DE2206947A1

DE2206947A1 - Elektronischer, durch Impulse gesteuerter Umschalter

Info

Publication number: DE2206947A1
Application number: DE19722206947
Authority: DE
Inventors: Pierre-Andre Dipl.-Ing.; Hautle Alfred; Zürich Merz (Schweiz). P
Original assignee: Siemens-Albis AG, Zürich (Schweiz)
Priority date: 1971-04-16
Filing date: 1972-02-14
Publication date: 1972-11-02
Also published as: DE2206947C3; CH533393A; DE2206947B2; FR2131418A5; IT957170B; IL39183A0; NL7204970A

Description

Dip!,-!ng. Heinz Bardehle

Mr ^pf^ntanwalt 2206947

Mönchen 26, Postfach 4
Telefon 0Θ11/292555

München, den 14. Februar 1972

Mein Zeichen: P 1382

Anmelder: Siemens-Albis AxicxeiKjesellschaft

Zürich

Elektronischer, durch Impulse gesteuerter Umschalter

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektronischen, durch Impulse gesteuerten Umschalter mit einer stromunabhängigen Restspannung (Offsetspannung) von höchstens
2 /oo und einer stromabhängigen Restspannung von höchstens 1 /oo der geschalteten Spannung und einer Sohaltzei t von höchstens 200 ns.

In den meisten PCM-Anlagen besteht Jedes Codewort aus
einer Anzahl Bits, die eine Aussage über einen Amplitudenwert und die Polarität dieses Amplitudenwei-tes geben. Für die Erzeugung des Amplitudenwertes ist es bekanntgeworuen, in einem Widerstandsnetzwerk aus hintereinandergeschalteten Längswiderstanden und zwischen diesen angeschlossenen Querwiderständen an den freien Anschluss jedes Querwiderstandes über elektronische Schalter entwoder eine positive oder eine negative Spannung oder Erdpotential

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anzulegen ι wobei die entsprechende Spannung durch Auswertung der Polaritäteinformation des Codewortes ausgewählt wird· Jeden Querwiderstand müssen daher drei Schalter zugeordnet werden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, den Aufwand in bezug auf die Schalter zu vermindern, indem jedem Querwidere tand nur nooh zwei Sohalter zugeordnet werden, von denen der eine ftir das Schalten positiver oder negativer Spannung und der andere für das Schalten von Erdpotential vorgesehen ist. Eine derartige Einsparung an Schaltern erfordert einen Spannungsumsehalter, bei dem die nachstehenden Bedingungen eingehalten sindt

1. Die stromunabhängige Restspannung (Offsetspannung) darf höchstens 2 /oo der zu sohaltenden Spannung betragen, damit nicht die Symmetrie des Umschalters abgeglichen werden muss·

2. Der Strom duroh den Umschalter hängt von der Anzahl der angeschalteten Querwideretände ab und schwankt beispielsweise zwischen 0,7mA und 1,7«nA| der ohm'sche Spannungsabfall,, d. h. die stromabhängig« Reatspannung darf sich aber Über den gesamten Lastbereich um höchstens 1 /oo der zu sohaltenden Spannung verändern.

3. Bei der heute üblichen Codeverarbeitung stehen für die Decodierung eines Codewortes 3,91 μβ zur Verfügung. Die

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Schaltzeit fUr die Polaritätsumschaltung darf daher höchstens 200 ns betragen.

Die Bedingung unter 2. lässt nur eine Verwendung von Traneis torschaltern mit einem Durchlasswiderstand von 4 Q zu, Feldeffekttransistoren sind zu hochohmig. Bekannte Transistorschalter mit Si-Transistoren haben jedoch eine stromunabhängige Restspannung zwischen 8 und kO mV im Vorwärtsbetrieb. Im RUckwärtsbetrieb beträgt diese Restspannung für die meisten Typen weniger als 2 mV. Diesem Vorteil des Rückwärtsbetriebes steht aber die Bedingung unter 3. entgegen» indem in RUckwärtsbetrieb die meisten Transistoren nur eine geringe Stromverstärkung aufweisen, was langsames Schalten bedeutet.

Die genannten Bedingungen werden durch die Erfindung dadurch erfüllt, dass ein zweistufiger Gegentaktverstärker mit komplementären Transistoren vorgesehen ist, von dem die erste Stufe an der Basis jedes Transistors durch die Impulse gesteuert sind, die Kollektoren über einen gemeinsamen Lastwideratand miteinander verbunden und die Emitter mit positiver bzw. negativer Spannung vorgespannt sind, und von dem die Baalβanschlüsse der zweiten Stufe mit den Kollektoren der ersten Stufe verbunden, die zu schaltenden Spannungen an die Kollektoren angelegt sind und die geschaltete Ausgangsspannung an den direkt miteinander verbundenen Emittern abgenommen ist.

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Nachfolgend wird die Erfindung an Hand eines Schaltungssohemas ftir ein Ausftihrungsbeispiel näher erläutert.

Das Schaltungsschema lässt einen zweistufigen Gegentaktverstärker nit komplementären Transistoren erkennen. Die erste Stufe mit dem npn-Transistor T2 und dem pnp-Transistor T*t ist an den Emittern mit -9 V bzw. +9 V vorgespannt. Die Kollektoren sind über Widerstände R6, R7 und R8 miteinander verbunden. Die Basis erhält eine Vorspannung Über einen Widerstand R2 bzw. Rk von der Emittervorspannung her. Die zweite Stufe ist mit einem npn-Transistor T5 und einem pnp-Transistor Τ6 gebildet. Die Basis Jedes Transistors T5 und T6 ist Je auf einer Anschlusseite des mittleren Widerstandes R7 der Widerstandskette r6, R7 und R8 zwischen den Kollektoren der ersten Stufe angeschlossen. Der Kollektor des npn-Transistors T5 ist mit einer Spannungequelle +U und der Kollektor des pnp-Transistors Τ6 mit einer Spannungequelle -U verbunden. Die beiden Emitter sind direkt miteinander verbunden und auf einen Ausgang A geführt.

Die Ansteuerung der ersten Stufe erfolgt aus einem Eingang Q mit unipolaren Impulsen. Der npn-Transistor T2 der ersten Stufe ist Über eine Seriesohaltung mit einem Widerstand R1 und der Emltter-Kollektorstrecke eines pnp-Transistore TI mit geerdeter Basis mit dem Eingang Q verbunden und der pnp-Irnnslstor Tk Über eine ebensolche Sorleschal tmif; mil einem Vl (ioirtend HJ und einem iipii-Tn»nei«t m T'3, ciusfMui H»»«ia UIm i· < iimn Widcrwtam! 115 ni ♦ der |i»h1ti\Hti .Spaiimmr nt|ii(· I 1 »· iüi

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die Emittervorspannung des pnp-Transistors Tk der ersten Stufe verbunden ist. Ausserdem ist die Basis noch, über drei in Serie geschaltete Dioden G1, G2 und G3 mit Erde verbunden* Beide Serieschaltungen mit einem Wideretand RI bzw. R3 und Emitter-Kollektorstrecke von Transistor T1 bzw. T3 sind mit je einem Kondensator C1 bzw. C2 überbrückt .

Die Wirkungsweise der Anordnung ist die folgendet Mit einer logischen 0 (Erdpotential) am Eingang Q wird der Transistor TI gesperrt,und der Transistor T2 erhält keinen Basisstrom, so dass er ebenfalls sperrt. Dagegen wird mit diesem Potential der Transistor T3 leitend, und es fliesst ein Basisstrom für den Transistor Tk, der damit leitet, so dass am Kollektor ein Potential +9 V erscheint.

Mit einer logischen 1 (+2,4 V bis +k V) am Eingang Q wird der Transistor TI leitend und führt dem Transistor T2 einen Basisstrom zu, dagegen sperrt der Transistor T3 infolge einer positiven Vorspannung an der Basis, die durch die Durchlasβspannung der drei Dioden 01, G2 und G3 konstant gehalten wird. Mit sperrendem Transistor T3 wird auch der Transistor T^ gesperrt. Nach Art der Gegentaktechaltungen mit komplementären Transistoren arbeiten beide in Gegentakt betriebenen Transistoren T2 und Tk auf dieselbe Last, den Widerstand RJ.

Dia Spannungsteilerkette mit den Widerständen R6, R7 und

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R8 bewirkt, dass bei leitendem Transistor T2 an die Basis von Traneistor T5 eine Spannung von etwa -6 V angelegt ist. Bei einer Kollektorspannung +U und -U von - k V ergibt sich ein Stromfluss von der Spannungsquelle -9 V über den Transistor T2, die Widerstände Ro und R7 und Über den Transistor TO zur Spannungequelle -U| am Ausgang A erscheint damit die Spannung -U, indem der Transistor T6 in Rüokwärtsrichtung arbeitet.

Bei positiver Polarität am Eingang Q wird der Transistor T2 gesperrt und der Transistor Tk leitend. Aehnlich wie oben beschrieben, liegt damit an der Basis des Transistors T6 eine Spannung von etwa + 6 V, wodurch dieser sperrt. Bin positiver Strom flieset von der Spannungsquelle + 9 V über den Transistor Tk, die Widerstände R8 und R7 und Über den Transistor T5 zur Spannungsquelle +U.

Während der Umsohaltphase von einer logischen 0 auf eine logische 1 am Eingang Q wird also der Transistor T2 gesperrt und der Transistor Tk leitend. Am Ausgang A liegt noch die negative Spannung -U und somit auch am Emitter von Transietor T5· der damit für Betrieb in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist. Sobald nun die Spannung an der Basis von Transistor To diesen sperrt, baut sich die Spannung am Emitter durch den Strom über die Baais-Emitter-Strecke des Transistors T5 ab und wird auf den Wert +U geführt, wodurch dieser Transistor T5 in RUckwärtsrlchtung arbeitet. In gleicher Weist* geht die Umschaltung beim Weohsel von einer loglaohen I auf «Ine logische 0 vor eioh, Indem wäh-

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rend der Schaltphase der Transistor T5 in Vorwärtsrichtung und nach der Umschaltung in RUokwärtsrichtung arbeitet.

Mit der Umschaltung der Arbeitsrichtung werden die gestellten Bedingungen erfüllt, indem bei Rückwärtsbetrieb die meisten Si-Transistoren eine stromunabhängige Restspannung (Offsetspannung) kleiner als 2 mV aufweisen. Die Bedingung· dass die Offsetspannung kleiner als 2 /oo der geschalteten Spannung sein soll, ist bei einer Spannung von k V, wie sie in Decodern verwendet wird, eingehalten.

Der Durchlasswiderstand von den Transistoren ist in beiden Betriebsarten etwa k Q. Bei einem Lastbereich zwischen 0,7 und 1,7 "A ergibt sich bei h V eine Aenderung von 1 /oo.

Indem die Transistoren T5 und T6 während des Schaltvorganges in Vorwärtsbetrieb arbeiten, ergeben sich sehr kurze Schaltzelten·

Der Abbau der Emittorspannung zwischen den Transistoren T5 und To erfolgt rasch, wenn die Widerstände R6 und R8 nieder ohtnig, etwa 300 Q, gewählt werden| dagegen muss die ,jeweils vom gesperrten Zustand her gespeicherte Ladung der Basis-Emitter-Kapazität über den Widerstand R7 abfliossen. Mit einen Wert von etwa 1500 Q für diesen Widerstand R7 ergeben sich kUrzere Ausschaltzeiten und längere Einschaltzeiten, wodurch nie beide Transistoren T5 und T6 gleichzeitig leiten können. Damit entstehen auch währenddes Umschaltone keine Stromspitzen, die sich aiii' die Transistoren T) und T6 schädlich auswirken könnten.

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Claims

Patentansprüche

Elektronischer, durch Impulse gesteuerter Umschalter mit einer stromunabhängigen Restspannung von höchstens 2 °/oo und einer stromabhängigen Restspannung von höchstens 1 °/oo der geschalteten Spannung und einer Schaltzeit von höchstens 200 ns, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweistufiger Gegentaktverstärker mit komplementären Transistoren (T2, T4 und T5, T6) vorgesehen ist, von dem die erste Stufe (T2, T4) an der Basis jedes Transistors durch die Impulse gesteuert sind, die Kollektoren über einen gemeinsamen Lastwiderstand (R7) miteinander verbunden und die Emitter mit positiver bzw. negativer Spannung vorgespannt sind und von dem die Basisanschlüsse der zweiten Stufe (TS, T6) mit den Kollektoren der ersten Stufe (T2, T4) verbunden, die zu schaltenden Spannungen (+U, -U) an die Kollektoren angelegt sind und die geschaltete Ausgangsspannung an den direkt miteinander verbundenen Emittern abgenommen ist.
2. Umschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, die Ansteuerung der ersten Stufe (T2, T4) über spannungsgesteuerte Schalter (Tl, T3) erfolgt.

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3. Umschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die spannungsgesteuerten Schalter je aus einer Serieschaltung mit einem Widerstand (Rl, R3) und der Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors (Tl, T3) besteht.
4. Umschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltertransistor (Tl) für die Leitung einer logischen 1 ein pnp-Transistor mit geerdeter Basis und der Schaltertransistor (T3) für die Leitung einer logischen ein npn-Transistor mit positiver vorgespannter Basis ist.
5. Umschalter nach Anspruch 1/ dadurch gekennzeichnet, dass der Lastwiderstand (R7) der ersten Stufe (T2, T4) mit zwei weiteren Widerständen (R6, R8) zu einer Spannungsteilerkette ergänzt ist.

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