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Wählschaltung Die Erfindung betrifft eine Wähischaltung und zwar
insbesondere eine Diodenschaltung, durch welche aus n Eingängen derJenige mit der
r-ten Größe ausgewählt wird.
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Bei verschiedenen Arten von Redundanz-Systemen, bei denen mehrere
z.B. n identische parallele Kanäle benutzt werden, um analoge Signale zu verarbeiten,
ist es notwendig, Wählschaltungen zur Verfügung zu haben, d.h. Schaltungen, die
von den an den entsprechenden Punkten sämtlicher n Kanäle auftretenden Signalen
jenes der r-ten Größenordnung auswählen, d.h. das Signal r-ter Große oder das vom
kleinsten Signal au ierechnet an r-ter Stelle stehende Signal. In einfachen Fällen
können wir n = 3 und r = 2 haben, wobei das Signal, dessen Wert zwischen den Werten
der beiden anderen Signale liegt, gewählt werden soll. (In diesem Fall ist das zweitgrößte
Signal zugleich das zweitkleinste Signal).
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Es ist bekannt, für diesen Zweck Diodenschaltungen zu benutzen.
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Diese bekannte Schaltung besteht aus Diodenkreisen, die ähnlich den
Diodenkreisen logischer Schaltungen sind, obgleich die Eingangssignale analog sind.
Es sind nCr gleiche Diodenkreise mit erster Stufe vorgesehen, die mit den nCr verschiedenen
möglichen Kombinationen von Eingangssignalen gespeist werden. Jeder Diodenkreis
besteht aus r Dioden, die in gleicher Weise gepolt sind, wobei die Eingänge an eine
Seite jeder Diode angeschaltet sind und die
andere Seite jeder Diode
mit einem gemeinsamen Ausgangspunkt verbunden ist. Außerdem ist ein Widerstand zwischen
dem gemeinsamen Ausgangspunkt und eine Spannungsquelle geschaltet, die ausreicht,
wenigstens eine Diode leitfähig zu halten. Jeder Diodenkreis wählt demgemäB jenen
einen Eingang aus, der eine extreme Größe besitzt.
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Diese extreme Größe kann der Maximalwert oder der Minimalwert sein,
je nach Polung der Dioden, jedoch ist er natürlich für sämtliche Diodenkreise von
erster Stufe gleich. Außerdem ist ein einziger Diodenkreis mit zweiter Stufe vorgesehen,
der den Diodenkreisen der ersten Stufe ähnelt, dessen Dioden jedoch entgegengesetzt
zu den Dioden der Kreise von erster Stufe geschaltet sind. Die Schaltung von zweiter
Stufe besitzt nCr Dioden und wird von sämtlichen Diodenkreisen von erster Stufe
gespeist, so daß jener Eingang ausgewählt wird, der den von den Kreisen der ersten
Stufe entgegengesetzten Extremwert besitzt.
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Um ein spezielles Beispiel zu betrachten, soeangenommen werden, daß
es erforderlich ist, das drittgrößte Signal aus sechs Signalen auszuwählen. Wenn
die Signale in dem betreffenden Augenblick 5,4, 2.5, 1, -0.5, und -2 (sntllch in
Volt) betragen, dann ist das größte Signal 5V und das zweitgrößte Signal ist 4V
und das drittgrößte Signal ist 2.5 V und dies ist das gewünschte Signal.
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Diese Signale können in jeder Ordnung an den Eingangsleitungen auftreten;
so können die Signale, wie oben angegeben, auf den Leitungen 1 bis 6 hintereinander
erscheinen oder in jeder anderen möglichen Ordnung, z.B. auf den Leitungen 3, 1,
6, 5, 2, 4. In dem Beispiel wurde daher n = 6 und r = 3 gesetzt. Die Zahl der Kombinationen
nCr von n Größen r mal genommen zu einer Zeit beträgt daher 20 und es sind 20 gleiche
Schaltungen in der ersten Stufe vorhanden, von denen jede drei Dioden besitzt, die
durch alle 20 möglichen Kombinationen der drei Eingänge gespeist werden.
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Die Funktion nCr ist natürlich durch die Formel nCr = r! gegeben.
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Jede dieser Schaltungen in so angeordnet, daß sie den kleinsten ihrer
drei Eingänge auswählt. Diese 20 Schaltungen der ersten Stufe speisen eine einzige
Schaltung zweiter Stufe, die 20 Dioden umfaßt, die entgegengesetzt zu den Dioden
der Schaltungen erster Stufe gepolt sind, so daß die zweite Stufe den größten der
Eingänge auswählt. Es kann gezeigt werden, daß die Ausgänge der Kreise der ersten
Stufe 2,5 V (jeweils) betragen und die anderen Werte sind geringer; der größte Ausgang
der ersten Stufe beträgt 2,) V und dies ist jener, der durch die Schaltung der zweiten
Stufe gewählt wird.
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Das gleiche Ergebnis könnte erlangt werden, indem r = 4 gesetzt wird
und der viertkleinste der sechs Ausgänge ausgewählt wird.
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Dies würde 20 Stufen erster Stufe mit je 4 Dioden erfordern, wobei
wiederum 20 Dioden in der Schaltung zweiter Stufe vorhanden wären, die wiederum
bezüglich der Dioden erster Stufe entgegengesetzt gepolt sind.
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Obgleich diese Anordnung vortrefrlich mit idealen Dioden wäre, führen
die Charakteristiken praktischer Dioden zu gewissen Abweichungen von der theoretischen
Pereektion. In der Praxis ändert sich der Vorwärtsstrom durch jede Stufe von Dioden
umgekehrt proportional zu dem Vorwärtsstrom durch die andere Stufe über einen weiten
Bereich zwischen Abschaltung und Konstantstromabschnitt der Diodencharakteristik.
Dies führt zu einer weiten Veränderung der Vorwärtsvorspannungen über den Dioden,
so daß die beiden Dioden, durch die das gewünschte Eingangssignal nach dem Ausgangssignal
hindurchläuft, an entgegengesetzten Enden ihrer Charakteristiken arbeiten.
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Infolgedessen besteht ein Fehler, der durch die Fehlanpassung in den
Vorwärtsvorspannungen bestimmt wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden.
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Die Erfindung geht aus von einer Wählschaltung, durch die von n Eingängen
der Eingang r-ter Größenordnung auswählbar ist, mit nCr gleichen Diodenkreisen erster
Stufe mit je r Dioden, die durch nCr verschiedene mögliche Kombinationen von r Eingängen
gespeist werden, wobei jeder Kreis der ersten Stufe jenen Eingang mit einem Extremwert
auswählt, und mit einer Schaltung zweiter Stufe, bestehend aus nCr Dioden die gegenüber
den Dioden der Kreise erster Stufe entgegengesetzt gepolt sind und durch die Kreise
der ersten Stufe gespeist werden und jenen Eingang auswählen, der den anderen Extremwert
besitzt, und ist dadurch gekennzeichnet, daß jeder Diodenkreis mit einem im wesentlichen
konstanten Strom gespeist wird. Vorzugsweise werden die im wesentlichen konstanten
Ströme von den Kollektoren der Transistoren mit konstanter Emitter-Basis-Vorspannung
geliefert, £ stehend werden drei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung
beschrieben. In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 ein Schaltbild einer Wählschaltung
mit drei Eingängen, Fig. 2 und 3 vereinfachte Schaltbilder zweier Ausführungsformen
von Wählschaltungen mit vier Eingängen.
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Gemäß Fig.1 werden die drei Einfängt den Leitungen A, B und C zugeführt.
Für diese Schaltung/ n = 3 und r = 2,und das zweitkleinste Eingangssignal wird gewählt.
Für diese Werte von n und r ist nCr = 3> d.h. es sind drei mögliche Kombinationen
von drei Leitungen A,B und C vorhanden und zwar jeweils zwei zu jeder Zeit, d.h.
A und B; B und C; und A und C. Jede dieser Kombinationen speist jeweils einen Diodenkreis;
die erste Kombination A und B speist einen Diodenkreis, der aus den Dioden 10 und
11 und einem Transistor 12 besteht, der an einen Ausgangspunkt 13 angeschaltet ist
und die beiden anderen Kreise sind in entsprechender Weise bezeichnet, jedoch jeweils
unterschieden, indem an das Bezugszeichen ein Strich bzw. zwei Striche angefügt
sind. Jeder dieser Kreise wählt das größere der beiden angelegten Signale aus.
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Wenn angenommen wird, daß die Eingänge A, B und C den Wert +, 0, und
- h<oen, wie in der Fig.l in Klammern angedeutet, dann wird
der
Punkt 13 + (der größere Wert von + bzw. 0), der Punkt 13' O (der größere Wert von
0 und -), und der Punkt 13" wird + (der größere Wert von + und -).
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Die drei Ausgangspunkte 13, 13' und 13" der drei Diodenkreise mit
erster Stufe speisen die drei Eingänge einer Diodenschaltung mit zweiter Stufe,
welche aus drei Dioden 20,20' und 20" sowie einem Transistor 21 besteht, die sämtlich
an einen gemeinsamen Ausgangspunkt 22 angeschlossen sind. Diese Dioden sind im Gegensinn
zu jenen der Schaltung mit erster Stufe geschaltet und wählen am Ausgang 22 den
kleinsten der Eingänge aus. Da die Eingänge +, 0, und + sind, ist der kleinste Eingang
0 und dies ist der Ausgang. Somit ist dieser Ausgang der gleiche wie der Eingang
bei B, der zweitgrößte oder Mittelwert der drei Eingänge.
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Die Transistoren 12,12' und 12" sowie 21 sind als Konstantstromquellen
ftlr die Diodenkreise geschaltet und ihre Ausgangsatröme sind so gewählt, daß die
leit£Uhigen Dioden im Bereich mit niedriger Impedanz in ihrer Charakteristik arbeiten
Diese Ströme können wie foigt bestimmt werden : Es soll angenommen werden, daß die
Eingangssignale sich über den Bereich von +10 V bis -10 V ändern und die Ausgangsimpedanz
50 die durch die Diod.nschaltung mit zweiten Stufe gebildet wird, beträgt 50 k #.
Der Ausgangsstrom ändert sich daher um ,4 mA bei der maximalen Xnderung der Ausgangsspannung.
Es soll weiter angenommen werden, daß der Vorwärtsstrom durch eine Diode 2 M4 für
einen befriedigenden Betrieb unter diesen Umständen betragen muß, d.h. für eine
unbedeutende änderung des Spannungsabralls, dann ist von den drei Dioden 20,20'
und 20" nur eine leitfähig, nämlich die Diode 20', wenn diese die angenommenen Eingänge
hat. Ein 2 mA Strom wird deshalb für diese Diode erforderlich und der Transistor
21 muß daher bezüglich seines Emitterwiderstandes und der Emitterbasisspannun so
gewählt sein, daß ein konstanter 2mA Strom erzeugt wird. Dieser Strom fließt in
der Diodenschaltung mit erster Stufe, unterschieden durch eine einzige Prime. Zusätzlich
ist von den beiden Dioden
der Schaltung die eine (und zwar die Diode
10' bei den angenommenen Eingängen) leitfähig und bedarf eines Stromflusses von
2 mA.
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Der Transistor 12' muB daher einen Strom erzeugen, der gleich der
Stine der beiden Ströme ist, d.h. einen Strom von 4 mA. Die Schaltungsparameter
müssen entsprechend gewählt werden.
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In gleicher Weise müssen die Transistoren 12 und 12" Ströme von 4
mA erzeugen. Da die von ihren Schaltungen mit erster Stufe gespeisten Dioden 20
und 20" abgeschaltet sind, fließt der gesamte Strom durch die beiden leitfähigen
Dioden 10 und 10" und zwar jeweils einer in jedem Kreis, so daß diese Dioden 4 mA
fuhren anstatt 2 mA. Dies ist Jedoch unwichtig, weil die Spannungsabfälle über diesen
Dioden den Endausgang nicht beeinflussen.
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Die Fig. 2 und 3 zeigen zwei Ausführungsformen von Wählschaltungen
mit vier Eingängen. In Fig.1 ist r r Z, so daß nCr = 6 und die Schaltung wKhlt den
zweitkleinsten der Eingänge aus. Demgemäß sind 6 Kreise 30 bis 35 mit erster Stufe
vorhanden, von denen Jeder zwei Dioden aufweist, die durch alle mögliche Paare von
vier Eingängen A bis D gespeist werden und die ihrerseits sechs Dioden einer Schaltung
40 mit zweiter Stufe speisen. Der in jedem Diodenkreis eingezeichnete Block repräsentiqrt
eine Konstant-Spannungsquelle. Diese Schaltung wählt den drittgrößten der Eingänge
aus, wie durch die relatven Pegel angesdeutet, die für eine mögliche Kombination
von Eingangssignalen dargestellt sind.
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In Fig. 3 ist r " 3 und nCr r 3 und die Schaltung wählt das drittgrößte
Eingangssignal aus. Hier sind vier Kreise 50 bis 53 mit erster Stufe vorgesehen
und zwar Je mit drei Eingängen und die Schaltung 55 mit zweiter Stufe besitst vier
RingGnge. Dies ist im Ergebnis natürlich äquivalent der Schaltung nach Fig.2, die
das zweitkleinste der Eingangssignale auswählt. Patentansprüche: