DE2202250B1 - Analogspannungsschalter - Google Patents

Description

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geschaltet ist, und dessen Basis mit dem Steuereingang Über die Diode D12 wird die Basis des Ausgangsverbunden ist. transistors Tl angesteuert. Die Spannung U_A am Aus-

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung bei- gang A1 beträgt dann:

spielshalber beschrieben. Darin zeigt _TT __ _{T1 (T}, , _TI -. ,-.*.

F i g. 1 das Prinzipschema eines Analogspannungs- 5 ^Ua ~ ^Uet» ~ ^(Ufd" ^{+ UbeTi) (2)}

schalters nach der Erfindung mit zwei Kanälen, Darin sind:

F i g 2 ein genaueres Schaltbild eines Analogspan- _υ Flußspannung der Diode D12;

nungsschalters nach der Erfindung mit vier Kanälen ^^. ßasis-Emitter-Spannung des Transistors

und rp*

F i g. 3 ein schematisches Schaltdiagramm zur Er- 10

läuterung der Wirkungsweise _{Durch Einsetzen der} Gleichung (1) in die Gleichung

Der in F ι g. 1 dargestellte Analogspannungsschalter ^) erhält man ·
enthält in dem ersten Kanal zwei zueinander komplementäre Transistoren 7Ί1 und TU, die so parallel U_A = U_s + U_FDll - UfD₁₁ + UbBt₁₁ ~ Ubeti (3)
zueinander geschaltet sind, daß der Kollektor des 15

pnp-Transistors Γ11 und der Emitter des npn-Tran- Die Emitter der Transistoren TIl und Tl sind mit sistors 7~12 an Masse liegen. Der Emitter des pnp-Tran- Konstantstromquellen verbunden, die annähernd den sistors Tl 1 und der Kollektor des npn-Transistors Γ12 gleichen Strom liefern. Es ist also zu erkennen, daß sind einerseits über eine Konstantstromquelle β 11 die Ausgangsspannung U_A genau der Eingangsspanmit einer Klemme Kl verbunden, an der der positive 20 nung Ue entspricht, wenn einerseits die Flußspan-Pol einer Gleichspannungsquelle angeschlossen ist, nungen der beiden Dioden DIl und D12 gleich groß deren negativer Pol an Masse liegt; andererseits sind sind, und wenn andererseits der pnp-Transistor 7Ί1 sie über eine Diode D12 mit der Basis eines Ausgangs- und dei npn-Transistor Tl die gleiche Stromverstärtransistors 71 verbunden. Der Kollektor des Aus- kung haben. Dies kann bei einer Integration der gangstransistors Tl ist an die Klemme Kl ange- 25 Schaltung leicht erreicht werden,
schlossen, während sein Emitter über eine Konstant- Wenn ferner die Temperaturabhängigkeit der Schalstromquelle Ql mit Masse verbunden ist. An den tungselemente etwa gleich ist, was ebenfalls bei einer Emitter ist die Ausgangsklemme A1 des Analogspan- integrierten Schaltung der Fall ist, wird die Tempenungsschalters angeschlossen. raturdrift der Diode DIl durch diejenige der Diode

Die Basis des Transistors Γ11 ist über eine Diode 30 D12 kompensiert, und die Temperaturdrift des Tran-

DIl mit einer Eingangsklemme Eil verbunden, der sistors TIl wird durch diejenige des Transistors Tl

die Analogspannung des Kanals 1 zugeführt wird. Die kompensiert.

Basis des Transistors T12 ist mit einer Klemme £12 F i g. 2 zeigt ein genaueres Schaltbild eines nach

verbunden, an die das Steuersignal für den Kanal 1 diesem Prinzip ausgebildeten Analogspannungsschal-

angelegt wird. 35 ters mit vier Kanälen. Die Kanäle 1 und 2 bestehen

Der Kanal 2 ist in gleicher Weise wie der Kanal 1 wieder aus den gleichen Schaltungselementen wie in

aus den Schaltungselementen Γ21, Γ22, £21, £22, Fig. 1; es ist lediglich in die Verbindung zwischen

D21, Z>22 und ζ>21 aufgebaut. der Eingangsklemme £12 und der Basis des Tran-

Die Dioden D12 und D22 dienen zur gegenseitigen sistors TXl ein Widerstand RIl und in die Verbindung

Entkopplung der Kanäle. 40 zwischen der Eingangsklemme £22 und der Basis des

Im Ruhezustand des Analogspannungsschalters Transistors Γ22 ein Widerstand R22 eingefügt. Die werden den Eingangsklemmen £12 und £22 Steuer- Kanäle 3 und 4 sind in der gleichen Weise aus den signale zugeführt, die den entsprechenden Transistor Schaltungselementen Γ31, Γ32, £31, £32, D31, 2)32, 7Ί2 bzw. Γ22 in Sättigung halten, so daß sein Kollektor R32 bzw. Γ41, Γ42, £41, £42, D41, D42, R42 aufpraktisch auf Massepotential liegt. Dadurch wird auch 45 gebaut.

der Emitter des zugehörigen Transistors Γ11 bzw. Γ21 Die Konstantstromquelle des Transistors 7Ί ist

auf Massepotential gehalten und somit gesperrt. Um durch einen npn-Transistor Tl gebildet, an dessen

beispielsweise die dem Eingang £11 zugeführte Analog- Basis eine konstante Spannung angelegt ist, die von

spannung zum Ausgang zu übertragen, wird das dem einem Spannungsteiler geliefert wird, der zwischen der

Eingang £12 zugeführte Steuersignal so geändert, daß 5° Gleichspannungsklemme Kl und Masse angeschlossen

der Transistor Γ12 gesperrt wird. Die Schaltung ist und aus einem pnp-Transistor 73 und einem durch

nimmt dann den in F i g. 3 dargestellten Zustand an. Kurzschluß des Basis-Kollektor-Übergangs als Diode

In F i g. 3 ist der gesperrte Transistor 712 fort- geschalteten npn-Transistor TA besteht. In gleicher

gelassen, da seine Impedanz als unendlich groß ange- Weise ist die Konstantstromquelle jedes Kanals durch

sehen werden kann. Ferner ist der ganze Kanal 2 55 einen pnp-Transistor 7Ί3, 723, 733 bzw. 743 gebildet,

fortgelassen, da er durch die Entkopplungsdiode D22 an dessen Basis eine konstante Spannung angelegt ist.

vollkommen abgetrennt ist. Diese konstante Spannung für die Basen dieser Tran-

Der Emitter des Transistors TIl nimmt die folgende sistoren wird von einem gemeinsamen Spannungsteiler

Spannung an: geliefert, der zwischen der Gleichspannungsklemme Kl

,, ,τ , Jj , ,, /,χ 60 _un(j Masse angeschlossen ist und aus der Serienschal-

VEi-u - UBt upon -T UBETn \L) _tung ^^ ^ _{Djode geschalteten pn}p-Transistors T5

Darin sind: eines npn-Transistors Γ6 und eines Widerstands R1 UETu'- Emitterspannung des Transistors 7Ί1; gebildet ist. Dieser Spannungsteiler liefert auch die Ue'- Die der Eingangsklemme £11 zugeführte Basisvorspannung für den Transistor Γ3. Die Basis-Analogspannung; 65 vorspannung für den Transistor T6 wird von einem UFDu'- Flußspannung der DiodeDIl; Spannungsteiler geliefert, der durch die Serienschal- '· Basis-Emitter-Spannung des Transistors tung zweier Widerstände R2 und R3 und eines als 7Ί1. Diode geschalteten Transistors Tl gebildet ist.

Bei einer praktischen Ausführung des in F i g. 2 Dabei lieferten die als Konstantstromquellen gegezeigten 4-Kanal-Analogspannungsschalters konnten schalteten Transistoren 7Ί3, Γ23, Γ33, Γ43 und Tl folgende Werte erreicht werden: einen Strom von je 80 μΑ. Über den von den Transistoren T5 und T6 gebildeten Spannungsteiler wurde Gleichspannung + U_B an der Klem- 5 ein Strom von 400 μΑ entnommen.

me Kl +33 V, Wie zu erkennen ist, besteht die ganze Schaltung

Eingangsspannungsbereich 2 bis 28 V, ausschließlich aus Transistoren, Dioden und Wider-Eingangsstrom <10 μΑ, ständen, so daß sie sich hervorragend für die Aus-Ausgangsimpedanz <1 kQ. bildung als integrierte Halbleiterschaltung eignet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1 2 Bei solchen Analogspannungsschaltern besteht die Patentansprüche: Forderung, daß die am Analogspannungsausgang erscheinende Analogspannung die dem jeweils ausge-

1. Analogspannungsschalter mit mehreren Ka- wählten Kanal zugeführte Analogspannung möglichst nälen, die jeweils einen Analogspannungseingang 5 genau wiedergibt. Diese Forderung ist jedoch beson- und einen Steuereingang zur Auswahl des Kanals ders dann schwierig zu erfüllen, wenn der Analogaufweisen, und mit einem Analogspannungsaus- Spannungsschalter mit Halbleiterschaltungselementen, gang, an dem die dem Analogspannungseingang insbesondere in integrierter Form, ausgebildet ist. In des jeweils ausgewählten Kanals zugeführte Analog- diesem Fall entstehen insbesondere infolge der Temspannung erscheint, dadurch gekenn- io peraturabhängigkeit der Halbleiterschaltungselemente zeichnet, daß jeder Kanal einen Transistor Fehler bei der Übertragung der Analogspannung von enthält, dessen Emitter-Kollektor-Strecke einer- dem jeweils ausgewählten Eingang zum Ausgang,
seits an Masse liegt und andererseits über eine Ferner soll bei Analogspannungsschaltern ein großer Konstantstromquelle mit dem ersten Pol einer Eingangsspannungsbereich mit kleiner Eingangslei-Spannungsquelle verbunden ist, deren zweiter Pol 15 stung erfaßt werden und die Ausgangsimpedanz an Masse liegt, daß der Verbindungspunkt zwi- niedrig sein.

sehen Transistor und Konstantstromquelle jedes Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Kanals über eine Entkopplungsdiode mit der Analogspannungsschalters mit kleinem Eingangs-Basis eines Ausgahgstransistors verbunden ist, der strom, geringer Temperaturdrift und niedriger Auszu den Transistoren der Kanäle komplementär ist 20 gangsimpedanz, der sich besonders für die Ausführung und dessen Emitter-Kollektor-Strecke einerseits in Form einer integrierten Schaltung eignet,
mit dem ersten Pol der Spannungsquelle und ande- Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß rerseits über eine Konstantstromquelle mit Masse jeder Kanal einen Transistor enthält, dessen Emitterverbunden ist, daß der Analogspannungseingang Kollektor-Strecke einerseits an Masse liegt und jedes Kanals mit der Basis des Transistors über 25 andererseits über eine Konstantstromquelle mit dem eine Diode verbunden ist, und daß der Emitter- ersten Pol einer Spannungsquelle verbunden ist, deren Kollektor-Strecke des Transistors jedes Kanals zweiter Pol an Masse liegt, daß der Verbindungspunkt ein steuerbarer Schalter parallel geschaltet ist, zwischen Transistor und Konstantstromquelle jedes dessen Steuereingang mit dem Steuereingang des Kanals über eine Entkopplungsdiode mit der Basis Kanals verbunden ist. 30 eines Ausgangstransistors verbunden ist, der zu den

2. Analogspannungsschalter nach Anspruch 1, Transistoren der Kanäle komplementär ist und dessen dadurch gekennzeichnet, daß der steuerbare Schal- Emitter-Kollektor-Strecke einerseits mit dem ersten ter in jedem Kanal durch einen zweiten Transistor Pol der Spannungsquelle und andererseits über eine gebildet ist, der zu dem ersten Transistor komple- Konstantstromquelle mit Masse verbunden ist, daß mentär und diesem parallel geschaltet ist, und 35 der Analogspannungseingang jedes Kanals mit der dessen Basis mit dem Steuereingang verbunden ist. Basis des Transistors über eine Diode verbunden ist,

3. Analogspannungsschalter nach Anspruch 2, und daß der Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Kanal der jedes Kanals ein steuerbarer Schalter parallel geKollektor des ersten Transistors und der Emitter schaltet ist, dessen Steuereingang mit dem Steuerdes zweiten Transistors miteinander und mit Masse 40 eingang des Kanals verbunden ist.

verbunden sind, während der Emitter des ersten Bei dem nach der Erfindung ausgeführten Analog-Transistors und der Kollektor des zweiten Tran- Spannungsschalter werden die Transistoren der jeweils sistors mit der einen Klemme der zugeordneten nicht gewählten Kanäle durch den parallelgeschalteten Konstantstromquelle und mit der einen Klemme Schalter kurzgeschlossen. Dagegen ist der Schalter des der zugeordneten Entkopplungsdiode verbunden 45 ausgewählten Kanals offen, so daß sein Transistor in sind, und daß der Kollektor des Ausgangstransi- Reihe mit einer Konstantstromquelle an der Spanstors mit dem ersten Pol der Spannungsquelle ver- nungsquelle liegt und den komplementären Ausgangsbunden ist, während sein Emitter mit der einen transistor steuert, der seinerseits in Reihe mit einer Klemme der zugeordneten Konstantstromquelle Konstantstromquelle an der Spannungsquelle liegt. In verbunden ist. 50 dieser Verbindung liegt eine Diode, und die Eingangs-

4. Analogspannungsschalter nach einem der An- spannung wird der Basis des Transistors des gewählten sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kanals ebenfalls über eine Diode zugeführt. Bei einer Konstantstromquelle durch einen Transistor ge- Integration der Schaltung kann diese so ausgelegt bildet ist, dessen Emitter-Kollektor-Strecke in werden, daß die Stromverstärkungen der zueinander Reihe mit derjenigen des zugeordneten Transistors 55 komplementären Transistoren und die Flußspanliegt, und an dessen Basis eine konstante Spannung nungen der Dioden etwa gleich groß sind und die angelegt ist. beiden Konstantstromquellen etwa den gleichen Strom

liefern. Dadurch kann erreicht werden, daß sich die

temperaturbedingten Abweichungen des Kanaltran-

60 sistors und des Ausgangstransistors einerseits und die temperaturbedingten Abweichungen der Eingangs-

Die Erfindung bezieht sich auf einen Analogspan- diode und der Entkopplungsdiode andererseits gerade nungsschalter mit mehreren Kanälen, die jeweils einen aufheben. Die Schaltung ist dann weitgehend tempe-Analogspannungseingang und einen Steuereingang zur raturunabhängig.

Auswahl des Kanals aufweisen, und mit einem Analog- 65 Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung bespannungsausgang, an dem die dem Analogspannungs- steht darin, daß der steuerbare Schalter in jedem Kanal eingang des jeweils ausgewählten Kanals zugeführte durch einen zweiten Transistor gebildet ist, der zu dem Analogspannung erscheint. ersten Transistor komplementär und diesem parallel