DE2322558A1

DE2322558A1 - Steuerbarer spannungsteiler

Info

Publication number: DE2322558A1
Application number: DE2322558A
Authority: DE
Inventors: Konrad Dipl Ing Rauchenecker
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-05-04
Filing date: 1973-05-04
Publication date: 1974-11-21
Also published as: US3903434A; FR2228324A1; DE2322558C3; GB1463539A; FR2228324B1; DE2322558B2

Description

SIEIiENS AKTIENGESELLSCHAFT München 2, den - Wi 197 3 Berlin und München Wittelcbacherplatz 2

VPA 73/6587

Steuerbarer Spannungsteiler " ο ο *■> ι r r λ ZOZZOOo

Die Erfindung bezieht sich auf einen steuerbaren Spannungsteiler, bei dem teilspannungsführende Abgriffe.einer zwei- oder taehrgliedrigen, an einer zu teilenden Spannung liegenden Serienschaltung von Induktivitäten oder ohmschen Widerständen über individuell zugeordnete, spannungsgesteuerte Transistoren wahlweise an den Teilerausgang durchschaltbar sind.

Ein derartiger Spannungsteiler ist beispielsweise in der deutschen Offenlegungsschrift 1 616 368 beschrieben. Dabei sind die Basisanschlüsse der in Kollektorschaltung betriebenen Transistoren über Kapazitäten mit den zugeordneten Teilspannungsabgriffen verbunden, während eine den einzelnen Basisanschlüssen über ohmsche Spannungsteiler wahlweise zuführbare Steuerspannung jeweils einen der Transistoren öffnet.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Spannungsteiler der eingangs genannten Art bezüglich seiner Teilungsgenauigkeit gegenüber der vorstehend genannten Schaltung noch zu verbessern. Dies wird erfindungsgeraäß dadurch erreicht, daß die Emitter-Kollektorstrecken der Transistoren in den durchzuschaltenden Teilspaimungspfaden liegen und daß dem jeweils zu öffnenden Transistor eine Steuerspannung busisseitig über einen hochohmigen Basisvorwiderstand zugeführt wird, der zusammen mit einem allen Transistoren gemeinsamen, hochohuiigen Emitterwiderstand eine solche Potentialverteilung im Basis-Emitterkreis hervorruft, daß der am

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Emitterwiderstand abfallende Teil der Steuerspannung den übrigen Transistoren als Sperrspannung zugeführt wird.

Der mit der Erfindung erzielbare Vorteil besteht insbesondere darin, daß durch die hochohmige Bemessung der Basisvorwiderstände die Belastung des Spannungsteilers 80 klein gehalten wird, daß diejenigen Teilungsfehler, die auf den inneren Widerstand der die zu teilende Spannung liefernden Spannungsquelle und/oder auf die ungleichen inneren Widerstände der einzelnen Transistoren zurückgehen, praktisch vermieden werden. Die Hochohmigkeit der Basisvorwiderstände und des allen Transistoren gemeinsamen Emitterwiderstandes sowie der Betrieb der Transistoren ohne Kollektorruhestrom bewirken eine nahezu leistungslose Steuerung des Spannungsteilers, die insbesondere eine Anwendung in batteriegespeisten Geräten interessant macht. Bei induktiver Ausbildung des Spannungsteilers nach der Erfindung wird mit relativ kleinem Schaltungsaufwand ein Optimum an Teilungsgenauigkeit erreicht, da die Betnessungstoleranzen der zueinander in Serie geschalteten Induktivitäten bei hinreichend großen Windungszahlen so klein sind, daß die durch die Ausbildung der übrigen Schaltungsteile erreichbare Teilungsgenauigkeit praktisch nicht verringert wird. Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß die an den Eingängen der nicht geöffneten Transistoren liegende Sperrspannung eine entsprechend große Eingangsamplitude der zu teilenden Spannung ermöglicht, ohne daß diese an den gesperrten Transistoren begrenzt wird.

Wird dem Spannungsteiler in Weiterbildung des Erfindungsgedankens eine mit dem Teilerausgang basisseitig verbundene Transistorverstärkerstufe nachgeschaltet, beispielsweise

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zum Zwecke einer Leistungsverstärkung und/oder einer Impedanztransformation, so kann für diese ein eigener Basisspannungsteiler entfallen, da ihre Basisspannung aus dem am Teilerausgang angreifbaren Teil der Steuerspannung besteht. Dies bringt den wesentlichen Vorteil mit sich, daß die Belastung des Spannungsteilers durch die nachgeschaltete Verstärkerstufe praktisch nicht erhöht wird, da sich für diese auch hei niederohmiger Ausbildung des Ausgangswiderstandes ein hochohmiger Eingangswiderstand ergibt, der dem Produkt des Ausgangswiderstandes und der Stromverstärkung entspricht.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel, bei dem die Emitteranschlüsse der Transistoren mit den Abgriffen des Spannungsteilers verbunden sind, und

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeiepiel mit Zuführung der Kollektoranschlüsse an die Abgriffe.

In Fig. 1 liegt eine zu teilende Gleich- oder Wechselspannung Ue am Teilerei:ngang 1, der über einen Kopplungskondensator 2 mit dem oberen Ende eines induktiven Spannungsteilers 3 mit den Teilspannungsabgriffen 4 bis 8 verbunden iet. Einigen oder allen dieser Abgriffe sind Transistoren Ts1, i's2 und Tb3 individuell zugeordnet, von denen jeweils nur einer geöffnet wird, um den entsprechenden teispamiungfifüarenden Abgriff zu einem Teilerausgang 9 durchz'jnchalten. Die an diesem abgreifbare T eil spannung ist mit Ua bezeichnet. Die Transistoren Ts1 biß Ts3 sind εο in die Schaltung eingefügt, da3 ihre Emitter-Kollektor-

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strecken in den durchzuschaltenden Teilspannungspfaden liegen, und zwar in Fig. 1 insbesondere so, daß ihre Emitteranschlüsse mit den zugeordneten Abgriffen 4 bis verbunden sind, während ihre Kollektoranschlüsse zum Teilerausgang 9 führen.

Die Steuerung des Spannungsteilers sei im einzelnen anhand der Durchschaltung des Transistors Ts1 erklärt: Dieser liegt in dem vom Abgriff 8 zum Teilerausgang 9 führenden Spannungspfad. Wird er basisseitig über einen Steuereingang 10 mit einer positiven Steuerspannung +Ust1 beaufschlagt, was durch das Umlegen eines Kontaktes 11 in seine linksseitige Schaltstellung geschieht, so öffnet er. Sein Basis-Emitterkreis verläuft über einen hochohmigen Basisvorwiderstand R1, über den Abgriff 8 und einen in Serie zum Spannungsteiler 3 geschalteten, hochohmigen Emitterwiderstand Ro, der wechselstrommäßig durch eine Kapazität 12 überbrückt ist, zu einem auf Bezugspotential liegenden Schaltungspunkt M. Im geöffneten Zustand von Ts1 teilt sich die Steuerspannung +Ust1 entsprechend dem Verhältnis der Widerstände R1 und Ro, wobei ein Teil der Steuerspannung am Emitteranschluß und damit am Abgriff abfällt. Dieser Teil von +Ust1 wird den übrigen, gesperrten Transistoren Ts2 und Ts3 über die Abgriffe 7 und 4 emitterseitig als Sperrspannung zugeführt. Hierbei ist vorausgesetzt, daß die Basisanschlüsse von Ts2 und Ts3 über die in ihren rechtsseitigen Schaltstellungen verbleibenden Kontakte 13 und 14 auf Bezugspotential liegen.

Die Durchschaltung des Abgriffs 8 zum Teilerausgang 9 führt somit automatisch zu einer Belegung der den übrigen Abgriffen 4 bis 7 zugeordneten Transistoren mit einer

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eingangsseitigen Sperrspannung, die eine Begrenzung der zu teilenden Spannung Ue an diesen solange verhindert, als die Amplitude von Ue den Wert der Sperrspannung nicht übersteigt. Das bedeutet, daß die Schaltung durch eine entsprechende Bemessung der Steuerspannung +Ust1 und der Spannungsteilung an R1 und Ro, d.h. also durch eine entsprechende Wahl der Sperrspannungsamplitude, bis zu vorgegebenen Amplitudenwerten von Ue ohne Dynamikfehler arbeitet.

Die übrigen Transistoren, z.B. Ts2 und Ts3, können in analoger Weise durch Zuführung von Steuerspannungen +Ust2 bzw. +Ust3 über hochohmige Basisvorwiderstände R2 und R3 einzeln geöffnet werden, wobei sich eine entsprechend verzerrungsfreie Durchschaltung der ihnen zugeordneten Abgriffe 7 bzw. 4 an den Teilerausgang 9 ergibt.

Die Hochohmigkeit der Widerstände Ro, R1, R2 und R3 sowie der kollektorruhestromlose Betrieb der Transistoren Ts1 bis Ts3 bewirkt eine nahezu leistungslose Steuerung des Spannungsteilers. Da diese Widerstände gleichzeitig in den Querableitungen der einzelnen Teilspannungspfade liegen, ergibt sich durch ihre hochohmige Bemessung auch eine geringe Belastung des Spannungsteilers. Daraus folgt, daß ein nicht zu vernachlässigender Innenv/iderstand der Ue liefernden Spannungsquelle, der insbesondere an den oberen Abgriffen 4 und 5 ins Gewicht fällt, und die mit Exemplarstreuungen behafteten Innenwiderstände der Transistoren Ts1 bis Ts3 gegenüber dem parallel zum Teilerausgang 9 wirksamen hochohmigen Ausgangswiderstand so klein sind, daß sie keinen merkbaren Teilungsfehler verursachen.

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Zum Zwecke der Leistungsverstärkung oder Impedanztransformation kann eine Transistorverstärkerstufe Tsa dem Teilerausgang 9 nachgeschaltet werden. Die Basis von Tsa ist dabei mit 9 verbunden, der Kollektor mit dem Betriebspotential +üb und der Emitter über einen Emitterwiderstand 15 mit dem auf Bezugspotential liegenden Schaltungspunkt M. Die am Emitterwiderstand 15 abfallende Spannung TJa' gelangt über eine Kopplungskapazität 16 zum Ausgang 17. Durch die Nachschaltung der Verstärkerstufe Tsa erhöht sich die Belastung des Spannungsteilers nur unwesentlich, da für diese der Basisspannungsteiler entfällt. Ihre Basisvorspannung ist durch den am Teilerausgang 9 anliegenden Teil der Steuerspannung des jeweils durchgeschalteten Tran-· sistors gegeben. Der Eraitterwiderstand 15 transformiert sich mit dem Paktor der Stromverstärkung von Tsa auf die Basisseite, so daß er auch bei niedriger Bemessung die Belastung des Spannungsteilers und damit dessen Teilungsfehler nicht wesentlich erhöht.

Bei dem in Pig. 2 dargestellten, zweiten Ausführungsbeispiel sind die Transistoren Ts1 bis Ts3 im Gegensatz zu Pig. 1 kollektorseitig mit den zugeordneten Teilspannungsabgriffen 4 bis 8 verbunden, während ihre Emitter an den Teilerausgang 9 geführt sind. In diesem Pail ist die Schaltung gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel nur insoweit zu verändern, als der gemeinsame Emitberwiderstand Ro nicht mehr in Serie zum Spannungsteiler 3, sondern parallel zum Teilerausgang 9 liegt und zur weitgehenden Ausschaltung des Einflusses der Exemplarstreuungen der Transistorinnenwiderstände auf die Teilungsgenauigkeit durch eine in Serie geschaltete Drossel 18 ergänzt wird. Die Wirkungsweise der Schaltung nach Pig. 2 entspricht hierbei dem

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Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, wenn man davon absieht, daß der an Ro abfallende Teil der Steuerspannung des jeweils geöffneten Transistors den Emitteranschlüssen der übrigen über den Teilerausgang 9 zugeführt wird.

Der Spannungsteiler nach der Erfindung ist bei entsprechender Länge der Basiszuleitungen zu den Transistoren Ts1 bis Ts3 fernsteuerbar, was eine Anwendung als Meßbereichsumschalter in Empfängern der automatischen Uachrichtenmeßtechnik, insbesondere Pegelmeßtechnik, ermöglicht. Ein Tersuchsaufbau eines nach der Erfindung ausgebildeten Spannungsteilers ergab einen Teilungsfehler unter 10, der bei Abstufungen der einzelnen Teilspannungen gegeneinander von jeweils 1 dB oder auch 10 dB eingehalten werden konnte.

4 Patentansprüche
2 Figuren

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Claims

Patentansprüche

ί 1.)Steuerbarer Spannungsteiler, bei dem teilspannungsführende Abgriffe einer zwei- oder mehrgliedrigen, an einer zu teilenden Spannung liegenden Serienschaltung Von Induktivitäten oder ohmschen Widerständen über individuell zugeordnete, spannungsgesteuerte Transistoren wahlweise an den Teilerausgang durchschaltbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Eraitter-Kollektorstrecken der Transistoren (Ts1, Ts2, Ts3) in den durehzuschaltenden Teilspannungspfaden liegen und daß dem jeweils zu öffnenden Transistor (Ts1) eine Steuerspannung (+Ust1) basisseitig über einen hochohmigen Basisvorwiderstand (R1) zugeführt wird, der zusammen mit einem allen Transistoren (Ts1, Ts2, Ts3) gemeinsamen, hochohmigen Emitterwiderstand (Ro) eine solche Potentialverteilung im Basis-Emitterkreis hervorruft, daß der am Etiitterwiderstand ^vRo) abfallende Teil der Steuerspannung (+Ust1) den übrigen Transistoren (Ts2, Ts3) als Sperrspannung zugeführt wird.
2. Spannungsteiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Emitter der Transistoren (Ts1, Ts2, Ts3) mit den teilspannungsführenden Abgriffen (8, 7, 4) verbunden sind und der allen Transistoren gemeinsame Emitterwiderstand (Ro) zu den Induktivitäten (3) oder ohmschen Widerständen in Serie geschaltet ist (Mg. 1).

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3. Spannungsteiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Kollektoranschlüsse der Transistoren (Ts1, Ts2, Ts3) mit den teilspannungsführenden Abgriffen (8, 7, 4) verbunden sind und daß der allen Transistoren (Ts1, Ts2, Ts3) gemeinsame Emitterwiderstand (Ro) parallel zum Teilerausgang (9) vorgesehen und vorzugsweise durch eine in Serie geschaltete Drossel (18) ergänzt ist (Pig. 2).
4. Spannungsteiler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine nachgeschaltete, mit dem Teilerausgang (9) basisseitig verbundene Transistorve.rstärkerstufe (Tsa), deren Basisspannung aus dem am Teilerausgang (9) abgreifbaren Teil der Steuerspannung (+Ust1, +Üst2, +Ust3) besteht.

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