DE2202250C2 - Analogspannungsschalter - Google Patents

Description

lungsdiode andererseits gerade aufheben. Die Schaltung ist dann weitgehend temperaturunabhängig.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beifpielshalber beschrieben. Darin zeigt

F i g. 1 das Prinzipschema eines Analogspannungs- «chalters nach der Erfindung mit zwei Kanälen,

F i g. 2 ein genaueres Schaltbild eines Analogspannungsschalters nach der Erfindung mit vier Kanälen und

F i g. 3 ein schematisches Schaltdiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise.

Deriii F i g. 1 dargestellte Analogspannungsschalter enthält in dem ersten Kanal zwei zueinander komplementäre Transistoren 711 und TIl, die so parallel zueinander geschaltet sind, daß der Kollektor des pnp-Transistors Γ11 und der Emitter des npn-Tranlistors Γ12 an Masse liegen. Der Emitter des pnp-Tranlistors 7Ί1 und der Kollektor des npn-Transistors TIl sind einerseits über eine Konstantstromquelle

Über die Diode DIl wird die Basis des Ausgangstransistors Π angesteuert. Die Spannung U_A am Ausgang A1 beträgt dann:

. U_A = L'etu - (VfD₁₁ + U₃ET₁) (2)

Darin sind:

Flußspannung der Diode D12;
Basis-Emitter-Spannung des Transistors Tl.

Durch Einsetzen der Gleichung (1) in die Gleichung (2) erhält man:

Ua=Ve+ U_PDii - U_FDli + Ubet η - Übet ι (3)

Die Emitter der Transistoren 7Ί1 und Tl sind mit Konstantstromquellen verbunden, die annähernd den gleichen Strom liefern. Es ist also zu erkennen, daß

... _t-- die Ausgangsspannung U_A genau der Eingangsspan-

mit einer Klemme Kl verbunden, &λ der der positive 2onungi/_£ entspricht, wenn einerseits die Flußspan-

, der pos

Po! einer Gleichspannungsquelle angeschlossen ist, deren negativer Pol an Masse liegt; andererseits sind sie über eine Diode D12 mit der Basis eines Ausgangstransistors Π verbunden. Der Kollektor des Ausgangstransistors Tl ist an die Klemme Kl angeschlossen, während sein Emitter über eine Konstantstromquelle (? 1 mit Masse verbunden ist. An den Emitter ist die Ausgangsklemme A1 des Analogspannungsschalters angeschlossen.

nungen der beiden Dioden DIl und D12 gleich groß sind, und wenn andererseits der pnp-Transistor Γ11 und der npn-Transistor Tl die gleiche Stromverstärkung haben. Dies kann bei einer Integration der Schaltung leicht erreicht werden.

Wenn ferner die Temperaturabhängigkeit der Schaltungselemente etwa gleich ist, was ebenfalls bei einer iniegrierten Schaltung der Fall ist, wird die Temperaturdrift der Diode DIl durch diejenige der Diode

Die Basis des Transistors Γ11 ist über eine Diode 30 Z) 12 kompensiert, und die Temperaturdrift des Tran-

DIl mit einer Eingangsklemme £11 verbunden, der die Analogspannung des Kanals 1 zugeführt wird. Die Basis des Transistors 7Ί2 ist mit einer Klemme £12 verbunden, an die das Steuersignal für den Kanal 1 angelegt wird.

Der Kanal 2 ist in gleicher Weise wie der Kanal 1 aus den Schaitungseiementen /'21, Γ22, £21, £22, D21, DIl und QIl aufgebaut.

Die Dioden D12 und D22 dienen zur gegenseitigen Entkopplung der Kanäle.

Im Ruhezustand des Analogspannungsschalters werden den Eingangsklemmen £12 und £22 Steuersignale zugeführt, die den entsprechenden Transistor TIl bzw. Γ22 in Sättigung halten, so daß sein Kollektor

praktisch auf Massepotential liegt. Dadurch wird auch 45 gebaut.

sistors Γ11 wird durch diejenige des Transistors Tl kompensiert.

F i g. 2 zeigt ein genaueres Schaltbild eines nach diesem Prinzip ausgebildeten Anaiogspannungsschal-

35ters mit vier Kanälen. Die Kanäle 1 und 2 bestehen wieder aus den gleicher. Schaltungselement™, wie ir. F i g. 1; es ist lediglich in die Verbindung zwischen der Eingangsklemme £12 und der Basis des Transistors Γ12 ein Widerstand Ä12 und in die Verbindung

40zwischen der Eingangsklemme £22 und der Basis des Transistors Γ22 ein Widerstand RTL eingefügt. Die Kanäle 3 und 4 sind in der gleichen Weise aus den Schaltungselementen T31, T32, £31. £32, D31, D32, R32 bzw. Γ41, Γ42, £41, £42, DAl, DAZ, RAl auf-

der Emitter des zugehörigen Transistors 7Ί1 bzw. Γ21 auf Massepotential gehalten und somit gesperrt. Um beispielsweise die dem Eingang £11 zugeführte Analogspannung zum Ausgang zu übertragen, wird das dem

nimmt dann den in F i g. 3 dargestellten Zustand an. In F i g. 3 ist der gesperrte Transistor 7Ί2 fortgelassen, da seine Impedanz als unendlich groß angevollkommen abgetrennt ist.

Der Emitter des Transistors Tl I nimmt die folgende Spannung an:

Die Konstantstromquelle des Transistors 7Ί ist durch einen npn-Transistor Tl gebildet, an dessen Basis eine konstante Spannung angelegt ist, die von einem Spannungsteiler geliefert wird, der zwischen der

Eingang £12 zugeführte Steuersignal so geändert, daß so Gleichspannungsklemme Kl und Masse angeschlossen der Transistor Γ12 gesperrt wird. Die Schaltung ist und aus einem pnp-Transistor 7"3 und einem durch

Kurzschluß des Basis-Kollektor-Übergangs als Diode geschalteten npn-Transistor TA besteht. In gleicher Weise ist die Konstantstromquelle jedes Kanals durch

sehen werden kann. Ferner ist der ganze Kanal 2 55 einen pnp-Transistor Γ13, Γ23, Γ33 bzw. Γ43 gebildet, fortgelassen, da er durch die Entkopplungsdiode D22 an dessen Basis eine konstante Spannung angelegt ist.

Diese konstante Spannung für die Basen dieser Transistoren wird von einem gemeinsamen Spannungsteiler geliefert, der zwischen der Gleichspannungsklemme Ki to und Masse angeschlossen ist und aus der Serienschaltung eines als Diode geschalteten pnp-Transistors TS eines npn-Transistors T6 und eines Widerstands R1 gebildet ist. Dieser Spannungsteiler liefert auch die Basisvorspannung für den Transistor Γ3. Die Basis-⁶S vorspannung für den Transistor 7"6 wird von einem Spannungsteiler geliefen, der durch die Serienschaltung zweier Widerstände Rl und A3 und eines als Diode geschalteten Transistors TJ gebildet ist.

Darin sind:

U FDu-UBETn

Emitterspannung des Transistors 7Ί1; Die der Eingangsklemme £11 zugeführte Analogspannung;
Flußspannung der Diode DIl; Basis-Emitter-Spannung des Transistors TU.

si einer praktischen Ausführung des in F i g. igten 4-Kanal-Analogspannungsschalters konnten ende Werte erreicht werden:

Gleichspannung + Ub an der Klemme KY +33V,

Eingangsspannungsbereich 2 bis 28 V,

Eingangsstrom <10 μΑ,

Ausgangsimpedanz <1 kQ.

Dabei lieferten die als Konstantstromquellen geschalteten Transistoren Γ13, Γ23, 7*33, Γ43 und Tl einen Strom von je 80 μΑ. Über den von den Transistoren Γ5 und T6 gebildeten Spannungsteiler wurde ein Strom von 400 μΑ entnommen.

Wie zu erkennen ist, besteht die ganze Schaltung ausschließlich aus Transistoren, Dioden und Wider· ständen, so daß sie sich hervorragend für die Ausbildung als integrierte Halbleiterschaltung eignet.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. ι ²

   ist und dessen Emitter-Kollektor-Strecke einerseits

   mit dem ersten Pol der Spannungsquelle und ande-

   Patentanspruch: rerseits über eine Konstantstromquelle mit Masse

   verbunden ist

   Analogspannungsschalter mit mehreren Kanä- 5 Bei solchen Analogspannungsschaltern besteht die len, die jeweils einen Analogspannungseingang Forderung, daß die am Analogspannungsausgang er- und einen Steuereingang zur Auswahl des Kanals scheinende Analogspannung die dem jeweils ausgeaufweisen, einem Analogspannungsausgang, an wählten Kanal zugefuhrte Analogspannung möglichst dem die dem AnalogspammbgseingLg des jeweils genau wiedergibt Diese Forderung ist jedoch besonausgewählten Kanals zugefuhrte Analogspannung .0 ders dann schwierig zu erfüllen, wenn der Analogerscheint, einem ersten Transistor in jedem Ka- Spannungsschalter mit Halbleiterschaltungselement«!, nal, dessen Basis mit dem Analogspannungsein- insbesondere in integrierter Form, ausgebildet ist. In gang und dessen Emitter-Kollektor-Strecke einer- diesem Fall entstehen insbesondere infolge der Temseits mit Masse und andererseits über eine Kon- peraturabhängigkeit der Halbleiterschaltungselemente stantstroinquelle mit dem ersten Pol einer Span- 15 Fehler bei der Übertragung der Analogspannung von nungsquelle in Verbindung steht, deren zweiter dem jeweils ausgewählten Eingang zum Ausgang.
   Pol an Masse liegt, und einem zweiten Transistor Femer soll bei Analogspannungsschaltera ein groin jedem Kanal, der zu dem ersten Transistor ßer Eingangsspannungsbereich mit klemer Eingangskomplementär ist und diesem parallel geschaltet leistung erfaßt werden, und die Ausgangsimpedanz ist, und dessen Basis mit dem Steuereingang ver- 20 soll niedrig sein. Bei dem eingangs angegebenen bunden ist, wobei der Verbindungspunkt zwi- Analogspannungsschalter wird die schaltbare Analogschen dem ersten Transistor und der Konstant- spannung von der Sperrspannung der Basis-Emitterstromquelle mit der Basis eines Ausgangstran- Diode des ersten Transistors begrenzt an dessen Basistors in Verbindung steht, der zu dem ersten sis die Analogspannung angelegt wird. Daher steht Transistor jedes Kanals komplementär ist und 25 für dit Analogspannung nur ein klemer Spannungsdessen Emitter-Kollektor-Strecke einerseits mit bereich zur Verfügung.

   dem ersten Pol der Spannungsquelle und anderer- Der Erfindung hegt die Aufgabe zügrunde einen seits über eine Konstantstroiaquelle mit Masse Analogspannungsschalter mit erweitertem Analogverbunden ist, dadurch gekennzeichnet, Spannungsbereich, kleinem Eingangsstrom geringer daß in jedem Kanal in die Verbindung zwischen 30 Temperaturdrift und niedrige Ausgangsimpedanz zu dem Analogspannungseingang (£11, £21, £31, schaffen, der sich besonders für die Ausführung in £41) und der Basis des ersten Transistors (TiX, Form einer integrierten Schaltung eignet.
   TU, Γ31, Γ41) eine Diod* (DIl, DIl, DZl, Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, DAl) eingefügt ist, daß in die Verbindung zwi- daß in jedem Kanal in die Verbindung zwischen dem sehen dem Verbindungspunkt des ersten Transi- 35 Analogspannungseingang und der Basis des ersten stors mit der Konstantstromquelle und der Basis Transistors eine Diode eingefügt ist. daß in die Verdes Ausgangstransistors eine Entkoppiungsdiode bindung zwischen dein Veiliiuduugspunki des ersten eingefügt ist und daß jede Konstantstromquelle Transistors mit der Konstantstromquelle und der von einem Transistor gebildet ist, an dessen Basis Basis des Ausgangstransistors eine Entkopplungseine konstante Spannung angelegt ist 40 diode eingefügt ist, und daß jede Konstantstromquelle von einem Transistor gebildet ist, an dessen Basis eine konstante Spannung angelegt ist.
   Bei dem nach der Erfindung ausgeführten Analog-

   Spannungsschalter werden die Transistoren der je-

   45 weils nicht gewählten Kanäle durch den parallelgeschalteten Schalter kurzgeschlossen. Dagegen ist der Schalter des ausgewählten Kanals offen, so daß sein Transistor in Reihe mit der Konstantstromquelle an

   Die Erfindung bezieht sich auf einen Analog- der Spannungsquelle liegt und den komplementären Spannungsschalter mit mehreren Kanälen, die jeweils 50 Ausgangstransistor steuert, der seinerseits in Reihe einen Analogspanungseingang und einen Steuerein- mit der Konstantstromquelle an der Spannungsquelle gang zur Auswahl des Kanals aufweisen, einen Ana- Hegt. In dieser Verbindung liegt eine Diode, und die logspannungsausgang. an dem die dem Analogspan- Eingangsspannung wird der Basis des Transistors des nungseingang des jeweils ausgewählten Kanals züge- gewählten Kanals ebenfalls über eine Diode zugefuhrte Analogspannung erscheint, einem ersten Tran- 55 führt. Durch Einfügung dieser Diode an der Basis des sistor in jedem Kanal, dessen Basis mit dem Analog- ersten Transistors wird die schaltbare Analogspanspannungseingang und dessen Emitter-Kollektor- nung nicht mehr von der Sperrspannung der Basis-Strecke einerseits mit Masse und andererseits über Emitter-Diode dieses Transistors, sondern von dieser eine Konstantstromquelle mit dem ersten Pol einer Diode bestimmt. Bei einer Integration der Schaltung Spannungsquelle in Verbindung steht, deren zweiter 60 ^ann diese so ausgelegt werden, daß die Stromver-PoI an Masse liegt, und einem zweiten Transistor in Stärkung der zueinander komplementären Transistojedem Kanal, der zu dem ersten Transistor komple- _ren und die Flußspannungen der Dioden etwa gleich mentär ist und diesem parallel geschaltet ist, und _groß sind und die beiden Konstamtstromquellen etwa dessen Basis mit dem Steuereingang verbunden ist, den gleichen Strom liefern. Dadurch kann erreicht wobei der Verbindungspunkt zwischen dem ersten 65 _werden, daß sich die temperaturbedingten Abwei-Transistor und der Konstantstromquelle mit der Ba- chungen des Kanaltransistors und des Ausgangstransis eines Ausgangstransistors in Verbindung steht, der _si_stors einerseits und die temperaturbedingten Abzu dem ersten Transistor jedes Kanals komplementär weichungen der Eingangsdiode und der Entkopp-