DE2646501A1 - Pegelumschalter mit fremdgesteuerten schaltdioden - Google Patents

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT ' ' , Unser Zeichen Berlin und München η VPA 76 p 3 5 5 7

Pegelumschalter mit fremdgesteuerten Schaltdioden

Die Erfindung betrifft einen Pegelumschalter mit fremdgesteuerten Schaltdioden in symmetrischer Anordnung. Derartige Pegelumschalter sind als Prüfsignalgeber für die Prüfung logischer elektronischer Schaltungen mit Hilfe von Logikprüfautomaten oder auch ganz allgemein als Ausgangstreiberstufen bei Impulsgeneratoren einsetzbar. Ein derartiger Pegelumschalter soll Rechtecksignale mit hoher Flankensteilheit und hoher Frequenz bei variablen hohen und niederen Pegeln abgeben. Er soll ohne Verstärkung hohe Amplituden erzeugen und bei niedrigem Innenwiderstand gleichzeitig eine Kurzschlußstrombegrenzung aufweisen. Außerdem wird ein optimales Einschwingverhalten erwartet.

In der DT-PS 22 33 612 ist eine Endstufe für einen PrüfSignalgeber beschrieben, bei dem ebenfalls fremdgesteuerte Schaltdioden in symmetrischer Anordnung vorgesehen sind. Es geht aus der Beschreibung und den Figuren der Patentschrift hervor, daß sich der bekannte Prüfsignalgeber nicht für einen Vier-Quadranten-Betrieb eignet, weil die eine Stufe nur Strom aufnehmen und die andere nur Strom abgeben kann.

Aus dem "Archiv für technisches Messen" Blatt Z 52-9 vom Oktober 1949, Seite T 89, Bild 1, ist ein Diodenquartett bekannt, das als elektronischer Schalter von einem Isolationstransformator gesteuert wird. Damit können die Dioden jedoch nur im Takt einer periodischen Wechselspannung gesteuert werden.

Li 23 Bz / 11. 10. 1976

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Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, einen schnellen Pegelumschalter zu schaffen, der neben den schon erwähnten Eigenschaften die Fähigkeit hat, bei beiden Pegeln sowohl Strom aufzunehmen als auch Strom abzugeben, der sich also für den Vier-Quadranten-Betrieb eignet.

Diese Aufgabe wird bei einem eingangs genannten Pegelumschalter dadurch gelöst, daß gemäß der Erfindung zwei Diodenquartette mit einer potentialfreien Ansteuerung durch voneinander unabhängige Steuerstufen vorgesehen sind. Es ist aus der Figur 2 ohne weiteres ersichtlich, daß der Pegelumschalter nach der Erfindung die angestrebte Eigenschaft hat.

Steuerstrom und Laststrom überlagern sich in jedem Zweig eines Diodenquartetts. Wird der Laststrom infolge eines äußeren Kurzschlusses zu hoch, so wird ein Diodenpaar in den Sperrzustand zurückgeführt und damit der Kurzschlußstrom auf die Höhe des Steuerstroms begrenzt.

Mit dem neuen Pegelumschalter wird auch eine bessere Kompensation der Diodenflußspannung erreicht, weil beide Dioden eines Zweigs vom gleichen Strom durchflossen"werden. Das hat einen geringeren Spannungsfehler auch bei wechselnden Aussteuerungen der Dioden zur Folge.

Im einzelnen liegen die Steueranschlüsse der Diodenquartette an schaltbaren Gleichstromquellen, die potentialfrei versorgt werden. Die Eingänge der Quartette sind mit zwei unterschiedlich einstellbaren Spannungsquellen verbunden, während die Ausgänge an einer gemeinsamen Klemme zusammengeschlossen sind. Die Steuerelektroden der die Stromquellen schaltenden Transistoren liegen dabei an Ausgängen von zwei mittels Impulstransformatoren im Gegentakt angesteuerten Flip-Flops.

Zweckmäßig besteht die Versorgung der Gleichstromquellen aus je einer transformatorgespeisten Gleichrichterbrücke.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Primärwicklungen der Impulstransformatoren über Widerstände an Ausgänge je eines ODER-Gatters angeschlossen, wobei die ODER-Gatter mit je einem ihrer Eingänge invers-parallel an einem Impulseingang liegen.

An je einen weiteren Eingang der beiden ODER-Gatter ist ein In- ^O hibitsignal anschließbar.

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Als Transistoren für die Stromquelle und als Transistoren der Flip-Flops im Steuerteil für hohe Pegel sind pnp-Transistoren gewählt. Die Transistoren und Flip-Flop-Transistoren für den Steuerteil des niederen Pegels dagegen sind npn-Transistoren.

Durch das Zusammenschalten von zwei gleichartigen Diodengattern (Diodenquartette) mit potentialfreier Ansteuerung zu einem Umschalter werden neben der Laststrombegrenzung auch Ausgleichströme bei überlagerter Ansteuerung zwischen den beiden zu schaltenden Pegeln durch die Strombegrenzung der Diodenquartette begrenzt. Gleichzeitig wird eine hohe Umsclialtgeschwindigkeit erzielt. Die Steuerleistung ist dabei verhältnismäßig niedrig. Ebenso ist der Innenwiderstand des Schalters niedrig. Durch die Art der gewählten Steuerelektronik sind neben einem Impulsbetrieb auch Gleichspannungspegel für beliebig lange Zeit einstellbar.

Die Erfindung wird anhand zweier Figuren erläutert. Figur 1 stellt das Prinzipschaltbild eines potentialfreien Diodenschalters mit einem Diodenquartett dar.

In Figur 2 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung als Schaltbild dargestellt.

In Figur 1 sind die Verbindungspunkte gegensinnig geschalteter Dioden eines Diodenquartetts D mit zwei Ausgangsklemmen einer Steuerelektronik St verbunden. Die Verbindungspunkte zweier gleichsinnig aufeinanderfolgender Dioden des Diodenquartetts D bilden einerseits den Eingang E, andererseits den Ausgang A des Diodenschalters. Die Steuerelektronik ist potentialfrei über Transformatoren Ü1 und Ü2 an eine Spannungsversorgung U bzw. an ein Steuersignal I angeschlossen. Die Ansteuerung des Diodenquartetts D erfolgt durch einen von der Steuerelektronik abgegebenen eingeprägten Strom, der durch das Steuersignal I geschaltet wird.

In Figur 2 bestehen zwei Diodenquartette oder Diodengatter G1 und G2 aus je vier Dioden D9, D10, D11, D12 bzw. D13, D14, D15, D16, die nach Art der bekannten Graetz-Schaltung miteinander verbunden sind. Die Anschlüsse der Quartette zwischen den Verbindungspunkten gleichsinnig geschalteter Dioden dienen als Schaltanschlüsse. Dazu liegen die Anschlüsse zwischen den Dioden D10 und D12 des Diodengatters G1 und zwischen den Dioden D14 und D16 des Dioden-

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gatters G2 gemeinsam an einer Ausgangsklemme TRA. Der Anschluß zwischen den beiden Dioden D9 und D11 des Diodengatters G1 liegt über eine Drossel Dr1 an einer Klemme HI für einen hohen logischen Pegel. Der Anschluß zwischen den beiden Dioden D13 und D15 des Diodengatters G2 liegt über eine Drossel Dr2 an einer Klemme LO für einen logisch niederen Pegel. Die Steueranschlüsse des Diodengatters G1, d. h. die Verbindungspunkte zwischen den einander entgegengesetzt gerichteten Dioden D9 und D10 bzw. D11 und D12 sind an eine schaltbare Stromquelle, die aus einem Transistor T1, einem Widerstand R1 und einer potentialfreien Spannungsversorgung Q1 besteht, angeschlossen. Ebenso liegt das Diodengatter G2 mit den Verbindungspunkten zwischen den Dioden D15 und D16 bzw. D13 und D14 an einer aus einem Transistor T2 und einem Widerstand R2 bestehenden und von einer potentialfreien Spannungsversorgung Q2 gespeisten schaltbaren Stromquelle. Die Spannungsversorgungen bestehen jeweils aus einem Transformator Tr1 bzw. Tr2, deren Primärwicklungen an eine Wechselspannung von beispielsv/eise 6 V bei einer Frequenz von 3 MHz angeschlossen sind und aus mit Sekundärwicklungen der Transformatoren Tr1 und Tr2 verbundenen üblichen Gleichrichterbrückenschaltungen, die eine Vollweg-Gleichrichtung ergeben. Die Ausgangsklemmen der Gleichrichter sind über Glättungskondensatoren C1 bzw. C2 miteinander verbunden. Die Basiselektrode des Transistors T1, der ein pnp-Transistor ist, liegt an einem Ausgang eines Flip-Flops, der aus pnp-Transistoren T3 und T5 besteht. Die Emitter der beiden Transistoren liegen parallel an der einen Klemme der Spannungsversorgung Q1. Ihre Kollektoren liegen über Kollektorwiderstände R3 bzw. R9 an der anderen Klemme der Spannungsversorgung Q1. Analog ist die Basiselektrode des Transistors T2, der ein npn-Transistor ist, mit dem Ausgang eines aus zwei weiteren npn-Transistoren T4 und T6 bestehenden zweiten Flip-Flops verbunden. Die Emitter der Flip-Flop-Transistoren liegen parallel an der einen Ausgangsklemme der Spannungsversorgung QZ und ihre Kollektoren über Kollektorwiderstände R4 bzw. R10 an der anderen Ausgangsklemme der Spannungsversorgung Q2.

Die Transistoren T3, T5 bzw. T4, T6 der Flip-Flops sind auf die übliche Weise über Widerstands-Kondensatorkorabinationen von den Kollektoren auf die Basiselektroden der jeweils anderen Transistoren der Flip-Flops rückgekoppelt. Die Flip-Flops werden symmetrisch über Impulstransformatoren Tr3 bzw. Tr4 angesteuert. Dabei

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liegt eine Sekundärwicklung des Transformators Tr3 über zwei Kondensatoren C7 bzw. C9 an den Basiselektroden der Transistoren T5 bzw. T3· Eine Sekundärwicklung des Transformators TrA liegt analog über Kondensatoren C8 bzw. C1O an den Basiselektroden der Transistoren T6 bzw. T4. Primärwicklungen der Impulstransformatoren Tr 3 und Tr4 liegen einerseits über Widerstände R11 und R12 an Ausgängen zweier NOR-Gatter NOR1 und N0R2, andererseits gemeinsam an Masse. Je zwei Eingänge der NOR-Gatter NOR1 und N0R2 liegen parallel an einer Klemme INH, der ein Inhibitsignal zugeführt werden kann. Ein anderer Eingang des NOR-Gatters NOR1 liegt unmittelbar und ein anderer Eingang des NOR-Gatters N0R2 über einen Inverter IN an einer Klemme INF, der ein Steuersignal zugeführt wird.

Über die zwei invers angesteuerten NOR-Gatter NOR1 und N0R2 gelangt das Steuersignal von der Klemme INF auf die Primärseiten der Impulstransformatoren Tr3 bzw. Tr4. In den Impulstransformatoren wird das Steuersignal differenziert und damit die Flip-Flops symmetrisch angesteuert. Deshalb bewirkt sowohl die positive als auch die negative Flanke des Eingangssignals ein Umschalten der Flip-Flops. An den Kollektoren der Transistoren T3 bzw. T4 entsteht damit ein Rechtecksignal, dessen Amplitude durch Spannungsteiler aus den Widerständen R3 und R5 bzw. R4 und R6 bestimmt wird. Das Rechtecksignal wiederum gibt den Verlauf des Steuerstromes vor, der über die Transistoren T1 bzw. T2 die Diodengatter G1 bzw. G2 öffnet. Mit den Diodenquartetten G1 und G2 werden die Pegeleingänge HI bzw. LO auf den Ausgang TRA durchgeschaltet.
Ein auf die NOR-Gatter N0R1 und N0R2 einwirkendes Inhibitsignal am Eingang INH bringt die Flip-Flops gleichzeitig in eine solche Lage, daß beide Diodenquartette G1 und G2 stromlos sind. Dies hat einen neutralen Zustand des Pegelumschalters zur Folge, bei dem der Ausgang TRA hochohmig ist. Durch diese Maßnahme wird das Zusammenschalten mit anderen Stromkreisen erleichtert.

Unter der im normalen Betrieb zutreffenden Voraussetzung, daß die Ausgangsspannung am Ausgang TRA stets zwischen dem höheren und niederen logischen Pegel liegt, befinden sich die Steuerstromkreise fest auf diesen Pegeln entsprechenden Potentialen. Das be-

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deutet, daß die Massekapazitäten der SteuerStromkreise während eines Schaltvorgangs nicht umgeladen werden müssen, so daß eine außerordentlich hohe Schaltgeschwindigkeit erreicht wird.

7 Patentansprüche
2 Figuren

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Leerseife

Claims (7)

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1. Pegelumschalter mit fremdgesteuerten Schaltdioden in symmetrischer Anordnung, gekennzeichnet durch zwei Diodenquartette (G1, G2) mit einer potentialfreien Ansteuerung durch voneinander unabhängige Steuerstufen.

2. Pegelumschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steueranschlüsse der Diodenquartette (G1, G2) an schaltbaren Stromquellen liegen, die aus von potentialfreien Spannungsversorgungen (Q1, Q2) gespeisten Transistoren (T1 bzw. T2) bestehen und die Schaltanschlüsse einerseits an zwei unterschiedlich einstellbaren Spannungspegeln, andererseits an eine Ausgangsklemme (TRA) angeschlossen sind.

3· Pegelumschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektroden der Transistoren (T1 und T2) der Stromquellen an Ausgängen zweier mittels Impulstransformatoren (Tr3 bzw. Tr4) im Gegentakt gesteuerter Flip-Flops liegen.

4. Pegelumschalter nach Anspruch 1 und 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsversorgungen (Q1, Q2) aus transformatorgespeisten Gleichrichterbrücken bestehen.

5. Pegelumschalter nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß Primärwicklungen der Impulstransformatoren (Tr3, Tr4) über Widerstände (R11, R12) an Ausgänge je eines NOR-Gatters (NOR1 bzw. N0R2) angeschlossen sind und die NOR-Gatter (NOR1 und N0R2) mit je einem ihrer Eingänge invers-parallel an einem Steuersignaleingang (INF) liegen.

6. Pegelumschalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß je ein weiterer Eingang an beiden NOR-Gattern (NOR1, N0R2) an ein Inhibitsignal anschließbar ist.

7. Pegelumschalter nach Anspruch 2 und 3 oder einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistoren (T1, T2) und die Transistoren (T3, T5 bzw. T4, T6) der Flip-Flops im Steuerteil für den hohen Pegel aus pnp-Transi-

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stören und für den niederen Pegel aus npnstehen.

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