DE1907015C3 - Richtungsabhängiger elektronischer Schalter - Google Patents

Description

65

Die Erfindung bezieht sich auf einen richtungsabhängigen elektronischen Schalter mit einem Transistorverstärker, der durch ein /uführbures Sperrpotential wahlweise gesperrt wird. Derartige Schalter haben bisher den Nachteil einer für viele Anwendungsfälle zu geringen Sperrdämpfung. Weiterhin ergeben sich bei der Durchschaltung von Gleichspannungen Potentialdifferenzen zwischen dem Schalterein- und -ausgang, die auf die Schwellwertspannungen der verwendeten Transistoren zurückzuführen sind. Für genauere Schaltungstechniken ist ferner die Temperaturdrift der bekannten Schalter nachteilig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, sämtliche der genannten Nachteile der bekannten Schalter zu verbessern. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß zwei in Kaskade geschaltete, mit Transistoren entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps bestückte Verstärkerstufen in Kollektorschaltung vorgesehen sind und daß ein wahlweise durchsteuerbarer Transistor so angeordnet ist, daß das Sperrpotential über seine Emitter-Kollektor-Strecke an die Basis der nachgeschalteten und den Emitter der vorgeschalteten Verstärkerstufe durchschaltbar ist.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß durch die genannte Anordnung zweier in Kaskade geschalteter, mit Transistoren entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps bestückter Verstärkerstufen in Kollektorschaltung zusammen mit dem durchsteuerbaren Transistor die Eigenschaften einer größeren Sperrdämpfung und einer stark verringerten Temperaturabhängigkeit mit einem minimalen Schaltungsaufwand erreich; werden. Außerdem können neben Wechsel- und Gleichspannungen insbesondere auch breitbandige Signale störungsfrei durchgeschaltet werden.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung wird zur wahlweisen Durchschaltung eines von zwei oder mehreren Eingangssignalen an einen gemeinsamen Ausgang jedem ders* Iben ein Transistorverstärker individuell zugeordnet, wobei die ausgangsseitigen Emitter-Kollektor-Strecken aller Transistorverstärker mit einem gemeinsamen Emitterwiderstand verbunden sind. Hierbei bewirkt der jeweils durchgeschaltete Transistorverstärker eine Erhöhung der Sperrdäinpfung aller gesperrten Verstärker, so daß eine hohe Nebensprechdämpfung erzielt wird.

Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird ein zusätzlicher Transistor mit einem Leitfähigkeitstyp vorgesehen, der dem der zweiten Verstärkerstufe entgegengesetzt ist. wobei dessen Kollektor mit dem Emitterwiderstand und dessen Basis mit dem transistorseitigen Anschluß eines Koilektorwiderstands der zweiten Verstärkerstufe verbunden sind. Hierdurch wird die Durchlaßdämpfung des Schalters verringert und gleichzeitig im Falle der Anordnung mehrerer Transistorverstärker mit einem gemeinsamen ausgangsseitigen Emitterwiderstand die Nebensprechdämpfung weiter erhöht.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand einiger in der Zeichnung dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Ein nach der Erfindung aufgebauter elektronischer Schalter besteht z. B. aus den Transistoren 7s 11, Ts 21 und 7s 31. von denen TsIl und Ts 31 einen zweistufigen Verstärker in Kollektorschaltung bilden. Der Emitterwiderstand der ersten Stufe ist mit 1 bezeichnet und an das Betriebspotential + U geführt, während die sich anschließende Verstärkerstufe 7s31 einen Emitterwiderstand 2 aufweist, der mit dem Bezugspotential 0 der Schaltung verbunden ist. Der Kollektor von 7s 11 ist gleichfalls an das Bezugspotential gelegt, während der

Kollektor von 7s 31 an das Betriebspoteniial +// geführt ist. Ein an den Eingangsklcmmcn Hi-E anliegendes Gleich· oder Wechselstromsignal //1 wird an die Basis von 7s 11 geführt und gelangt über den Emitterwidersland 1 an die Basis von Ti 31. wobei der ausgangsseitige Emitierwiderstand 2 das Signal E I an den Ausgang A i-A 2 weitergibt.

In dem zunächst betrachteten Fall der Durchschaltung eines Signals Hi von Elf nach A i-A 2 werden beide Transistoren 7s I1 und Ts 31 jeweils in definierten Arbeitspunkten betrieben. Dabei ist Ts 2\ gesperrt. Soll nun die Durchschaltung von LJ1 unte^rbrochcn werden, so wird eine positive Steuergleichspannung (Zs 1 an die Basis des Transistors Ts 21 angelegt. Dieser wird leitend, wobei das Bezugspotentiai 0 über seine niederohmige Emitter-Kollektor-Strecke an die Basis von 7s 31 und den Emitter von TsIl durchgeschaltet wird. In der dargestellten Ausbildung der Transistoren mit 7s 11 als pnp-Typ und Ts 3J als npn-Typ stellt das BezugspoientialO sowohl für Ts 31 als auch für Ts 11 ein Sperrpotential dar.

Bei Durchschaltung eines G/eichspanrtungssignals ί.'Ί von Ei-E nach Ai-A2 kompensieren sich die Spannungsabfälle an den Basis-Emitter-Dioden der Transistoren 7s U und 7s31. so daß keine Potentialdifferenzen zwischen dem Schaltereingang und -ausgang entstehen. Auch die Temperaturabhängigkeiten beider Verstärkerstufen wirken einander entgegen, so daß die resultierende Temperaturabhängigkeit der bisher beschriebenen Gesamtschaltung praktisch aufgehoben wird

Wird der Transistor Ts 21. der in der Zeichnung als npn-Typ dargestellt ist und mit einer positiven Steuerspannung Us I basisseitig beaufschlagt ist. durch einen Transistor entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps ersetzt, so ist ?u seiner Durchschaltung, insbesondere in den Sättigungszustand, eine negative Steuerspannung erforderlich. In bezug auf die Zuführung des Sperrpotentials an FsIl und Ts 31 ändert sich hierbei jedoch nichts.

Zum Zwecke einer wahlweisen Durchschaltung eines von zwei oder mehreren Eingangssignalen Ui, U2 bis Un an den gemeinsamen Ausgang Ai-A2 werden jedem dieser Signale eigene Transistorverstärker zugeordnet, deren ausgangsseitige Emitter-Kollektor-Strecken mit einem gemeinsamen Emitterwiderstand 2 verbunden sind. In der Figur ist der Verstärker für das Eingangssigna! U 2 mit Ts 12, Ts 22 und 7s 32 bezeichnet. Dabei ist angenommen, daß das Eingangssignal U2 vom Eingang E2-F.an den Ausgang A i-A 2 durchgeschaltet ist, was durch eine strichpunktierte Linie hervorgehoben wird. Zu diesem Zweck ist der Transistor 7s 22 von dem zugehörigen Steuersignal Us2 freigeschaltet, während die entsprechenden Transistoren der übrigen Verstärker mit einem positiven Steuersignal Us 1 bis Usn beaufschlagt sind.

Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist ein zusätzlicher Transistor Ts 4 vorgesehen, dessen Leitfähigkeitstyp dem der zweiten Verstärkerstufe, z. B. 7s 31, entgegengesetzt ist. Der Kollektor von Ts4 ist dabei mit g₀ dem Emitterwiderstand 2 verbunden, während seine Basis an den transistorseitigen Anschluß eines Kollektorwiderstands 3 der zweiten Verstärkerstufe geführt ist. Die Transistoren 7s31 und 7s4 stellen somit einen spannungsgegengekoppeiten Verstärker dar. dessen Innenwiderstand, von der. Ausgangsklemmen A i-A 2 her betrachtet, wesentlich verringert ist, so d;«ß eine Verringerung der Durchlaßdämpfung von Ei-E nach A i-A 2 eintritt. Zweckmäßigerweise ist der Transistor 7s4 bei einer Anordnung mehrerer Verstärker entsprechend Fig. 1 diesen gemeinsam zugeordnet In diesem Fall wird die Nebensprechdämpfung des Umschaiiers weiter erhöht, da die durch fs4 bewirkte Verringerung des Verstärkerinnenwiderstands des jeweils leitenden Verstärkers die Spannungsteilung in den übrigen gesperrten Schalterzweigen jeweils in diesem Sinne beeinflußt.

Bei einer Durchschaltung eines der Eingangssignale. x. B. U 1. an den Ausgang A i-A 2 befindet sich 7s 4 in einem Arbeitspunkt, der durch die Stromteilung des Kollektorstromes des jeweils eingeschalteten Verstärkers. z.B. 7s31, im Schaltungspunkt 4 bestimmt ist. Diese Stromteilung ist durch die Größe des Kollektorwidersiands 3 in bezug auf den Eingangswiderstand des Transistors 7s 4 gegeben. Wird diese Stromteilung so bemessen, daß das Produkt der Stromverstärkungen von Ts31 und Ts 4 ein Maximum erreicht, so ist die Durchlaßöffnung zwischen Fl-F und A i-A 2 besonders niedrig, da der Ausgangswiderstand, gesehen von den Klemmen A i-A 2, einen minimalen Wert erreicht.

Durch Einführung eines zusätzlichen Widerstands 5 kann die Spannungsverstärkung eines gegengekoppelten Verstärkers, z. B. 7s 31. 7s4. auf Werte ν > 1 erhöht werden, wobei der Durchlaßwiderstand zwischen Ei-E und A i-A2 aber etwas ansteigt, da der Gegenkopplungsgrad sinkt. Es kann vorteilhaft sein, mit Hilfe des Widerstands 5 die durch Spannungsteilung an dem inneren Widerstand der Verstärkerschaltung und dem ausgangsseitigen Emitterwiderstand 2 hervorgerufene Dämpfung zu kompensieren, so daß der Verstärker zwischen den Klemmen Ei-E und Ai-A2 die Durchlaßdämpfung Null aufweist.

Eine bevorzugte Anwendungsmöglichkeit für die Erfindung ergibt sich als Bereichsumschalter in Geräten der elektrischen Meß- und Nachrichtentechnik. Hierbei können die Eingangssignale Ui bis Un z.B. von den einzelnen Abgriffen eines im Geräteeingang liegenden Stufenspannungsteilers abgenommen werden. Die den elektronischen Schalter nach der Erfindung auszeichnenden Eigenschaften in bezug auf Störungsfreiheit, Durchlaß- und Sperrdämpfung können in diesem Anwendungsfall mit besonderem Vorteil ausgenutzt werden. Weitere günstige Anwendungsmöglichkeiten bestehen bei der Umschaltung mehrerer Generatoren auf einen Lastwiderstand, z. B. zum Zwecke einer Frequenzumschaltung, sowie ganz allgemein bei Torschaltungen, Modulatoren, Zerhackern od. dgl. Daneben sind jedoch auch andere im einzelnen nicht aufgeführte Anwendungen von Bedeutung, bei denen Gleichspannungs- oder breitbandige Wechselspannungssignale schnell, driftarm und insbesondere auch im Fernsteuerbetrieb störungsfrei geschaltet oder umgeschaltet werden sollen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

"atentansprüche:

1. Richtungsabhängiger elektronischer Schalter mit einem Transistorverstärker, der durch ein zuführbares Sperrpotential wahlweise gesperrt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwei in Kaskade geschaltete, mit Transistoren entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps bestückte Versiärkerstufen (Ts II, Ts31; 7s 12, Ts32 bis Ts Xn, Ts3 n) in Kollektorschaltung vorgesehen sind und daß ein wahlweise durchsteuerbarer Transistor (Ts 21, Ts 22 bis Ts2 n)so angeordnet ist, daß das Sperrpotential (0) über seine Emitter-Kollektor Strecke an die Basis der nachgeschalteten (Ts31, Ts32 bis Tsi n) und den Emitter der vorgeschalteten Verstärkerstufe (Ts 11, Ts 12 bis Ts 1 njdurchschaltbar ist.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur wahlweren Durchschaltung eines von zwei oder mehreren Eingangssignalen (UX, U2 bis Un) an einen gemeinsamen Ausgang (AX, A 2) jedem derselben ein Transistorverstärker (Ts 11, 7s31; 7512. 7s32 bis TsXn, TsZn) individuell zugeordnet ist und daß die ausgangsseitigen Emitter-Kollektor-Strecken aller Transistorverstärker mit einem gemeinsamen Emitterwiderstand (2) verbunden sind.

3. Schalter nach Anspruch 3 oder 2. gekennzeichnet durch einen zusätzlichen Transistor (Ts4) mit einem Leitfähigkeitstyp, der dem der zweiten Verstärkerstufe (Ts31, 7s32bis Ts3 /^entgegengesetzt ist, dessen Kollektor mit dem Emitterwiderstand (2) und dessen Basis mit dem transistorseitigen Anschluß eines Kollektorwiderstands (3) der zweiten Verstärkerstufe (Ts 3*. Fs32 bis Ts 3 n) verbunden sind.

4. Schalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektorwiderstand (3) so bemessen ist, daß sich eine Aufteilung der Kollektorströme des Transistors der zweiten Verstärkerstufe ^Ts 31. 7s32 bis Ts3n) und des zusätzlichen Transistors (7s 4) ergibt, bei der das Produkt ihrer Stromverstärkungen ein Maximum ist.

5. Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitterwiderstand (2) der zweiten Verstärkerstufe (Ts3t. 7s32 bis Ts3 n) und der Kollektor des zusätzlichen Transistors (7s4) über einen Widerstand (5) miteinander verbunden sind und die Ausgangsklemme (A X) am Kollektor des zusätzlichen Transistors (7s 4) liegt.

6. Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der das Sperrpotential (0) zuführende Transistor (Ts 21,

Fs 22 bis Ts 2 n) insbesondere zum Zwecke einer Fernbedienung, über eine Steuerleitung basisseitig mit einer Steuergleichspannung (+UsX, + Us2 bis + Usn) beaufschlagt ist.

7. Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Anwendung als Bereichsumschalter in Geräten der elektrischen Meß- und Nachrichtentechnik.