflossen, die von dem Unterschied der zueinander komplementären Steuerspannungen abhängen. Diese konstanten Ströme gehen über die Dioden und überlagern sich den von den Eingangsspannungen hervorgerufenen veränderlichen Stromkomponenten. Die Schwan-Elektronischer Umschalter

Anmelder: S. E. A. Societe d'filectronique

et d'Automatisme, Courbevoie, Seine (Frankreich)

Vertreter: Dipl.-Ing. E.Prinz, Patentanwalt, München-Pasing, Bodenseestr. 3 a

Beanspruchte Priorität: Frankreich vom 3. März 1956 (Nr. 56 768)

kungen der Diodenströme werden dadurch verringert, so daß sich Unterschiede der Diodenkennlinien weniger stark auswirken.

Außerdem wird durch die Hinzufügung der Querwiderstände die Impedanz an den Ausgängen der Diodentorschaltungen vermindert, so daß der Einfluß der Streukapazitäten verringert wird.

Die erfindüngsgemäße Anordnung eignet sich besonders für Pulsmodulations-Multiplikationsgeräte. In diesem Fall sind die Steuersignale Rechteckspannungen, bei denen der Unterschied in der Dauer aufeinanderfolgender Rechteckhalbwellen den Wert einer Veränderlichen darstellt, während die Eingangsspannungen zueinander komplementär sind und durch ihre Amplituden den Wert der zweiten Veränderlichen ausdrücken. Die am Ausgang des Summierverstärkers abgenommene Spannung ist dann dem Produkt der beiden Veränderlichen proportional.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt, die ein Schaltbild der Anordnung nach der Erfindung zeigt.

Bei der in der Zeichnung dargestellten Anordnung werden die umzuschaltenden Eingangsspannungen + Y und — Y den Eingangsklemmen 23 und 22 eines ersten Paares von Diodentorschaltungen 27, 31 bzw. 24, 30 mit entgegengesetzt gepolten Dioden zugeführt. Die Steuerung der Umschaltung erfolgt durch ein Steuersignal C, das an die Klemme 20 angelegt wird und von dieser Klemme einerseits über einen Widerstand 49 zu der Anode der Diode 30 und andererseits

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über einen Widerstand 50 zu der Katode der Diode 31 übertragen wird.

Die Eingangsspannungen —Y und + Y werden außerdem den Eingangsklemmen 42 bzw. 43 von zwei weiteren Diodentorschaltungen 44, 40 bzw. 47, 41 mit gleichfalls entgegengesetzt gepolten Dioden zugeführt, wobei aber die der gleichen Eingangsspannung zugeordnete Diode die entgegengesetzte Polung wie bei dem zuvor erwähnten Paar von Diodentorschaltungen hat. Die Steuerspannung wird in ihrer komplementären Form ü an eine Klemme 21 angelegt, die einerseits über einen einstellbaren Widerstand 51 mit der Kathode der Diode 40 und andererseits über einen einstellbaren Widerstand 52 mit der Anode der Diode 41 verbunden ist.

Die Ausgänge der Diodentorschaltungen 24,30 und 44, 40 sind über Sumrnierungswiderstände 25 bzw. 45 gemeinsam an das eine Ende eines Potentiometers 59 angeschlossen, während die Ausgänge der Diodentorschaltungen 27, 31 und 47, 41 über Summierungswiderstände 28 bzw. 48 gemeinsam mit dem anderen Ende dieses Potentiometers verbunden sind. Der Abgriff des Potentiometers 59 ist über einen einstellbaren Widerstand 60 mit dem Eingang eines Summierverstärkers 32 verbunden, dessen Gegenkopplungswiderstand bei 33 dargestellt ist. Der Ausgang dieses Verstärkers führt zu dem Abnahmekanal 34 für das Ausgangssignal.

Bei 53, 54, 55 und 56 sind die veränderlichen Streukapazitäten an den Ausgängen der Diodentorschaltungen angedeutet.

Ein Widerstand 57 verbindet den Ausgang der Diodentorschaltung 24, 30 mit dem Ausgang der Diodentorschaltung 44, 40, und in gleicher Weise verbindet ein weiterer Widerstand 58 den Ausgang der Diodentorschaltung 27, 31 mit dem Ausgang der Diodentorschaltung 47, 41.

In jedem Zeitintervall, in dem das Steuersignale durch ein hohes und somit ü durch ein niedriges Potential dargestellt sind, sind die Dioden 31 und 41 gesperrt, während die Dioden 30 und 40 Strom führen. Über die Wege 27, 28 und 47, 48 wird daher dem unteren Ende des Potentiometers 59 in diesem Zeitintervall ein Potential zugeführt, das der Eingangsspannung + Y proportional ist. An den beiden Enden des Widerstands 58 bestehen somit gleiche Potentiale, so daß über diesen Widerstand kein Strom fließt.

Über den Stromweg, in welchem die stromführende Diode 30 liegt, wird in dem oberen Ende des Potentiometers 59 eine Spannung zugeführt, die eine dem Steuersignale proportionale Komponente und eine der Eingangsspannung — Y proportionale Komponente enthält. Über den Stromweg, in welchem die stromführende Diode 40 liegt, wird dem gleichen Ende des Potentiometers 59 eine zusammengesetzte Spannung zugeführt, die eine dem Steuersignal — C proportionale Komponente und eine der Eingangsspannung — Y proportionale Komponente enthält. Am Vereinigungspunkt der Widerstände 25 und 45 müßten sich die beiden den Werten C bzw. — C proportionalen Komponenten normalerweise aufheben, wenn die Widerstände in den beiden Steuerwegen über die stromführenden Dioden gleich wären. Die beiden dem Wert —Y proportionalen Komponenten müßten gleich sein und sich addieren. Dies hätte zur Folge, daß die Enden des Potentiometers 59 auf Potentiale gebracht würden, die dem Wert F proportional sind, aber entgegengesetzte Vorzeichen haben. Durch Einstellung des Widerstands 33 könnte man dann am Ausgang 34 eine Spannung abnehmen, die der Änderung des Signals Y während des betreffenden Zeitintervalls proportional wäre.

In jedem Zeitintervall, in dem die Steuerspannung C durch ein niedriges und die Steuerspannung Ό durch ein hohes Potential dargestellt sind, kehren sich die angegebenen Bedingungen um, und da die Schalo tung symmetrisch ist, erhält man an den Klemmen des Potentiometers 59 den gleichen Wert der Potentialdifferenz, wie im vorhergehenden Fall, jedoch mit umgekehrten Vorzeichen. Wenn man eine gewisse Anzahl von Perioden mit umgekehrten Steuerzuständen in Betracht zieht, stellt also schließlich die Ausgangsspannung bei 34 das Produkt der Veränderlichen Y mit einer anderen Veränderlichen dar, welche durch die Verhältnisse der Zeitintervalle zwischen den Umkehrungen der Steuersignale C und ü definiert ao sind.

Wenn die Eingangsspannungen ■+ Y, —Y eine konstante Amplitude hätten, könnte dieses Ergebnis streng genau erhalten werden, weil man die Widerstände 49, 50, 51 und 52 so einjustieren könnte, daß alle Proportionalitätskoeffizienten einander gleich wären. In der Praxis kann man aber diese Widerstände nur für einen einzigen vorgegebenen Wert des Stromes in jedem Stromweg einjustieren, während sich die Eingangsspannung Y in einem großen Bereich ändert. Daher spielen die Innenwiderstände der Dioden im stromführenden Zustand eine Rolle für das Verhalten der Anordnung. Es ist bekannt, daß der Innenwiderstand einer Diode sich in Abhängigkeit von dem hindurchgehenden Strom ändert. Für einen Änderungsbereich der Eingangsspannung Y zwischen +100 und —100 V und mit Widerständen in der Größenordnung von 1ΜΩ in jedem Kanal 22, 25; 23, 28; 42, 45 und 47, 48 sowie mit einem Widerstand in der Größenordnung von 5 kQ in jedem der Wege vom Punkt 20 zur Katode der Diode 30, vom Punkt 20 zur Anode der Diode 31, vom Punkt 21 zur Katode der Diode 41 und vom Punkt 21 zur Anode der Diode 40 kann sich der durch eine stromführende Diode fließende Strom in dem Änderungsbereich von Y im Verhältnis 4 ändern. Dadurch ergeben sich in der Ausgangsspannung Fehler, welche ein Tausendstel des Spannungsmaßstabes überschreiten. Dieser unerwünschte Effekt wird durch die Hinzufügung der Widerstände 57 und 58 beseitigt. Diese Widerstände bleiben für die der Eingangsspannung Y proportionalen Komponenten, die dem Potentiometer 59 über die Stromwege zugeführt werden, in denen die Dioden gesperrt sind, praktisch wirkungslos, wie zuvor für den Fall des Widerstands 58 erläutert wurde, wenn die Dioden 31 und 41 gesperrt sind; das gleiche gilt offensichtlich für den Fall des Widerstands 57 im umgekehrten Zustand der Schaltung. Dagegen wird im ersten Fall der Widerstand 57 und im zweiten Fall der Widerstand 58 von einem Ausgleichsstrom durchflossen, wenn die Potentiale an den Verbindungspunkten mit den Signalübertragungswegen ungleich sind. Dieser Strom geht durch die stromführenden Dioden und fügt der veränderlichen, der Eingangsspannung. Y proportionalen Stromkomponente während dieses Zeitintervalls eine konstante Komponente hinzu. Der Einfluß dieser veränderlichen Komponente ist daher weitgehend herabgesetzt, weil-der Diodenstrom überwiegend durch die

konstante Komponente bestimmt wird. Mit dieser Anordnung ist es möglich, das Verhältnis der Ströme, die innerhalb des Änderungsbereichs der Eingangsspannung Y durch die Dioden fließen können, vom Wert 4 auf den Wert 1,2 herabzusetzen.

Durch die Anbringung dieser Widerstände 57 und 58 in der Schaltung werden ferner die an den Diodenausgängen erscheinenden Impedanzen verkleinert. Dies bedeutet eine beträchtliche Verminderung der Wirkung der veränderlichen Streukapazitäten, die in der Zeichnung bei 53, 54, 55 bzw. 56 für die Dioden 30, 31, 40 bzw. 41 angedeutet sind.

Wie bereits erwähnt wurde, ist es nicht unbedingt erforderlich, daß die mit + Y und — Y bezeichneten Eingangsspannungen zwangläufig miteinander verknüpft sind, und es ist auch offensichtlich, daß die Steuerspannungen C und U sich in anderer als der beschriebenen Weise ändern können; die Wirkungsweise der Schaltung wird dadurch nicht beeinträchtigt.

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Elektronischer Umschalter für Analogierechengeräte hoher Rechengenauigkeit, der wahlweise die eine oder die andere von zwei Eingangsspannungen, deren Amplituden innerhalb vorgegebener Grenzen liegen, unter Steuerung durch zwei zueinander komplementäre Steuerspannungen mit zwei außerhalb dieser Amplitudengrenzen liegenden Pegeln dem Eingang eines Summierverstärkers zuführt, mit zwei Paaren von Diodentorschaltungen mit jeweils entgegengesetzt gepolten Dioden, von denen das eine Paar durch die eine Steuerspannung und das andere Paar durch

die dazu komplementäre Steuerspannung gesteuert werden, während den Eingängen der Diodentorschaltungen die beiden Eingangsspannungen derart zugeführt werden, daß die einander entsprechenden Eingänge der beiden Paare jeweils verschiedene Eingangsspannungen empfangen, und die beiden Ausgänge jedes Paares über Summierungswiderstände mit dem Eingang des Summierverstärkers verbunden sind, dadurch ge- gekennzeichnet, daß die Ausgänge der Diodentorschaltungen (24, 30 und 44, 40 bzw. 27, 31 und 47, 41), die an ihren Eingängen (22 und 42 bzw. 23 und 43) die gleichen Eingangsspannungen (—Y bzw. +Y) empfangen, durch einen Querwiderstand (57 bzw. 58) miteinander verbunden sind und daß diese Widerstände (57, 58) gleich sind.

2. Umschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem einen Querwiderstand (57) verbundenen Summierungswiderstände (25, 45) mit der einen Klemme und die mit dem anderen Querwiderstand (58) verbundenen Summierungswiderstände (28, 48) mit der anderen Klemme eines Potentiometers (59) verbunden sind und daß der Abgriff des Potentiometers (59) mit dem Eingang des Summierverstärkers (32) verbunden ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Buch von B.Chance, V. Hughes, E. F. Mac-Nicholl, D. Sayre und F.C.Williams: Waveforms, New York—Toronto—London, 1949, S. 394 und 395;
Electronic Engineering, Juni 1953, S. 230 bis 233.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen