DE1537324C - Stromübernahmeschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Stromübernahme- nimmt dabei die Rolle des Emitterwiderstandes für Schalter mit zwei emitterseitig an eine Konstantstrom- den betreffenden Emitterfolgertransistor. Im binären quelle geschalteten Schaltertransistoren, die kollektor- Betrieb des Schalters ist der jeweils andere Ausgangsseitig mit je einem Emitterfolger zur Übertragung der transistor zugleich mit seinem zugehörigen Schalter-Ausgangssignale an Ausgangsklemmen verbunden sind 5 transistor gesperrt und verbraucht somit keine Lei- und basisseitig an einer Bezugsspannung bzw. einer stung und entwickelt demzufolge auch keine Ver-Eingangsschaltung liegen, welche Eingangssignale mit lustwärme.

oberhalb und unterhalb der Bezugsspannung liegenden Die Konstantstromquellen können in üblicher Weise

Pegeln liefert. durch die Reihenschaltung einer Betriebsspannungs-

Derartige Strom Übernahmeschalter sind bekannt io quelle .mit einem Widerstand realisiert werden, wobei (französische Patentschrift 1460 010). Sie zeichnen in spezieller Ausgestaltung des erfindungsgemäßen sich dadurch aus, daß der von der Konstantstrom- Schalters die beiden Konstantstromquellen durch eine quelle, welche durch die Betriebsspannungsquelle und gemeinsame Betriebsspannungsquelle und zwei geeinen relativ hochohmigen Widerstand gebildet wird, trennte Emitterwiderstände gebildet werden, deren gelieferte Strom zwischen den beiden Schaltertransi- 15 einer den einen Pol der Spannungsquelle mit den stören hin und her geschaltet wird, wobei der jeweils Emittern der Schaltertransistoren verbindet, während leitende Schaltertransistor jedoch nicht in die Sätti- der andere denselben Pol der Betriebsspannungsquelle gung ausgesteuert wird. Dadurch werden die im Sätti- mit den Emittern der Ausgangstransistoren verbindet, gungszustand durch die Ladungsträgerspeicherung in Der letztgenannte Emitterwiderstand dient dann je der Basiszone bedingten Verzögerungen vermieden, so 20 nach dem Schaltzustand der Ausgangstransistoren daß die Transistoren sich schneller umschalten lassen. (zusammen mit dem gerade leitenden Ausgangstran-Um eine Beeinflussung des Schaltverhaltens der Schal- sistor) als Emitterwiderstand für den Transistor des tertransistoren durch die angeschlossenen Lastschal- dann in Betrieb befindlichen Emitterfolgers. Auf diese tungen zu vermeiden, werden die Kollektorspannungs- Weise wird für die beiden Emitterfolger nur ein Eriiitsprünge mit Hilfe von Emitterfolgertransistoren auf die 25 terwiderstand benötigt, der jeweils auf den einen oder Ausgangsklemmen übertragen, an denen diese Span- anderen Emitterfolgertransistor umgeschaltet wird, so nungssprünge dann mit einer niedrigen Quellimpedanz daß der Leistungsverbrauch gegenüber den bekannten abgenommen werden können. Auf diese Weise lassen Schaltungen, bei denen jeder Emitterfolgertransistor sich mehrere Lastschaltungen praktisch ohne Rück- einen eigenen Emitterwiderstand hat, um die Hälfte wirkung auf die Schaltertransistoren von dem Strom- 30 herabgesetzt wird.
Übernahmeschalter ansteuern. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich

Die Emitterfolger haben bei der bekannten Schal- ' aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist im foltung in üblicher Weise jeweils einen eigenen Emitter- genden an Hand der Darstellung eines Ausführungswiderstand, und da die Emitterfolgertransistoren, auch beispiels näher erläutert.

wenn der jeweils zugehörige Schaltertransistor ge- 35 Der dargestellte Stromübernahmeschalter 10 entsperrt ist, weiterhin leitend bleiben, wird ständig in hält zwei Transistoren H und 12, während die Tranbeiden Emitterwiderständen Leistung umgesetzt. Beim sistoren 13 und 14 einen Lastschalter bilden. Die Aufbau derartiger Schaltungen in integrierter Form Kollektoren lic und 12c der Schaltertransistoren 11 mit hoher Packungsdichte steht man daher vor dem und 12 sind über die Kollektorwiderstände 17 bzw. Problem der Wärmeentwicklung, welche entsprechende 40 18 mit einem Stromzuführungsanschluß verbunden. Kühlmaßnahmen erfordert, die wiederum mit er- Ihre Emitter We und YIe sind zusammen an einen höhtem Aufwand und Raumbedarf verbunden sind. als " Emitterwiderstand 19 dargestellten gemeinsamen

Es ist ferner bekannt, zwei Stromübernahme- Signalstromweg geschaltet. Das andere Ende des geschalter mit je einem Eingang an eine Bezugsspannung meinsamen Emitterwiderstandes 19 ist an den zweiten zu legen und den anderen Eingang des einen Schalters 45 Stromzuführungsanschluß 22 angeschlossen. Die Baan den Kollektor des mit seiner Basis an der Bezugs- sis 126 ist mit einem Anschluß 23 verbunden, an dem spannung liegenden Transistor des anderen Schalters eine feste Bezugsspannung Vret liegt,
anzuschließen, dessen anderem Eingang wiederum das Die Basis 11 b liegt an einem Eingangsanschluß 24, Eingangssignal zugeführt wird (deutsche Auslege- an den eine Eingangsschaltung 30 angeschlossen ist. schrift 1 196 241). 5° Diese Schaltung 30 enthält mindestens einen Tran-

Die Aufgabe der Erfindung liegt in der Verringerung sistor 31, dessen Kollektor 31c am Stromzuführungsder Wärmeentwicklung bei derartigen Stromüber- anschluß21 und dessen Emitter 31 e am Anschluß 24 nahmeschaltern. Sie wird bei einem Schalter der ein- liegt. Der Verbindungspunkt 24 ist über einen Emittergangs erwähnten Art erfindungsgemäß gelöst durch widerstand 33 mit dem Stromzuführungsanschluß 22 zwei zusätzliche Ausgangstransistoren., die mit ihren 55 verbunden. Der Basis 316 werden binäre Eingangs-Kollektor-Emitter-Strecken zwischen je einer der Aus- signale B zugeführt.

gangsklemmen und eine gemeinsame weitere Kon- Es können weitere Eingangsanschlüsse vorgesehen stantstromquelle geschaltet sind und deren Basen sein, in dem die Kollektoren und Emitter zusätzlicher jeweils mit der Basis des zu der betreffenden Ausgangs- Transistoren parallel zum Kollektor 31c und Emitklemme gehörigen Schaltertransistors zusammenge- 6° ter31e des Transistors 31 geschaltet werden. Beischaltet sind. ■ spielsweise kann, wie gestrichelt dargestellt, ein wei-

Hierbei wird der von der nachgeschalteten Last- terer Transistor 32 mit seinem Kollektor 32c am Kolschaltung benötigte Steuerstrom von der zweiten lektor 31c und mit seinem Emitter 32e am Emitter'3Ie Konstantstromquelle geliefert und mit Hilfe jeweils liegen. Der Basis 326 können weitere binäre Eingangsein.es der beiden zusätzlichen Ausgangstransistoren 65 signale A zugeführt werden.

auf die betreffende Ausgangsklemme geschaltet. Dieser Die Kollektoren Hc und 12c der Transistoren 11

Ausgangstransistor, der gleichzeitig mit seinem zu- und 12 sind ferner mit den Basen \5b und \6b von

gehörigen Schaltertransistor angesteuert wird, über- dualen Emitterfolgertransistoren 15 bzw. 16 ver-

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bunden, die mit ihren Kollektoren 15c und 16c an 12. Wenn entweder eines oder beide der Signale A und den Stromzuführungsanschluß 21 und mit ihren Emit- B den hohen Pegel Vh einnimmt, ist die Basisspantern 15 e und 16 e an die Ausgangsanschlüsse 25 bzw. nung Vu positiver als die Bezugsspannung V_Tet, so daß 26 angeschlossen, an denen komplementäre Ausgangs- der Transistor 11 eingeschaltet und der Transistor 12 signale C und C abgenommen werden. 5 abgeschaltet ist. Der Strom wird dann durch die KoI-

Die Ausgangstransistoren 13 und 14 sind mit ihren lektor-Emitter-Strecke des Transistors 11 geleitet, so Kollektoren 13c und 14c an Ausgangsklemmen 25 daß die Spannung an seinem Kollektor lic einen bzw. 26 angeschlossen, und mit ihren Emittern 13 e und relativ niedrigen Wert hat, während die Spannung am 14 e zusammengeschaltet und über einen gemeinsamen Kollektor 12 c relativ groß ist. Diese beiden relativ Laststromweg, der als Emitterwiderstand 20 darge- io großen bzw. kleinen Spannungspegel werden infolge stellt ist, zu dem zweiten Stromzuführungsanschluß 22 der Pegelverschiebung an den Basis-Emitter-Strecken geführt. Die Basis 14b liegt an der Spannung V_rot am der Transistoren 15 und 16 an die Ausgangsanschlüsse Anschluß 23, die Basis 13 b ist mit dem Eingangsver- 25 bzw. 26 übertragen, so daß die Ausgangssignale C bindungspunkt 24 verbunden. und C die Werte LO bzw. HI einnehmen.

Eine geeignete Betriebsspannungsquelle 35, welche 15 Haben andererseits beide Binärsignale A und B den die Spannung E liefert, ist zwischen die Stromzu- niedrigen Pegel Vt, dann ist die Basisspannung Vu führungsanschlüsse 21 und 22 geschaltet. Für die dar- des Transistors 11 weniger positiv als die Spannung gestellten NPN-Transistoren ist die negative Klemme Fret, so daß der Transistor 12 eingeschaltet und der der Stromquelle 35 mit dem Anschluß 22 und ihre Transistor 11 abgeschaltet wird. Der Strom wird dann positive Klemme mit dem Anschluß 21 verbunden, 20 durch die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 12 wobei der Anschluß 21 willkürlich mit einem geeig- geleitet, so daß die Spannung an seinem Kollektor 12 c neten Bezugspotential, das in der Zeichnung durch das einen relativ niedrigen Wert einnimmt, während die Massesymbol dargestellt ist, verbunden ist. Selbst- Spannung am Kollektor lic einen höheren Pegel hat. verständlich lassen sich auch PNP-Transistoren in der Diese beiden Spannungspegel an den Kollektoren lic erfindungsgemäßen Schaltung verwenden, die Strom- 25 und 12 c werden durch die Pegelverschiebung an den quelle 35 ist dann umgepolt. Basis-Emitter-Strecken der Emitterfolgertransistoren

Die Binärsignale A und B und die Ausgangssi- 15 und 16 an die Ausgangsanschlüsse 25 bzw. 26 übergnale C und C haben die bekannte Form unterschied- tragen, so daß die Ausgangssignale C und C die licher Signalpegel HI und LO, deren Übergang an der Werte HI bzw. LO einnehmen.

Basiselektrode 326 als Wellenform 36 dargestellt ist. 30 Wenn schließlich eines oder beide der Eingangs-Die feste Bezugsspannung V_Tet kann von irgendeiner . signale A und B den Pegel HI haben, so hat das Ausgeeigneten Spannungsquelle abgenommen werden. Bei- gangssignal C den Pegel LO. Nur dann, wenn beide spielsweise kann die Spannung V_Tet von einer tem- binären Eingangssignale A und B den Pegel LO einperaturkompensierten Spannungsteileranordnung, wel- nehmen, hat das Ausgangssignal C den Pegel HI. Nache zwischen die Anschlüsse 21 und 22 geschaltet ist, 35 türlich ist das Ausgangssignal C in allen oben beabgenommen werden. Die Bezugsspannung Fret liegt schriebenen Fällen komplementär zum Ausgangszwischen den Signalsprungpegeln (Vu) an der Ba- signal C. Werden den Binärsymbolen 1 und 0 die sis 11 b. Die Signalpegel Vu werden von den Pegeln Vl Pegel/// bzw. LO zugeordnet, dann arbeitet die und Vh der Signale A oder B gebildet, deren Pegel Schaltung als NOR-Gatter hinsichtlich des Ausgangsdurch die an der Basis-Emitter-Strecke eines der Tran- 4° signals C und als ODER-Gatter hinsichtlich des Aussistoren 31 oder 32 liegenden Spannung (F_e&) in ihrem gangssignals c. Werden andererseits den Binärsym-Pegel verändert werden. So ändert sich der Signal- bolen 1 und 0 die Pegel LO bzw. HI zugeordnet, dann sprung der Spannung Vu zwischen den Werten Vh- arbeitet die Schaltung als NAND-Gatter hinsichtlich Vbe und Vl- F&e· Zum Zweck der nachfolgenden Be- des Ausgangssignals C und als UND-Gatter hinsichtschreibung wird F_ref als in der Mitte zwischen den 45 lieh des Ausgangssignals C.

Pegeln von Vu liegend betrachtet: Der gemeinsame Emitterwiderstand 20 und die

Spannungsquelle 35 bilden eine weitere Stromquelle

y _ (Vh- Vbe) + (Vl-Vbe) ~. für die Schalttransistoren 13 und 14 nach, welche auf

^re£ 2 ' die binären Eingangssignale A und B ansprechen und

50 den Strom dieser weiteren Stromquelle entweder durch

Y Vh-\-Vl γ ,y. den einen oder durch den anderen, jedoch nicht durch

^reI 2 ^be' beide der Emitterfolgertransistoren 15 und 16 führen.

Tatsächlich werden also jeweils ein Schaltertransistor

Die Ausgangsanschlüsse 25 und 26 sind mit den und ein Ausgangstransistor infolge der Verbindung Lastimpedanzen, die als Kapazitäten Cx₁ und Cl₂ 55 ihrer Basen 13 b und 14 b mit den Basen 11b bzw. 12 b dargestellt sind, verbunden. Die Kondensatoren Ct₁ parallel betrieben. Wenn der Transistor 11 einge- und Cli stellen die gesamte Eingangsimpedanz der schaltet wird (HI Pegel des Signals A oder B) und der Eingangstransistoren eines oder mehrerer weiterer ge- Transistor 12 abgeschaltet wird, dann werden also steuerter Gatter dar einschließlich anderer Kapa- gleichermaßen die Transistoren 13 und 14 ein- bzw. zitäten, etwa der Schaltkapazität, die an den Ausgangs- ^6o ausgeschaltet. Im anderen Zustand, bei dem die Sianschlüssen wirken. gnale A und B beide den Pegel LO haben, werden die

Es sei zunächst der Betrieb der Schaltung ohne Be- Transistoren 11 und 13 ab- und die Transistoren rücksichtigung der Ausgangstransistoren 13 und 14 und 14 angeschaltet. In Abhängigkeit von den binären und unter der Annahme, daß die Transistoren 15 und Eingangssignalzuständen wird also einer der Tran-16 als Emitterfolger mit Reihen-Emitterwiderständen 65 sistoren 13 und 14 eingeschaltet und führt den Strom betrieben werden, betrachtet. Der gemeinsame Emit- des Widerstands 20 und der Stromquelle 35 zu dem terwiderstand 19 und die Spannungsquelle 35 bilden zugeordneten Emitterfolgertransistor und Ausgangseine Stromquelle für die Schaltertransistoren 11 und anschluß.

Obwohl der Transistor 13 zur Abtrennung des Emitterfolgertransistors 15 vom gemeinsamen Emitterwiderstand 20 abgeschaltet werden kann (A = B = Vi_n C = Vh), bleibt dieser Transistor 15 noch leitfähig und bildet erstens einen Basisstrompfad für die Eingangstransistoren eines mit dem Ausgangsanschluß 25 verbundenen CML-Gatters und zweitens einen Reststrompfad für den Transistor 13. Die gleichen Betrachtungen gelten für den Emitterfolgertransistor 16, wenn C = Vn ist.

Um einen minimalen Emitterstrorn für die Emitterfolgertransistoren 15 und 16 während der stabilen Zustände sicherzustellen, kann ein Widerstandsnetzwerk eingefügt werden, welches einen Stromableitungspfad für diese Transistoren darstellt. Beispielsweise kann ein einziger Widerstand 37 zwischen die Ausgangsanschlüsse 25 und 26 geschaltet sein. Wenn der Transistor 13 angeschaltet und der Transistor 14 abgeschaltet ist (A oder B = Vh), dann ist auf diese Weise ein minimaler Emitterstrom für den Ausgangsemitterfolgertransistor 16 in dem durch den Widerstand 37, die Kollektor-Emitter-Streclce des Transistors 13 und den Widerstand 20 gebildeten Strompfad gewährleistet.

Die Einfachheit der Erfindung liegt in der unmittelbaren Verbindung über vernachlässigbar kleine Impedanzen (praktisch nur noch Leitungen) von den Basen 13δ und 14b zu den Basen 11 b bzw. 126, so daß ein der durch die beiden Schaltertransistoren gebildete Eingangssignalschalter und der durch die Ausgangstransistoren gebildete Laststromübernahmeschalter praktisch paralbl durch einen Signalspannungssprung von dem gleichen Wert (d. h. Vh- Vl Volt) betrieben werden. Auf diese Weise hat dsr letztgenannte Schalter die gleiche Störunempfindlichkeit wie dsr erstgenannte Schalter. Zusätzlich tritt wegen der Paralblverbindung keine Verzögerung zwischen den Schaltvorgängen beider Schalter auf.

Die Emitterfolgsrtransistoren 31 und 32 der Eingangsschaltung halten erstens die Basiselektroden 11 & und 13 & um die zusätzliche Spannung F&_e unterhalb der Spannung des Stromzuführungsanschlusses 21 (OVoIt). Auf diese Weise liegt über den Kollektor-Basis-Strecken der Transistoren 11 und 12 eine um einen Faktor von Vi,_e Volt höhere Sperrspannung, so daß die Tendenz zur Sättigung geringer und daher die effektive Kollektor-Basis-Kapazität etwas kleiner ist. Zweitens setzen sie die Basis-Kollektor-Kapazität und die anderen Kapazitäten der Schaltertransistoren 11 und 13, bezogen auf den Signaleingang, um einen Faktor β herab. Demzufolge ergeben sich höhere Schaltgeschwindigkeiten und weitläufigere Anschaltmöglichkeiten, ohne daß die Schalteigenschaften anderer Gatter, welche die Eingangssignale A und B liefern, beeinträchtigt wurden.

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   ίο 1. Stromübernahmeschalter mit zwei emitter-

   seitig an eine Konstantstromquelle geschalteten Schaltertransistoren, die kollektorseitig mit je einem Emitterfolger zur Übertragung der Ausgangssignale an Ausgangsklemmen verbunden sind und basisseitig an einer Bezugsspannung bzw. einer Eingangsschaltung liegen, welche Eingangssignale mit oberhalb und unterhalb der Bezugsspannung liegenden Pegeln liefert, gekennzeichnet durch zwei zusätzliche Ausgangstransistoren (13, 14), die mit ihren Kollektor-Emitter-Strecken zwischen je eine der Ausgangsklemmen (25 bzw. 26) und eine gemeinsame weitere Konstantstromquelle (20,35) geschaltet sind und deren Basen jeweils mit der Basis des zu der betreffenden Ausgangsklemme gehörigen Schaltertransistors (11 bzw. 12) zusammengeschaltet sind.
2. 2. Stromübernahmeschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangstransistoren (13,14) mit ihren Emittern an einem gemeinsamen Emitterwiderstand (20) liegen.
3. 3. S tro mübernahmeschalter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstantstromquellen durch eine gemeinsame Betriebsspannungsquelle (35) und zwei getrennte Emitterwiderstände (19, 20) gebildet werden, die den einen Pol (Leitung 22) der Betriebsspannungsquelle mit den Emittern der Schalttransistoren (11,12) bzw.

   . mit den Emittern der Ausgangstransistoren (13,

   14) verbinden.
4. 4. Stromübernahmeschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsschaltung einen oder mehrere, mit ihren Kollektor-Emitter-Strecken parallelgeschaltete Eingangstransistoren (31, 32) aufweist, deren Basen binäre Eingangssignale (A, B) zugeführt werden.
5. 5. Stromübernahmeschalter nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Transistoren vom gleichen Leistungstyp sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen