DE1289107B - Elektronischer Umschalter - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen elektronischen Um- der Vorspannung einen Leerlauf, nahezu einen Kurzschalter mit zwei in Reihe liegenden Schaltern, die Schluß oder einen angepaßten Abschlußwiderstand zwischen zwei Gleichstromquellen geschaltet sind bilden kann.

und mit deren Mittelabgriff eine Klemme eines Ver- Die vorstehend behandelte Aufgabe wird nach der

brauchers, insbesondere einer oder mehrerer Dioden, 5 Erfindung dadurch gelöst, daß zwischen den Mittelverbunden ist. abgriff und den Verbraucher ein Vorwiderstand ge-Es ist ein derartiger elektronischer Umschalter be- schaltet und die erste Gleichstromquelle der Serienkannt, bei dem jeweils einer der Halbleiterschalter schaltung aus erstem Halbleiterschalter und dem leitend und der andere gesperrt ist, so daß an dem Vorwiderstand parallel geschaltet ist, wogegen die gemeinsamen Mittelabgriff jeweils das Potential der io zweite Gleichstromquelle dem zweiten Halbleitereinen oder der anderen Gleichstromquelle anliegt schalter parallel geschaltet ist und die äußere und dadurch die eine oder die andere Gleichstrom- Klemme des zweiten Halbleiterschalters mit der quelle mit dem Verbraucher verbunden ist. Bei der zweiten Klemme des Verbrauchers verbunden ist. Bei bekannten Anordnung werden als Schalter Transi- dem erfindungsgemäßen Umschalter sind die beiden stören verwendet. Diese bekannte Anordnung hat 15 Halbleiterschalter gleichzeitig entweder gesperrt oder den Nachteil, daß bei einer Umsteuerung der gerade leitend.

leitende Transistor noch leitend ist, wenn schon der Bei dem erfindungsgemäßen Schaltkreis ist dem-

bisher gesperrte Transistor leitend wird, so daß also nach die erste Gleichstromquelle mit dem Verbrauwährend einer bestimmten Zeitspanne beide Tran- eher verbunden, wenn beide Halbleiterschalter leisistoren zugleich leitend sind, so daß hohe Kurz- 20 tend sind, wogegen die zweite Gleichstromquelle, schlußströme entstehen und dadurch die Transistoren gegebenenfalls über einen zur zweiten Gleichstromzerstört werden können. quelle in Serie geschalteten Begrenzungswiderstand, Um diesem Nachteil abzuhelfen, ist es durch die kurzgeschlossen ist. Sind dagegen die beiden Halbdeutsche Patentschrift 1169 999 bekannt, die Tran- leiterschalter gesperrt, so ist die zweite Gleichstromsistoren der beiden Schaltstrecken induktiv so mit- 35 quelle nicht länger kurzgeschlossen, sondern mit dem einander zu koppeln, daß beim Öffnen eines der Verbraucher verbunden, wogegen die erste Gleich-Transistoren auf den anderen ein zusätzlicher Sperr- stromquelle abgeschaltet ist. Bei dieser Art der Schalimpuls gegeben und der Widerstand in dessen Aus- tung gibt es keine Zustände, bei denen die Halbleitergangskreis vorübergehend erhöht wird. Auf diese schalter durch ungleichmäßiges Ein- oder Ausschal-Weise kann zwar das Entstehen gefährlicher Kurz- 30 ten überlastet werden könnten. Es können daher schlußströme verhindert werden, indem der bisher beide Halbleiterschalter so schnell betätigt werden, leitende Transistor beschleunigt gesperrt wird, jedoch wie es ihre Bauart zuläßt, so daß mit Hilfe steuerwird durch die induktive Kopplung notwendig auch barer Halbleiterelemente die angestrebten Schaltdas Einschalten des bisher gesperrten Transistors zeiten von weniger als 20 με erreichbar sind, verzögert. Infolgedessen wird bei der bekannten An- 35 Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erordnung die Geschwindigkeit des Umschaltvorganges findung wird der erste Halbleiterschalter von einem erheblich vermindert, und es werden relativ große ersten Transistor und der zweite Schalter von einem Umschaltzeiten benötigt. steuerbaren Halbleitergleichrichter gebildet, der mit Ein weiterer Nachteil der bekannten Anordnung dem ersten Transistor so gekoppelt ist, daß ein besteht darin, daß sie nicht zum Umschalten von 40 Stromkreis geschlossen wird, der der Steuerelektrode Dioden geeignet ist, weil bei Dioden Probleme hin- des Gleichrichters eine Spannung zuführt, die den sichtlich einer Ladungsspeicherung bestehen, und es steuerbaren Halbleitergleichrichter in den leitenden wäre bei dem bekannten Umschalter das Abfließen Zustand versetzt, wenn der erste Transistor leitend der gespeicherten Ladungen nicht gewährleistet. ist. Vorteilhaft können die Steuermittel einen zweiten Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die 45 Transistor enthalten, der mit der Basis des ersten Nachteile der bekannten Umschalter zu vermeiden Transistors gekoppelt ist und den ersten Transistor und einen Umschalter zu schaffen, bei dem durch durch Steuerung von dessen Basisstrom in den leiteneine Überlappung der Schaltzustände der beiden den Zustand versetzt oder sperrt. Zum Steuern des Schalter keinerlei Störungen entstehen können, der zweiten Transistors kann eine Impulsquelle verwensehr hohe Schaltgeschwindigkeiten ermöglicht und 50 det werden, die der Basis des zweiten Transistors Imdarüber hinaus zum Umschalten von Dioden geeignet pulse zuführt, wenn dieser Transistor leiten soll. Statt ist. dessen kann der zweite Transistor auch so vorge-Insbesondere soll der erfindungsgemäße elektro- spannt werden, daß er leitet, sofern nicht ein Imnische Umschalter dazu geeignet sein, PIN-Dioden, puls seiner Basis zugeführt wird. Anstatt eines gewie sie von W. T. R e a d in »Bell system technical 55 steuerten Gleichrichters kann auch als zweiter HaIb-Journal«, Bd. 37, Nr. 3, S. 401, beschrieben worden leiterschalter ein Transistor verwendet werden, sind, zwischen ihren verschiedenen Zuständen um- Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erzuschalten. Hierzu wird ein Umschalter benötigt, der findung sind der folgenden Beschreibung zu entnehes ermöglicht, eine Quelle geringer Spannung oder men, in der die Erfindung an Hand der in der Zeicheine Quelle hoher Spannung mit der richtigen Polari- 60 nung dargestellten Ausführungsbeispiele näher betät mit den Dioden zu verbinden. Ein solcher elektro- schrieben und erläutert wird. Die Fig. 1 und 2 der nischer Umschalter oder Schaltkreis sollte möglichst Zeichnung zeigen je ein Schaltbild eines Ausfühin der Lage sein, den Zustand der Dioden in einer mngsbeispiels der Erfindung.

sehr kurzen Zeit, beispielsweise in einer Zeit von Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 sind

weniger als 20 μ8, zu ändern. Die erwähnten Dioden 65 eine oder mehrere PIN-Dioden 10 mit Klemmen 11 finden beispielsweise Anwendung als Modulatoren, und 12 verbunden und nehmen einen Zustand an, Schalter und Dämpfungsglieder in Mikrowellen- wenn sie über die Klemmen 13 und 14 an eine Quelle schaltungen, in denen die Diode in Abhängigkeit von 15 angeschlossen werden, die bei geringer Spannung

Claims (1)

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   einen hohen Strom abzugeben vermag, während sie oder den PIN-DiodenlO verbunden. Da die Quelle

   ihren anderen Zustand annehmen, wenn sie mit Hilfe 18 der hohen Spannung nun von dem Gleichrichter

   der Klemmen 16 und 17 an eine Quelle 18 ange- Dl' kurzgeschlossen wird und der Parallelkreis in

   schlossen werden, die eine relativ hohe Spannung bei einem Zweig den Transistor VT 2' und die Quelle 15

   geringem Strom aufweist. Die Polaritäten der Quellen 5 mit der niederen Spannung sowie im anderen Zweig

   sind in der Zeichnung angegeben. den Widerstand R S' aufweist, sind die PIN-Dioden

   Ein Rechtecksteuersignal 19, das das Umschalten 10 nunmehr in Durchlaßrichtung beaufschlagt,
   der Zustände der PIN-Dioden 10 bewirkt, wird über Wenn der Widerstand R 9 entfernt wird, leiten die eine Klemme 20 einem Transistor FTl zugeführt, Transistoren VTV und VT 2' nur dann, wenn an die der nur dann leitet, wenn seine Basis von dem io Klemme 20' ein negativer Impuls angelegt wird. In-Schaltsignal auf einem positiven Wert gehalten wird. folgedessen sind die PIN-Dioden 10 in Durchlaßrich-Wenn der Transistor VTl nicht leitet, ist ein weiterer tung beaufschlagt, wenn Impulse angelegt sind, und Transistor VT 2 leitend, weil er über einen Wider- zu den anderen Zeiten in Sperrichtung vorgespannt,
   stand i?l und eine Diode Dl Basisstrom ziehen Bei den vorstehend beschriebenen und anderen kann. Die Quelle 15 ist über einen Widerstand R 2 15 Ausführungsformen der Erfindung können die gemit der Steuerelektrode eines steuerbaren Halbleiter- steuerten Gleichrichter D 2 oder D 2' durch einen gleichrichters D 2 verbunden, der infolgedessen leitet. Transistor ersetzt werden, der eine geeignete Schalt-Die Quelle 15 ist hierbei an die PIN-Dioden 10 an- charakteristik mit einem Zusammenbruch der KoI-gelegt, wobei die Klemme 11 positiv ist, so daß ein lektor-Emitter-Strecke aufweist. Weiterhin ist es für Vorwärtsstrom die Dioden durchfließt. Die Größe 20 den Fachmann offensichtlich, daß die Polaritäten der dieses Stromes wird von dem Wert eines Widerstan- Quellen umgekehrt werden können, wenn die Schaldes R 3 bestimmt. Die Quelle 18 ist dagegen von dem tung entsprechend umgestellt und/oder die Polaritägesteuerten Gleichrichter D 2 kurzgeschlossen. Der ten der Transistoren verändert werden.
   Ausgangsstrom dieser Quelle wird durch einen Wi- Bei einer praktischen Verwirklichung der Schalderstand R4 begrenzt. as tung nach Fig. 1, mit der beim Umschalten der ZuWenn das Rechtecksteuersignal 20 einen positiven stände der PIN-Dioden die gewünschten Geschwin-Wert annimmt, wird der Transistor VTl leitend, so digkeiten erzielt wurden, wurden folgende Schaltdaß der Basisstrom für den Transistor VT 2 durch elemente benutzt:
   den Transistor VTl abgeleitet wird. Infolgedessen Quelle 15 6 V IA

   hört der Transistor VT 2 zu leiten auf, und es wird 30 '

   die Verbindung zwischen der Klemme 14 und dem Quelle 18 100 V, 10 mA

   gesteuerten Gleichrichter D 2 getrennt. Infolgedessen signal 19 abwechselnd OV oder 2 V

   fließt auch kein Steuerstrom mehr durch den Wider-

   stand R 2. Durch geeignete Wahl des Widerstandes Widerstand R1 270 Ω

   R4 wird erreicht, daß der Anoden-Kathoden-Strom 35 WiderstandR2 390Ω

   des Gleichrichters D 2 unter diesen Umständen unter \\7;Λ_α™*~_ηΛ τ?-χ _ιηηνη

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   den Schwellenwert fallt. Daher ist nun der Stromkreis

   zwischen der Quelle 15 und den PIN-Dioden 10 un- Widerstand A4 22 Ω

   terbrochen und auch der Kurzschluß zwischen den Widerstand zwischen

   Klemmen 16 und 17 aufgehoben. Der Stromkreis 40 Klemme 14 und Basis

   zwischen den PIN-Dioden 10 und der Quelle 18 ist _von γγχ IkQ

   nun über den Widerstand R 5 hergestellt, so daß nun

   den PIN-Dioden 10 an der Klemme 11 eine negative

   Spannung zugeführt wird. Infolgedessen fließt nun Patentansprüche:

   ein Rückwärtsstrom, der im wesentlichen durch den 45 1. Elektronischer Umschalter mit zwei in Reihe

   Sperrstrom der PIN-Dioden 10 bestimmt wird, durch liegenden Halbleiterschaltern, die zwischen zwei

   die Widerstände R3,R5 und R4. Gleichstromquellen geschaltet sind und mit deren

   Bei Bedarf kann das Steuersignal 19 periodisch Mittelabgriff eine Klemme des Verbrauchers, ins-

   sein, so daß die PIN-Dioden 10 abwechselnd zwi- besondere einer oder mehrerer Dioden, verbun-

   schen ihren beiden Zuständen hin- und hergeschaltet 50 den ist, dadurch gekennzeichnet, daß

   werden. zwischen den Mittelabgriff und den Verbraucher

   An Hand Fig. 2 wird nun ein zweites Ausfüh- (10) ein Vorwiderstand (RS) geschaltet und die rungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Wenn an erste Gleichstromquelle (15) der Serienschaltung die Klemme 20' ein positiver Impuls 19' angelegt aus erstem Halbleiterschalter (VT2) und dem wird, werden die Transistoren VTl' und VT2' und 55 Vorwiderstand (RS) parallel geschaltet ist, woinfolgedessen auch der steuerbare Halbleitergleich- gegen die zweite Gleichstromquelle (18) dem richterD2' gesperrt. Unter diesen Bedingungen ist zweiten Halbleiterschalter (D 2) parallel geschaldie eine hohe Spannung und einen geringen Strom tet ist und die äußere Klemme des zweiten Halbabgebende Quelle 18 über einen Widerstand R 7 und leiterschalters (D 2) mit der zweiten Klemme (12) einen veränderbaren Widerstand R 8 an die PIN- 60 des Verbrauchers (10) verbunden ist, und daß die Diode oder die PIN-Dioden 10 angelegt, um ihr eine beiden Schalter (VT2 und D 2) gleichzeitig entVorspannung in Sperrichtung zuzuführen. weder leitend oder gesperrt sind.

   Wenn an der Klemme 20' kein positiver Impuls 2. Umschalter nach Anspruch 1, dadurch geanliegt, sind sowohl die beiden Transistoren VTl' kennzeichnet, daß zur zweiten Gleichstromquelle und VT2' als auch der Gleichrichter D 2' leitend. 65 (18) ein Begrenzungswiderstand (R 4) in Serie ge-Nun ist die einen hohen Strom abgebende Quelle schaltet ist.

   niederer Spannung 15 über den Transistor VT 2', den 3. Umschalter nach den Ansprüchen 1 und 2,

   Gleichrichter D 2' und den Widerstand R 8 mit der dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Gleich-

   stromquelle (18) der Serienschaltung aus zweitem Halbleiterschalter (D2') und Vorwiderstand (RS') parallel geschaltet ist.

   4. Umschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer oder mehreren Dioden als Verbraucher, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Gleichstromquelle (15) die Diode (10) oder Dioden in Durchlaßrichtung und die zweite Gleichstromquelle (18) die Diode (10) oder Dioden in Sperrichtung beaufschlagen, wenn sie an die Diode oder Dioden angeschlossen sind.

   5. Umschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Halbleiterschalter von einem ersten Transistor (VT2) und der zweite Halbleiterschalter von einem steuerbaren Halbleitergleichrichter (D 2) gebildet wird und der Gleichrichter mit dem ersten Transistor so gekoppelt ist, daß ein Stromkreis eingeschaltet wird, der der Steuerelektrode des Gleichrichters eine Spannung zuführt, die den steuerbaren Halbleitergleichrichter in den leitenden Zustand versetzt, wenn der erste Transistor leitend ist.

   6. Umschalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel einen zweiten Transistor (FTl) enthalten, der mit der Basis des ersten Transistors (VT2) gekoppelt ist und den ersten Transistor durch Steuerung von dessen Basisstrom in den leitenden Zustand versetzt oder sperrt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen