DE1296183B

DE1296183B - Electronic switch for the time selection of signals that exceed an adjustable threshold value

Info

Publication number: DE1296183B
Application number: DE1967J0033214
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Fritz; Moegen Gerhard; Haberl
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1967-03-15
Filing date: 1967-03-15
Publication date: 1969-05-29

Description

Die Erfindung betrifft einen elektronischen Schalter zur zeitlichen Selektion von Anteilen eines Signals definierter Polarität, die einen einstellbaren Amplituden-Schwellwert überschreiten.The invention relates to an electronic switch for the temporal Selection of components of a signal with a defined polarity that are adjustable Exceed amplitude threshold.

Derartige Schaltungen sind beispielsweise in der Radartechnik zur Austastung eines Echoimpulses erforderlich, der von einem Ziel in einem definierten Entfernungsbereich herrührt. Dabei wird das Echosignal in einem Videokanal selektiert und zur Zielvermessung oder automatischen Zielverfolgung herangezogen. Dabei muß. das Signal den Selektor unverfälscht passieren.Such circuits are used, for example, in radar technology Blanking of an echo pulse required from a target in a defined Distance range originates. The echo signal is selected in a video channel and used for target measurement or automatic target tracking. It must. the signal will pass the selector undistorted.

Elektronische Schalter sind in verschiedenen Ausführungen bekannt. : Als Schaltelement werden im allgemeinen Transistoren und Dioden verwendet, wobei von einem elektronischen Schalter ein hinreichend hohes Schaltverhältnis gefordert wird, d. h., er soll im leitenden Zustand den Strom mit möglichst geringem Innenwiderstand leiten, im gesperrten Zustand soll er dagegen einen möglichst großen Sperrwiderstand besitzen.Electronic switches are known in various designs. : Transistors and diodes are generally used as switching elements, with A sufficiently high switching ratio is required from an electronic switch will, d. In other words, in the conductive state it should carry the current with the lowest possible internal resistance conduct, in the blocked state, on the other hand, it should have the greatest possible blocking resistance own.

Bekannte elektronische Schalter haben nun den Nachteil, daß besonders durch die den Transistoren vorgeschalteten Dioden ihre Durchlaßwiderstände relativ groß sind. Andere bekannte elektronische Schalter zeigen einen amplitudenabhängigen Durchlaßwiderstand, der eine Verzerrung des durchgeschalteten Signals bzw. eine Unterdrückung kleiner Signale zur Folge hat. Schließlich weisen bekannte Schalter (z. B. nach der deutschen Auslegeschrift 1185 222) den Nachteil auf, daß Anteile des Schaltimpulses, der die CSffnungs-bzw. Schließzeit des Schalters bestimmt, am Signalausgang erscheinen. Andere bekannte Schalter, die Übertrager enthalten, sind oft unerwünscht, da in den- meisten Fällen eine zeitraubende und kostspielige Spezialanfertigung solcher Bauteile erfolgen muß. Bei den meisten bekannten Schaltern ist der Anwendungsbereich beschränkt durch kapazitive oder induktive Koppelelemente, welche einerseits nur das Schalten von Wechselspannungssignalen ermöglichen oder andererseits die Schaltphase zeitlich begrenzen. Ebenso bleibt die Anwendung einer Vielzahl bekannter Schalter wegen ihrer langen Umschaltzeiten auf niederfrequente Vorgänge beschränkt.Known electronic switches now have the disadvantage that particularly due to the diodes connected upstream of the transistors, their forward resistances are relative are great. Other known electronic switches show an amplitude-dependent one Forward resistance, which a distortion of the switched signal or a The suppression of small signals. Finally, have known switches (e.g. according to the German Auslegeschrift 1185 222) has the disadvantage that shares of the switching impulse, which the C opening or. Closing time of the switch is determined on Signal output appear. Other known switches that incorporate transformers are often undesirable because in most cases a time-consuming and costly custom-made product such components must be done. For most of the known switches, the area of application is limited by capacitive or inductive coupling elements, which on the one hand only enable the switching of AC voltage signals or, on the other hand, the switching phase time limit. The use of a large number of known switches also remains limited to low-frequency processes because of their long switching times.

Ferner bekannte Amplitudendiskriminatoren oder Schwellwertschalter (siehe z. B. deutsche Auslegeschriften 1201870, 1144 766) werden im allgemeinen von einem Eingangssignal gesteuert und geben ein digitales Ausgangssignal ab, welches die Aussage dafür ist, daß die Steuerspannung bestimmte Schwellwerte über- oder unterschreitet. Das digitale Ausgangssignal ist dabei vom zeitlichen Verlauf einer Eingangsspannung abhängig.Also known amplitude discriminators or threshold switches (see e.g. German Auslegeschriften 1 201 870, 1 144 766) are generally controlled by an input signal and emit a digital output signal that indicates that the control voltage is above or below certain threshold values . The digital output signal is dependent on the time course of an input voltage.

Demgegenüber bezieht sich die Erfindung auf einen Schalter, mit dem aus einer Signalfolge gleichzeitig eine zeitliche Selektion und eine Amplitudenselektion vorgenommen werden kann, wozu an den Schalter eine Eingangssignalspannung UE und eine Schaltspannungsquelle US angeschlossen wird. Es wird dabei der Signalanteil aus einer Signalfolge selektiert, der innerhalb eines beliebig vorgegebenen Zeitabschnitts und außerdem innerhalb eines beliebig vorgegebenen Amplitudenbereichs liegt. Das Ausgangssignal ist somit ein vom Eingangssignal und der Schaltspannung abhängiges analoges Signal.In contrast, the invention relates to a switch with which a time selection and an amplitude selection at the same time from a signal sequence can be made, including an input signal voltage UE and to the switch a switching voltage source US is connected. It becomes the signal component selected from a signal sequence within any given time period and also lies within an arbitrarily predetermined amplitude range. That The output signal is therefore dependent on the input signal and the switching voltage analog signal.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, unter Vermeidung der erwähnten Nachteile bekannter Einrichtungen mit geringem Aufwand einen Schalter für relativ kurze Umschaltzeiten, z. B. in der Größenordnung von 10-g Sekunden, so auszubilden, daß er zugleich zwei Funktionen auszuführen vermag, nämlich aus einer Signalfolge sowohl eine zeitliche Selektion als auch eine Amplitudenselektion vorzunehmen, so daß also nur der Signalanteil selektiert wird, der innerhalb eines beliebig vorgegebenen Zeitabschnitts und außerdem innerhalb eines beliebig vorgegebenen Amplitudenbereichs liegt.The object of the invention is to avoid the disadvantages mentioned known devices with little effort a switch for relatively short switching times, z. B. in the order of 10-g seconds to train so that he has two at the same time Able to perform functions, namely from a signal sequence and a temporal one Make selection as well as amplitude selection, so that only the signal component is selected, which is within any given time period and also lies within any given amplitude range.

Bei einem eingangs beschriebenen elektronischen Schalter ist diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Emitter-Kollektor-Strecke eines Schalttransistors in Emitterschaltung parallel zur Emitter-Basis-Strecke eines in Basisschaltung betriebenen Transistors komplementären Typs geschaltet ist, wobei eine Schaltspannungsquelle an die Basis des Schalttransistors geschaltet ist und eine Eingangssignalspannung über einen Widerstand dem Emitter des Ausgangstransistors zugeführt ist, an dessen Kollektor das selektierte Signal abnehmbar ist, wobei dessen Emitter über einen Widerstand an einer Spannungsquelle angeschlossen ist und dessen Basis durch eine Hilfsspannung vorgespannt ist.In the case of an electronic switch described above, this is The object according to the invention is achieved in that the emitter-collector path is a Switching transistor in emitter circuit parallel to the emitter-base path of an in Base circuit operated transistor of complementary type is connected, wherein a switching voltage source is connected to the base of the switching transistor and an input signal voltage across a resistor to the emitter of the output transistor is supplied, at the collector of which the selected signal can be removed, with its Emitter is connected to a voltage source via a resistor and its Base is biased by an auxiliary voltage.

Für die Verarbeitung von Signalen hoher Frequenz ist in einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung der Widerstand 1 durch eine Transistorstrecke gebildet, wobei besagter Transistor in einer der drei bekannten Grundschaltungsarten betrieben ist.For the processing of signals of high frequency it is expedient Further development of the invention, the resistor 1 is formed by a transistor path, said transistor being operated in one of the three known basic circuit types is.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind Mittel zur Einstellung einer den Amplitudenschwellwert des Schalters bestimmenden Basis-Emitter-Spannung UBE des Ausgangstransistors vorgesehen. Mit dieser Maßnahme läßt sich beispielsweise in einfacher Weise eine Unterdrückung des Rauschens erreichen.In a further embodiment of the invention, there are means for setting a base-emitter voltage which determines the amplitude threshold value of the switch UBE of the output transistor provided. With this measure, for example achieve a suppression of the noise in a simple manner.

Die Figur zeigt als Ausführungsbeispiel einen elektronischen Schalter der eingangs genannten Art. Eine Eingangssignalspannung UE wird über einen Widerstand 1 an den Emitter 3 eines in Basisschaltung angeordneten Ausgangstransistors 4 angeschlossen, wobei der Emitter 3 des Ausgangstransistors 4 mit dem Kollektor 8 eines Schalttransistors 6 verbunden ist. Die den Schwellwert der Eingangssignalspannung UE bestimmende Basis-Emitter-Spannung (UBE) ist dabei mittels einer Hilfsspannungsquelle UN, welche am Emitter 7 des Schalttransistors 6 und an der Basis 9 des Ausgangstransistors 4 angeschaltet ist oder mit Hilfe der Widerstände 1 und 2 bestimmt, wobei der Widerstand 2 ein Arbeitswiderstand ist. Der als komplementäre Typ zu dem in Emitterschaltung betriebenen Schalttransistor 6 ausgebildete Ausgangstransistor 4 ist mit seiner Emitter-Basis-Strecke 3-9 der Emitter-Kollektor-Strecke 7-8 des Schalttransistors 6 parallel geschaltet. Dabei ist der Emitter 3 des Ausgangstransistors 4 über den Arbeitswiderstand 2 an eine Betriebsspannungsquelle UB angeschlossen, während die Basis 5 des Schalttransistors 6 von einer Schaltspannungsquelle US angesteuert ist. Der Ausgang 10 der Gesamtschaltung ist mit dem Kollektor 11 und einem Kollektorwiderstand 12 des Ausgangstransistors 4 verbunden. Die beschriebene Schaltung eignet sich zur zeitlichen Selektion positiver Eingangssignale. Sollen dagegen negative Eingangssignale selektiert werden, so sind in einer analogen Ausbildungsform die Transistoren 4 und 6 durch komplementäre Typen zu ersetzen und die angelegten Spannungen UI, US, UH und UB umzupolen.As an exemplary embodiment, the figure shows an electronic switch of the type mentioned above. An input signal voltage UE is connected via a resistor 1 to the emitter 3 of an output transistor 4 arranged in a base circuit, the emitter 3 of the output transistor 4 being connected to the collector 8 of a switching transistor 6. The base-emitter voltage (UBE) determining the threshold value of the input signal voltage UE is determined by means of an auxiliary voltage source UN, which is connected to the emitter 7 of the switching transistor 6 and to the base 9 of the output transistor 4, or by means of the resistors 1 and 2, whereby the resistance 2 is a working resistance. The output transistor 4, which is designed as a complementary type to the switching transistor 6 operated in the emitter circuit, is connected in parallel with its emitter-base path 3-9 of the emitter-collector path 7-8 of the switching transistor 6. The emitter 3 of the output transistor 4 is connected to an operating voltage source UB via the load resistor 2, while the base 5 of the switching transistor 6 is controlled by a switching voltage source US. The output 10 of the overall circuit is connected to the collector 11 and a collector resistor 12 of the output transistor 4. The circuit described is suitable for the time selection of positive input signals. If, on the other hand, negative input signals are to be selected, the transistors 4 and 6 are to be replaced by complementary types in an analog configuration and the polarity of the applied voltages UI, US, UH and UB has to be reversed.

Bei der beschriebenen Anordnung erfolgt die Arbeitspunkteinstellung des Schalters so, daß bei gesperrtem Schalttransistor 6 durch geeignete Dimensionierung der Spannung UB und der Widerstände 1 und 2 einerseits und der Hilfsspannung UH andererseits der Ausgangstransistor 4 gerade noch gesperrt bleibt. Damit befindet sich der Schalter im geschlossenen Zustand. Eine jetzt angelegte positive Eingangssignalspannung UF wirkt am Emitter 3 des Transistors 4 so, daß dieser leitend wird, und am Ausgang 10 erscheint eine dem Eingangssignal proportionale Ausgangsspannung. Um den Schalter zu öffnen, legt man eine positive Spannung US an die Basis 5 des vorher gesperrten Schalttransistors 6, dieser wird leitend und sperrt den Transistor 4, so daß am Ausgang 10 kein Signal erscheint.In the arrangement described, the operating point setting of the switch takes place so that when the switching transistor 6 is blocked, the output transistor 4 just remains blocked by suitable dimensioning of the voltage UB and the resistors 1 and 2 on the one hand and the auxiliary voltage UH on the other hand. This means that the switch is in the closed state. A positive input signal voltage UF now applied acts on the emitter 3 of the transistor 4 in such a way that the latter becomes conductive, and an output voltage proportional to the input signal appears at the output 10. To open the switch, a positive voltage US is applied to the base 5 of the previously blocked switching transistor 6; this becomes conductive and blocks the transistor 4, so that no signal appears at the output 10.

Die Anordnung ermöglicht es also, aus einer am Eingang anliegenden Signalfolge eine zeitliche Selektion zu treffen, so daß die Eingangsspannung nur dann zum Ausgang durchgeschaltet wird, wenn eine Schaltspannung US in Form eines beliebig langen Impulses anliegt und daß während der Impulspause der Ausgang vom Eingang entkoppelt bleibt.The arrangement therefore makes it possible to choose from an adjacent to the entrance Signal sequence to make a time selection so that the input voltage only is then switched through to the output when a switching voltage US in the form of a pulse of any length and that during the pulse pause the output from Input remains decoupled.

Die weitere Funktion der Schaltung besteht darin, daß neben der zeitlichen Selektion eines Signals eine Amplitudenselektion getroffen werden kann. Es wird dann nur der Betrag des Eingangssignals durchgeschaltet, der einen einstellbaren Schwellwert überschreitet. Hierbei erfolgt mit den vorher genannten Mitteln eine Arbeitspunkteinstellung, bei der in Abwandlung zum oben Beschriebenen der Transistor 4 so weit gesperrt wird, daß eine bestimmte, dem Schwellwert entsprechende Eingangsspannung UE anliegen muß, um den Transistor leitend zu machen, und das Eingangssignal diesen Schwellwert überschreiten muß, damit der über dem Schwellwert liegende Betrag zum Ausgang durchgeschaltet wird.The further function of the circuit is that in addition to the temporal Selection of a signal an amplitude selection can be made. It will then only the amount of the input signal is switched through, which is an adjustable one Exceeds threshold. This is done with the aforementioned means Operating point setting, in which, as a modification of what has been described above, the transistor 4 is blocked so far that a certain input voltage corresponding to the threshold value UE must be present in order to make the transistor conductive, and the input signal this Must exceed the threshold value so that the amount above the threshold value for Output is switched through.

Dies ist von Bedeutung, wenn z. B. von der Signalspannung nicht die absolute Größe interessiert, sondern nur deren zeitliche Änderung, und wenn diese Änderung klein ist im Verhältnis zum Gesamtbetrag. Auf diese Weise erreicht man, daß bei der weiteren Auswertung nur noch der interessierende Amplitudenbereich berücksichtigt wird, was einer Maßstabsdehnung gleichkommt. Es wird dann ein Schwellwert eingestellt, den die Eingangsspannung erwartungsgemäß nicht unterschreitet, und für eine oft relativ kleine Signaländerung steht der ganze ausnutzbare Verstärkungshub des nachfolgenden Verstärkers zur Verfügung.This is important when e.g. B. from the signal voltage not the absolute size is of interest, but only its change over time, and if this Change is small in relation to the total amount. In this way one achieves that only the amplitude range of interest is taken into account in the further evaluation becomes what is equivalent to a stretching of the scale. A threshold is then set, which the input voltage does not fall below, as expected, and for one often relatively small signal change is the entire usable gain swing of the following Amplifier available.

Wenn davon ausgegangen wird, daß ein unipolares Signal einen Bezugswert hat, der dem Signalspannungswert Null entspricht, und der im folgenden als Null-Linie bezeichnet wird, und wenn berücksichtigt wird, daß bei der beschriebenen Amplitudenselektion die Differenz aus der Eingangsspannung und der Schwellspannung gebildet wird, so ist ersichtlich, daß diese Schwellspannung auch jenseits der Null-Linie liegen kann, also ein negatives Vorzeichen erhält und bei der Differenzbildung zur Signalspannung addiert wird. Letzteres wird wiederum durch entsprechende Arbeitspunkteinstellung des Schalters erreicht, bei der durch den Transistor4 ein Ruhestrom fließt. Das ausgangsseitig durchgeschaltete Signal setzt sich dann zusammen aus einer aus Null-Linie und Schwellwert gebildeten Vorspannung und der ihr überlagerten Eingangssignalspannung. Diese gleichzeitig mit dem Signal durchgeschaltete Vorspannung wird allgemein als Piedestal bezeichnet und ist in verschiedenen Anwendungsfällen von Bedeutung. Zum Beispiel ist bei der zeitlichen Darstellung der Ausgangsspannung mittels Bildröhre od. dgl. die Schaltphase der Anordnung auch bei fehlendem Eingangssignal am Erscheinen des Piedestals erkennbar. Des weiteren kann die Piedestalspannung herangezogen werden, um die Schwellspannung einer nachfolgenden Gleichrichterschaltung zu überwinden.Assuming a unipolar signal is a reference value which corresponds to the signal voltage value zero, and which is hereinafter referred to as the zero line is designated, and if it is taken into account that in the described amplitude selection the difference between the input voltage and the threshold voltage is formed, see above it can be seen that this threshold voltage can also lie beyond the zero line, thus receives a negative sign and when calculating the difference to the signal voltage is added. The latter is in turn achieved by setting the operating point accordingly of the switch reached, in which a quiescent current flows through the transistor4. That The signal switched through on the output side is then composed of a zero line Bias voltage formed and threshold value and the input signal voltage superimposed on it. This bias voltage, which is switched through at the same time as the signal, is generally called Pedestal and is important in various applications. To the An example is the time display of the output voltage using a picture tube or the like. The switching phase of the arrangement even when there is no input signal at the appearance of the pedestal. Furthermore, the pedestal tension can be used, to overcome the threshold voltage of a subsequent rectifier circuit.

Claims

Claims: 1. Electronic switch for the temporal selection of components of a signal of defined polarity that exceed an adjustable amplitude threshold value, characterized in that the emitter-collector path (7-8) of a switching transistor (6) in an emitter circuit parallel to the emitter Base path (3-9) of an output transistor (4) of a complementary type operated in base connection is connected, a switching voltage source (US) being connected to the base (5) of the switching transistor (6) and an input signal voltage (UE) via a resistor ( 1) is fed to the emitter (3) of the output transistor (4) , at the collector (11) of which the selected signal can be removed, the emitter (3) of which is connected to a voltage source (UB) via a resistor (2) and its base (9) is biased by an auxiliary voltage source (UH).

2. Electronic Switch according to Claim 1, characterized in that the resistor (1) is provided by a Transistor path is formed, said transistor in one of the three known Basic circuit types is operated.

3. Electronic switch according to one of the preceding Claims, characterized in that means for setting one of the amplitude threshold of the switch-determining base-emitter voltage (UBE) of the output transistor are provided.