DE1562282C - Elektronischer Schalter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektronischen Schalter, insbesondere elektronischen Umschalter, für Geräte und Einrichtungen der Hochfrequenztechnik.

In der Nachrichtenübertragungstechnik werden transistorisierte Schalter Diodenschaltern oftmals vorgezogen, weil die ihnen eigene Verstärkereigenschaft neberi der eigentlichen Schaltfunktion für zahlreiche Anwendungsfälle nicht nur wünschenswert ist, sondern mit Rücksicht auf einen wirtschaftlich vernünftigen Aufwand oftmals eine erhebliche Bedeutung hat. Die Anwendung von Transistorschaltern bereitet bei hohen Frequenzen insbesondere dann Schwierigkeiten, wenn das zu schaltende Signal, beispielsweise das Zwischenfrequenzsignal in einem Richtfunksystem, sehr breitbandig ist. Hier wirkt sich die Sperrschichtkapazität der die Schalter bildenden Transistoren nachteilig auf die mit einem solchen Schalter erreichbare Sperrdämpfung aus. Dies gilt auch dann, wenn der Transistor als reiner Schalttransistor verwendet ist, weil sich eine breitbandige·" Entkopplung seiner Basis gegen die auf Bezügspotential liegende Steuer-Spannungsquelle praktisch nicht in ausreichendem Mäße durchführen läßt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen Transistorschalter der einleitend beschriebenen Art eine einfache Lösung anzugeben, die es unter anderem bei großen Anforderungen an die Sperrdämpfung gestattet, breitbandige Signale hoher Frequenz zu schalten.

Ausgehend von einem elektronischen Schalter für Geräte und Einrichtungen der Hochfrequenztechnik unter Verwendung einer wenigstens einen Transistor aufweisenden Verstärkerschaltung mit einer der Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors zur Stromflußrichtung gleichsinnig in Reihe geschalteten Diode wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Diode auf der Kollektorseite des in Emitter- oder Basisschaltung betriebenen Transistors vorgesehen ist und über sie der Kollektor mit der Betriebsgleichspannungsquelle in Verbindung steht und daß im Verbindungsweg zwischen der Diode und der Betriebsgleichspannungsquelle eine Schalteinrichtung vorgesehen ist, mit der zum Sperren des elektronischen Schalters der Verbindungsweg vom Kollektor zur Betriebsgleichspannungsquelle unterbrochen und der Diode eine wirksame Sperrgleichspannung zugeführt wird.

Es sind zwar bereits Transistor-Relaisschaltungen bekannt, die unter anderem von einem Schalttransistor Gebrauch machen. Der Schalttransistor weist hierbei sowohl in der Basiszuleitung als auch in der Emitterzuleitung einen Gleichrichter auf, die den Arbeitspunkt des Schalttransistors in dessen geöffneten Zustand festlegen, d. h. seine Sättigung verhindern. Diese bekannten Anordnungen unterscheiden sich vom Erfindungsgegenstand sowohl hinsichtlich der Aufgabe als auch hinsichtlich der Lösung so wesentlich, daß sie mit diesem nicht verglichen werden können.

Durch die erfindungsgemäße Lösung läßt sich bei Erhaltung der Verstärkereigenschaft des Transistors eine große Sperrdämpfung bei hohen Frequenzen erzielen, weil die sehr kleine Diodenkapazität die Wirksamkeit der Sperrschichtkapazität des Transistors stark herabsetzt. Außerdem verhindert die Diode beim Sperren eine Rückwirkung des sich hierbei' ändernden Transistorinnenwiderstandes auf den in Übertragungsrichtung folgenden Verbraucher.

Da die Grenzfrequenz von Transistoren für die verschiedenen Grundschaltungen unterschiedlich groß, d. h. bei der Basisschaltung am größten ist, ist es zweckmäßig, den Transistor in Basisschaltung zu betreiben.

Die Schaltgeschwindigkeit ist beim Schalter nach der Erfindung in hohem Maße davon abhängig, wie rasch die Sperrspannung nach dem Abschalten der

Betriebsgleichspannung an der Diode wirksam wird. Besonders günstige Ergebnisse lassen sich dann erzielen, wenn die Betriebsgleichspannungsquelle in Reihe mit der einen Schalter darstellenden Schaltein-

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richtung und die Sperrgleichspannungsquelle in Reihe Transistors Tr wird stromlos, und die Diode D geht mit einem ausreichend hochohmigen Vorwiderstand in den Sperrzustand über. Auf diese Weise wird ereinander parallel geschaltet sind und hierbei im Ver- reicht, daß nicht nur die Diode D eine Sperrwirkung bindungsweg zwischen dem Schalter bzw. dem ge- ausübt, sondern auch der Transistor Tr infolge seines memsamen Verbindungspunkt von Schalter und Vor- 5 strom- und spannungslos gewordenen Kollektors,
widerstand und der Diode ein den Arbeitswiderstand Nach der Lehre der Erfindung aufgebaute und erdes Transistors darstellender kollektorseitiger Wider- probte Schalter entsprechend dem Ausführungsbeistand vorgesehen ist. spiel nach der F i g. 1 ergeben bei einer Bandmitten-

Erfüllt die mit einem Transistor in Verbindung mit frequenz von 70 MHz des Signals eine Sperrdämpfung

einer Diode nach der Erfindung erzielbare Schalter- io von größer als 40 db. Außerdem lassen sich auf

sperrdämpfung noch nicht die gestellten Anforderun- Grund der ständig über den Vorwiderstand Rv wirk-

gen, so können vorteilhaft zwei und mehrere solcher samen Sperrspannung + U Schaltzeiten von kleiner

Schalteinheiten hintereinandergeschaltet werden. als 5 ,usec ohne weiteres erzielen.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, bei Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für einen dem zwei Schaltwege mit jeweils wenigstens einem 15 Umschalter nach der Erfindung, wie er beispielweise Transistor zu einem Umschalter vereinigt sind, ist die in der ZF-Ebene eines Richtfunksystems Verwen-Schalteinrichtung ebenfalls als Umschalter, Vorzugs- dung finden kann, ist in der F i g. 2 dargestellt. Hierweise in Gestalt einer Kippstufe, ausgeführt, über den bei sind für jeden der beiden Schaltwege zwischen die Betriebsgleichspannungsquelle über die Diode dem Eingang el und dem Ausgang α sowie dem Einwahlweise mit dem Kollektor des Transistors für den 20 gang e5 und dem Ausgang« je zwei hintereinandereinen oder den anderen Schaltweg verbunden wird. geschaltete Schalter vorgesehen. Jede der vier Schalt-

An Hand von Ausführungsbeispielen, die in der stufen weist einen Transistor TrIl, Tr 12, Tr 21,

Zeichnung dargestellt sind, soll die Erfindung im fol- Tr 22 auf, dem kollektorseitig, entsprechend demAus-

genden noch näher erläutert werden. führungsbeispiel nach der Fig. 1, eine Diode D11,

Bei dem in der Fig. 1 dargestellten Ausführungs- 25 D12, D21, D22 in Reihe geschaltet ist. Die Sperrbeispiel besteht der elektronische Schalter nach der spannung + U steht einerseits über den Vorwider-Erfindung aus einem Transistor Tr in Basisschaltung, stand RvI mit den Kollektorwiderständen der Trandem kollektorseitig eine Diode D derart in Reihe ge- sistoren TrIl und Tr 12 des einen Schaltweges und schaltet ist, daß das seinem Eingang zugeführte Signal andererseits über den Vorwiderstand Rv 2 mit den über die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors Tr 30 Kollektorwiderständen der Transistoren Tr 21 und und die Diode D an den Ausgang α gelangt. Die Be- 7V22 des anderen Schaltweges in fester Verbindung, triebsgleichspannung — U liegt dem Transistor kol- An Stelle des Schalters nach der F i g. 1 wird beim lektorseitig über die Reihenschaltung aus dem Schal- Umschalter nach der F i g. 2 die Betriebsspannung ters, dem KollektorwiderstandRc und der DiodeD —U den Kollektorwiderständen der Transistoren parallel. Die Sperrspannung -f U liegt ihrerseits der 35 eines Schaltweges über den Umschalter s' zugeführt. Reihenschaltung aus der Betriebsgleichspannung — U Je nach Stellung des Umschalters s' ist somit der eine und der Schalteinrichtung s in Reihe mit dem ausrei- der beiden Schaltwege gesperrt und der andere offen, chend hochohmig bemessenen Vorwiderstand Rv par- Bei der Hintereinanderschaltung von beispielsweise allel. Die Sperrspannung +U stellt außerdem mit zwei Schaltstufen entsprechend der Fig. 2 läßt sich Hilfe des Emitterwiderstandes Re die für den Betrieb 40 infolge des niederohmigen Eingangs und des hochdes Transistors Tr erforderliche Basisvorspannung. ohmigen Ausgangs der Schaltstufen praktisch eine

Solange der Schalter s geschlossen ist und damit Verdopplung der Sperrdämpfung erreichen. Sofern die Betriebsgleichspannung — U über die hierdurch in die Verstärkereigenschaft auch der ersten Schaltstufe Durchlaßrichtung vorgespannte Diode D am Kollek- eines Schaltweges zur Verstärkung des zu schaltenden tor des Transistors anliegt, wird das eingangsseitige 45 Signals herangezogen werden soll, kann dies in einSignal praktisch verlustlos zum Ausgang α hin über- fächer Weise dadurch geschehen, daß an Stelle des tragen. Eine Verstärkung kann in bekannter Weise Kollektorwiderstandes ein Übertrager vorgesehen ist, durch entsprechende Wahl der Größe des dem Aus- mit dessen Hilfe eine Hochtransformation des Strogang s nachgeschalteten Verbrauchers erzielt werden. mes in Richtung auf den Eingang der zweiten Schalt-Bei geschlossenem Schalters füllt die Sperrspannung 50 stufe durchgeführt wird.

+ U restlos am Vorwiderstand Rv ab, so daß sie in Die ausgangsseitige Anpassung des Umschalters an

diesem Zustand der Schaltung an der Diode nicht den Verbraucher gestaltet sich dadurch besonders

wirksam werden kann. Wird der Schalter j geöffnet, günstig, daß die in den Schaltwegen vorgesehenen

dann wird gleichzeitig mit dem Abschalten der Be- Dioden im gesperrten Zustand eines Schaltweges

triebsgleichspannung — U die Sperrspannung + U über 55 ebenfalls gesperrt sind und dadurch der gesperrte

den Vorwiderstand Rv und den Kollektorwiderstand Schaltweg den anderen leitenden Schaltweg ausgangs-

Rc an der Diode D wirksam, d. h., der Kollektor des seitig praktisch nicht belastet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Elektronischer Schalter für Geräte und Einrichtungen der Hochfrequenztechnik unter Verwendung einer wenigstens einen Transistor aufweisenden Verstärkerschaltung mit einer der Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors zur Stromflußrichtung gleichsinnig in Reihe geschalteten Diode, dadurchgekennzeichnet, daß die Diode (D) auf der Kollektorseite des in Emitter- oder Basisschaltung betriebenen Transistors (Tr) vorgesehen ist und über sie der Kollektor mit der Betriebsgleichspannungsquelle in Verbindung steht und daß im Verbindungsweg zwischen der Diode und der Betriebsgleichspannungsquelle eine Schalteinrichtung (s) vorgesehen ist, mit der zum Sperren des elektronischen Schalters der Verbindungsweg vom Kollektor zur Betriebsgleichspannungsquelle (— U) unterbrochen und der Diode (D) eine wirksame Sperrgleichspannung (+U) zugeführt wird.

2. Elektronischer Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsgleichspannungsquelle (— U) in Reihe mit der einen Schalter (s) darstellenden Schalteinrichtung und die Sperrgleichspannungsquelle (+U) in Reihe mit einem ausreichend hochohmigen Vorwiderstand (Rv) einander parallel geschaltet sind und daß im Verbindungsweg zwischen dem Schalter (s) bzw. dem gemeinsamen Verbindungspunkt von Schalter (s) und Vorwiderstand (Rv) und der Diode ein. den Arbeitswiderstand des Transistors (Tr) darstellender kollektorseitiger Widerstand (Rc) vorgesehen ist.

3. Elektronischer Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch seine zwei- und mehrfache Hintereinanderschaltung.

4. Elektronischer Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zwei Schaltwege mit jeweils wenigstens einem Transistor zu einem Umschalter vereinigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung ebenfalls als Umschalter (s'), vorzugsweise in Gestalt einer Kippstufe, ausgeführt ist, über den die Betriebsgleichspannungsquelle (—[/) über die Diode (D 11/D12 bzw. D 21/D 22) wahlweise mit dem Kollektor des Transistors (Tr 11/Tr 12 bzw. Tr 21/Tr 22) für den einen oder den anderen Schaltweg verbunden wird.