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Elektronischer Doppelschalter Die Erfindung betrifft einen elektronischen
Doppelschalter zum Umkehren der Stromrichtung in einem zwischen dem Mittelpunkt
des Doppelschalters und einer Spannungsquelle liegenden Verbraucher, bei dem die
beiden in Reihe liegenden Schalterzweige je ein aktives bistabiles Element mit Thyratroncharakteristik,
das mit dem anderen durch ein Koppelnetzwerk verbunden ist, enthalten und bei dem
der eine Schalterzweig selbsttätig löscht, wenn der andere Schalterzweig gezündet
wird, indem dem bistabilen Element dieses Schalterzweiges über einen Koppelkondensator
ein Zündimpuls zugeführt wird. Derartige Schaltungen werden häufig in der Steuer-
und der Regeltechnik verwendet.
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Zum Umkehren der Stromrichtung in einem Verbraucher ist es bekannt,
den Verbraucher über einen zweipoligen Umschalter an die Speisespannungsquelle anzuschließen.
Es ist außerdem bekannt, eine Klemme des Verbrauchers an eine Mittelanzapfung einer
Batterie anzuschließen, welche die Speisespannung liefert. In diesem Falle genügt
zum Umkehren der Stromrichtung ein einpoliger Umschalter. Wenn der Mittelwert des
umgeschalteten Verbraucherstromes Null und die Umschaltfrequenz ausreichend hoch
ist, kann schließlich das eine Ende des Verbrauchers an eine Kapazität angeschlossen
werden, die durch den Verbraucherstrom wechselweise einmal geladen und einmal entladen
wird.
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Es ist bekannt, die mechanischen Kontakte bei derartigen Schaltungen
durch rein elektronische Schalter, z. B. Röhren oder Transistoren, zu ersetzen.
Bei der Verwendung von Röhren ist jedoch der Wirkungsgrad der Anordnung verhältnismäßig
gering, da auch im geschlossenen Zustand eine Spannung an der Röhre vorhanden ist.
Transistoren benötigen wiederum eine relativ hohe Steuerleistung.
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Nach der Erfindung können die Nachteile der bekannten Schaltungsanordnungen
vermieden werden, indem der Doppelschalter aus zwei aktiven bistabilen Elementen
besteht, die eine Thyratroncharakteristik aufweisen. Es werden darunter Elemente
verstanden, die beim Überschreiten einer bestimmten Spannung vom hochohmigen in
den niederohmigen Zustand umkippen (zünden) und beim Unterschreiten eines bestimmten
Mindeststromes (Haltestrom) vom niederohmigen in den hochohmigen Zustand zurückversetzt
werden (löschen). Dabei ist es unerheblich, ob das Element mit Thyratroncharakteristik
ein Zweipol ist, wie z. B. eine Halbleiter-Vierschichtdiode, oder ob noch andere
Elektroden vorhanden sind.
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Erfindungsgemäß zeichnet sich der elektronische Doppelschalter dadurch
aus, daß jeder Schalterzweig des Doppelschalters aus der Reihenschaltung eines ersten
Hilfswiderstandes, des bistabilen Elementes und eines zweiten Hilfswiderstandes
besteht und daß jeder Pol des bistabilen Elementes eines Schalterzweiges über einen
Kondensator mit dem entsprechenden Pol des anderen bistabilen Elementes im anderen
Schalterzweig verbunden ist. Nach der weiteren Erfindung ist in jedem Schalterzweig
eine Vierschichtdiode als aktives bistabiles Element mit Thyratroncharakteristik
enthalten.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines in der Zeichnung dargestellten
bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es handelt sich dabei um einen
Doppelschalter mit zwei Halbleiter-Vierschichtdioden als aktive bistabile Elemente.
Die Schaltungsanordnung ist für einen Verbraucher RL ausgelegt, der mit einem Ende
an die Mittelanzapfung einer Speisespannungsquelle UB angeschlossen ist.
Das andere Ende des Verbrauchers, in dem die Stromrichtung umgekehrt werden soll,
ist mit dem Mittelpunkt des Doppelschalters verbunden. Jeder Teilschalter des elektronischen
Doppelschalters besteht aus der Reihenschaltung eines ersten Hilfswiderstandes RH,
bzw. RH, einer Diode D, bzw. D2, einer Vierschichtdiode Y, bzw. VZ und eines zweiten
Hilfswiderstandes RH, bzw. RH, Beide Teilschalter sind wiederum in Reihe
geschaltet. Außerdem sind Koppelkondensatoren C3 und C4 zwischen den beiden Teilschaltern
vorgesehen. Sie verbinden entsprechende Pole der Vierschichtdioden V1 und VZ, gegebenenfalls
unter Zwischenschaltung je einer normalen Diode D,. und DZ, miteinander. Die jeweiligen
Zündimpulse werden über weitere Koppelkondensatoren Cl bzw. Ca der jeweiligen Vierschichtdiode
zugeführt. Die Dioden D,. und
Dz sollen lediglich für den Zündimpuls
einen hochohmigen Lastwiderstand schaffen. Es ist dadurch möglich, mit verhältnismäßig
schwachen Zündimpulsen zu zünden. Bei ausreichend niedrigen Zündgeneratorwiderstand
können die Dioden entfallen. Außerdem können die Dioden mit den Vierschichtdioden
ihren Platz in der Kette tauschen, je nach Polarität der Zündimpulse. Die Hilfswiderstände
RH" RH, RH, RH4 sind klein gegenüber dem Verbraucher RL. An ihnen entstehen
die zum Löschen der vorher gezündeten Diode erforderlichen Impulse.
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An Stelle der Batterie kann auch ein Kondensator als Spannungsquelle
dienen, über den der Verbraucher an den Mittelpunkt des Doppelschalters angeschlossen
wird.
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Die Wirkungsweise der Schaltung beruht darauf, daß der gelöschten
Vierschichtdiode über den zu ihr gehörigen Koppelkondensator Cl oder C2 ein Zündimpuls
zugeführt wird und daß bei der Zündung dieser Diode über die Koppelkondensatoren
C3 und C4 dem anderen bisher gezündeten Schalterteil ein Löschimpuls zugeführt wird.
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Zur Erläuterung sei angenommen, daß die Vierschichtdiode V, gezündet
ist. Es fließt dann der Verbraucherstrom über RL und die Widerstände RH, und RH,
(Elektronenflußrichtung Pfeil 1). Der Koppelkondensator C3 ist auf ein Potential
aufgeladen, das sich aus der Summe der Flußspannungen der Diode Dl, der Vierschichtdiode
V, und dem Spannungsabfall des Laststromes am Widerstand RH, ergibt. Dabei wird
der obere Belag des Kondensators C3 negativ. Am Koppelkondensator C4 liegt eine
Spannung, die gleich der vollen Batteriespannung - UB ist, vermindert um
den Spannungsabfall des Laststromes an dem Widerstand RHl sowie um die Flußspannungen
der Diode D, und der Vierschichtdiode Vi. Der obere Belag des Kondensators C4 ist
ebenfalls negativ.
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Wenn die Vierschichtdiode V2 über den Koppelkondensator C2 gezündet
wird, fließt durch die vorher stromlosen Widerstände RH3 und RH4 ein Strom, der
im Augenblick der Zündung hauptsächlich aus den Ladungen der Koppelkondensatoren
C3 und C4 gespeist wird. Der von diesem Strom an den Widerständen RH3 und R54 versuchte
Spannungsabfall wird über die Koppelkondensatoren C3 und C4 auf die Anschlußpunkte
dieser Kondensatoren mit der Vierschichtdiode V1 bzw. der Diode D, übertragen. Es
wird das mit der Diode Dl verbundene Ende des Widerstandes RH, positiver und das
mit der Vierschichtdiode V,. verbundene Ende des Widerstandes Rxa negativer. Bei
geeigneter Dimensionierung der Kondensatoren und Widerstände sind die Spannungsänderungen
an den beiden genannten Widerständen so groß, daß sich die Polarität an der Vierschichtdiode
V; umkehrt und diese gelöscht wird. Damit kehrt sich der Strom durch den Verbraucher
RL um und fließt in Richtung des Pfeiles 2.
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Mit Hilfe des Doppelschalters nach der Erfindung ist es möglich, die
Stromrichtung durch einen Verbraucher umzukehren, wobei die Zündimpulse für die
jeweils gelöschte Diode leistungsschwach sein können, weil der Löschimpuls für die
jeweils gezündete Diode von der zündenden Diode erzeugt wird.
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Es ist auch möglich, zwei der erfindungsgemäßen Doppelschalter zu
einer Brücke zu vereinigen. Dabei wird offenbar der Verbraucher in der einen Brückendiagonale
und die Batterie in der anderen Brückendiagonale angeschlossen. Eine solche Maßnahme
ist dann notwendig, wenn ein Mittelabgrif der Speisespannungsquelle nicht zugänglich
ist und wenn es ebenfalls unmöglich ist, die beiden Teilbatterien durch große Kapazitäten
zu ersetzen.