DE2927264C2

DE2927264C2 - Schaltungsanordnung mit mindestens einer durchzuschaltenden Versorgungsspannungsquelle

Info

Publication number: DE2927264C2
Application number: DE19792927264
Authority: DE
Inventors: Johannes Dipl.-Ing. 8150 Holzkirchen Gies
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1979-07-05
Filing date: 1979-07-05
Publication date: 1981-07-30
Also published as: DE2927264B1

Description

lu Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung, bei der mittels einer mindestens einen Schalter enthaltenden und durch eine Schaltlogik gesteuerten Schaltstufe mindestens eine Versorgungsspannungsquelle auf einen Ausgang (Lastwiderstand) durchge-

H schaltet wird, so daß an dem Ausgang je nach Schalterstellung mindestens zwei mögliche Spannungszustände auftreten können, wobei zwischen der Versorgungsspannungsquelle und dem Schalter jeweils eine niederohmige impulsfeste Pufferschaltung einge-

2i) fügt ist, welche für die Versorgungsspannungsquellen als Überlastschutz dient.

Aus der DE-OS 25 34 026 ist eine Einrichtung zum gesteuerten Schalten von Signalen bekannt, bei der eine Impulssteuereinrichtung rechteckförmige Steuerimpul-

2) se an zwei Steuertransformatoren abgibt. Mit der Sekundärseite dieser Steuertransformatoren ist je ein erster Transistor verbunden, welcher als Schalttransistor arbeitet Darüber hinaus ist jedem dieser ersten Schalttransistoren ein weiterer Transistor nachgeschal-

ii) tet, von denen einer mit dem Kollektor an die positive Klemme einer ersten Versorgungsspannungsquelle und der andere mit dem Emitter an die negative Klemme einer zweiten Versorgungsspannungsquelle angeschlossen ist. Der Emitter bzw. Kollektor der beiden weiteren Transistoren ist zu dem einen Eingang eines Synchronmotors geführt, dessen zweiter Eingang an den Minuspol der ersten Versorgungsspannungsquelle und an den Pluspol der zweiten Versorgungsspannungsquelle angeschlossen ist. Die beiden Transistorpaare bilden

Ad jeweils eine Darlington-Schaltung, wobei die geschalteten Transistoren mit Sicherheit in die vollständige Sättigung gesteuert werden. Die Kollektor-Emitterstrecker, der beiden weiteren Transistoren sind durch je eine Diode überbrückt, welche die zugehörigen

■15 Transistoren vor Überlastung schützen. Die bekannte, als Faksimilesender oder Faksimileempfänger arbeitende Schaltung enthält eine drehbar gelagerte Trommel, die mittels des genannten Synchronmotors über verschiedene Winkelstellungen eine abtastende Bewegung zwischen einem um eine Trommel gelegten Dokument und einein Wandler hervorruft.

Bei der Anschaltung von Lastwiderständen, insbesondere in Form von Prüflingen, können sich Schwierigkeiten dadurch ergeben, daß die Übergangswiderstände der Schalter nicht mehr vernachlässigbar sind.

Der vorliegenden Erfindung, welche sich auf eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art bezieht, liegt die Aufgabe zugrunde, die durch die Übergangswiderstände der Schalter im geschlossenen Zustand sich ergebenden störenden Einflüsse auf den Laststrom möglichst weitgehend zu vermeiden. Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß an den Ausgang eine zu prüfende Schaltung angeschlossen ist, welche niederohmig an die als Prüfspannung dienende Ausgangsspannung angelegt werden soll, und daß die durch den Schalter fließenden Lastströme in den Pufferschaltungen an zwei Widerständen gemessen und daraus Steuersignale abgeleitet

werden, die die Ausgangsspannung so ändern, daß die lastabhängigen Spannungsabfälle an dem Schalter kompensiert werden.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang eine zu s prüfende Schaltung angeschlossen ist, weiche niederohmig an die als Prüfspannung dienend'-· Ausgangsspannung angelegt werden soll und daß die Ausgangsspannung mit einem hochohmigen Impedanzwandler abgegriffen und zwei getakteten Differenzverstärkern zugeführt v/ird, deren ausgangsseitige Regelspannungen Änderungen der Pufferausgangsspannungen verursachen, dergestalt, daß lastabhängige Spannungsabfälle an dem Schalter am Ausgang ausgeregelt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeich- π nungen näher erläutert. Es ze^:gt

F i g. 1 ein Blockschaltbild einer Prüf-Schaltung zur Erläuterung der Problematik der Übergangswiderstände,

F i g. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung,

F i g. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.

In Fig. 1 ist eine erste Spannungsquelle (Konstantspannungsquelle) QUX vorgesehen, deren Ausgangsspannung t/l einer Pufferschaltung PFt zugeführt wird. Diese Pufferschaltung enthält mindestens eine Verstärkerstufe (Verstärkungsfaktor Vi), welche mit zwei Betriebsspannungen + UB und — UB beaufschlagt wird. Der Ausgang dieser Pufferschaltung PFl ist zu einem Schalter 51 geführt, der in geschlossenem Zustand die Ausgangsspannung UW = UX ■ V X auf die Ausgangsklemme AK durchschaltet und einen dort allgeschlossenen digitalen Prüfling PR (z. B. eine logische Schaltung) speist. Die Spannung an der Ausgangsklemme AK der Schaltung ist mit U5 J5 bezeichnet.

Die Durchschaltung einer zweiten Spannung U 2, welche von einer Spannungsquelle QU 2 geliefert wird, erfolgt in analoger Weise mittels einer weiteren Pufferschaltung PFI (Betriebsspannungen ebenfalls + UB, - UB, Verstärkungsfaktor V2), wobei die so erzeugte Spannung U22= U2 ■ V2 über einen zweiten Schalter 52 zum Ausgang AK und damit zum Prüfling PR gelangt. Die Steuerung der Schalter 51 und 52 erfolgt so, daß stets nur einer der Schalter geschlossen, der andere aber geöffnet ist, so daß nur eine der Spannungen UiX oder t/22 auf den Ausgang AK gelangt. Zur Betätigung der beiden Schalter 51 und 52 ist eine Schaltlogik SLG vorgesehen, derer Ansteuerung über die Klemme AS erfolgt Je nach dem logischen Zustand an der Klemme AS, d. h. je nachdem ob die dortige Spannung i/3 gleich logisch 1 oder t/3 gleich logisch 0 ist, wird einer der Schalter 51 oder 52 geschlossen. Die Zuordnung kann beispielsweise so getroffen sein, daß bei £73 = 1 der Schalter 51 geschlossen wird und bei t/3 = 0 der Schalter 52. Die Schaltlogik 5LG hat einen zweiten Eingang SV, an den eine Spannung t/4 angelegt werden kann. Diese »Enablew-Spannung UA hat stets, d. h. unabhängig vom logischen Zustand des Ansteuersignals t/3 an der Klemme AS zur Folge, daß beide Schalter 51 und 52 geöffnet sind. Hierdurch ergibt sich ein hochohmiger Zustand des Ausgangs AK, weil in diesem Fall mit Sicherheit beide Spannungsquellen QU1 und QU 2 nicht an den Prüfling PR angeschlossen sind. Dagegen ist bei Durchschaltung einer der Spannungsquellen QUX und QU2 d.h. bei geschlossenem Schalter 51 oder 52 die jeweilige Spannung UXX oder U22 schnell, niederohmig und außerdem weitgehend offsetfrei mit dem Prüfling PR verbunden. Auf diese Weise läßt sich mit der dargestellten Schaltungsanordnung ein Betrieb des Prüflings in drei verschiedenen Spannungszuständen (niederohmig: (7S=LZIl ader t/5= t/22 oder hochohmig, d.h. beide Schalter 51 und 52 geöffnet) realisieren. Die Verstärkungsfaktoren Vl und V 2 der beiden Pufferschaltungen PFX und PF2 werden so gewählt, daß sich mit den Eingangsspannungen JU1 und t/2 der gewünschte Hub der Ausgangsspannung L/5 ergibt.

Die Ausgänge der Pufferschaltung PFl und PF2 sind niederohmig in allen vier Quadranten des t/-/-FeIdes, außerdem impulsfest und strombegrenzt. Sie bieten eine Kurzschlußfestigkeit gegen Spannungen im Bereich von - UB bis + UB beim Prüfling PR. Der Überlastungsschutz des Ausgangs AK ist durch die schützenden Pufferschaltungen PFl und PF2 gewährleistet. Die Schalter 51 und 52 sollen niederohmig und kapazitätsarm ausgelegt sein und das niederohmige offsetarme Durchschalten des Ausgangs auf die Signalleitungen ermöglichen.

Da jedoch die Übergangswiderstände der Schalter 51 und 52 vielfach nicht vernachlässigbar sind, tre;en dort Spannungsabfälle AUL 1, Δ UL 2 auf, die störend in Erscheinung treten, vor allem dann, wenn die Lastwiderstände, d. h. die Prüflinge unterschiedlich sind.

Die Pufferschaltungen PFl und PF2 lassen sich so auslegen, daß die durch die Übergangswiderstände der Schalter 51 bzw. 52 auftretenden Schwierigkeiten beseitigt werden können. Wie nochmals in F i g. 2 dargestellt, ist bei geschlossenem Schalter 51 infolge des nicht mehr zu vernachlässigenden Übergangswiderstandes ein Spannungsabfall Δ UL X vorhanden, der sich auch an der Ausgangsklemme AK und damit am Prüfling PR bemerkbar macht Die Pufferschaltung PF X selbst wird nun so ausgelegt, daß sie an ihrem Ausgang nicht nur die Spannung UXX = UX ■ Vi abgibt, sondern eine entsprechend vorkompensierte Spannung UXX*= UX ■ VX+AULX. Damit ergibt sich dann an der Ausgangsklemme AK und damit am Prüfling PR eine Prüfspannung t/5 von genau der gewünschten Größe UlX = UX Vl.

Der Schaltungsaufbau der Pufferschaltung PFl ist hierzu im einzelnen so gewählt, daß ein Operationsverstärker OVl über einen ohmschen Widerstand R3 an seinem Plus-Eingang mit der Spannung UX beaufschlagt wird. Der Minuseingang des Operationsverstärkers OVl ist über einen ohmschen Widerstand R 1 mit Masse verbunden, während gleichzeitig eine Überbrükkung mittels eines ohmschen Widerstandes R 2 zum Ausgang des Operationsverstärkers hergestellt ist Die Versorgungsspannung + UB ist über einen ohmschen Widerstand RMX an den Anschluß für die positive Betriebsspannung des Operationsverstärkers OVl gelegt, während vor dem ohmschen Widerstand RM X über einen ohmschen Widerstand R 4 der Emitter eines Transistors TS X angesteuert wird, dessen Besis mit dem anderen Anschluß des ohmschen Widerstandes RM X in Verbindung steht. Der Kollektor des Transistors Γ51, bei dem ein Strom IMX fließt, ist an den Plus-Eingang des Operationsverstärkers OFl angeschlossen. Der Spannungsabfall am Widerstand RMX ist mit UMX bezeichnet

Ih analoger Weise ist über einen ohmschen Widerstand R 5 der Emitter eines zweiten Transistors Γ52 mit der Versorgungsspannung — UB verbunden, wobei die Basis am Eingang für die negative

Betriebsspannung des Operationsverstärkers OV1 liegt. Zwischen dem Anschluß — t/ß und der Basis des Transistors TS 2 ist ein ohmscher Serienwiderstand RM 2 vorgesehen. An diesem ohmschen Serienwiderstand RM2 tritt ein Spannungsabfall UM2 auf und es fließt ein Strom IM 2 zum Plus-Eingang des Verstärkers OVl.

Es handelt sich bei den beiden Transistorschaltungen um Konstantstromquellen, welche durch die an den ohmschen Widerständen RMi und RM 2 abfallenden Spannungen UMi bzw. UM2 gesteuert werden. Im einzelnen erfolgt dieser Steuervorgang so, daß die Lastströme IL 1 bzw. IL 2, welche über den Schalter 51 bzw. 52 fließen, durch den Spannungsabfall UM 1 bzw. UM 2 am Widerstand RMi bzw. UM 2 gemessen werden und daraus Strom-Steuersignale IM 1 bzw. IM 2 mittels der Transistoren 751 und TS 2 abgeleitet werden. IMi und IM 2 setzen sich zusammen aus UMI = ILi + 1Oi, IM2 = \Ll + IO2, wobei /Ol und /O2 die Betriebsruheströme von OVl sind. Es soll gelten:

IO K IL I, IO2<ILl ;

also

/Ml«/Ll ; 1M2~-ILI.

Diese Ströme IM 1 und IM2 verändern die Spannung t/11 am Ausgang des Operationsverstärkers OVl so, daß ein neuer Spannungswert

UiV=Ui ■ Vi+AULi entsteht, also eine Spannung, welche nach dem erfolgten Spannungsabfali bei geschlossenem Schalter 51 an der Ausgangsklemme AK die gewünschte Größe UU = UX - Vi aufweist. Diese Kompensation des Spannungsabfalls bei geschlossenem Schalter 51 erfolgt selbsttätig, d. h. auch bei unterschiedlichen Eigenschaften verschiedener Prüflinge PR stellt sich automatisch durch unterschiedliche Steuerspannungen UMi bzw. UM 2 bei den gesteuerten Stromquellen innerhalb der Pufferschaltung PF1 der gewünschte kompensierte Wert von UH* ein, welcher den Spannungsabfall Δ UL 1 bei geschlossenem Schalter 51 kompensiert. Vorteilhafterweise werden RMi und RM 2 bei mittlerem Laststrom ILi auf minimale Abweichung von U i 1 zu U1 abgeglichen.

In gleicher Weise wie bei der Pufferschaltung PFi dargestellt, wird auch die Pufferschaltung PF2 mit einer entsprechenden Kompensationseinrichtung für den Spannungsabfall bei geschlossenem Schalter 52 versehen, so daß auch dort trotz eines Spannungsabfalls AUL2 am Schalter 52 die Spannung U22*=U2 ■ V2+Δ UL 2 beträgt und am Ausgang AK genaudieSpannungi722=L/2 · V2 auftritt.

^r, Eine weitere Art der Kompensation der durch die Übergangswiderstände an den Schaltern 51 bzw. 52 verursachten Spannungsabfälle Δ UL 1 bzw. AUL2 ist in F i g. 3 dargestellt. Hier ist an der Ausgangsklemme AK, d.h. vor dem Anschluß des Prüflings PR ein

κι Impedanzwandler /IV abgezweigt, der die Ausgangsspannung U5 den Plus-Eingängen zweier Differenzverstärker Di bzw. D 2 zuführt. Die Minus-Eingänge dieser Differenzverstärker Di und D 2 sind an die Ausgänge der Pufferschaltungen PFl bzw. PF2

Γ) angeschlossen. Damit tritt zwischen den jeweiligen Minus-Eingängen und den jeweiligen Plus-Eingängen an den Differenzverstärkern Di und D 2 genau ein Spannungsabfall auf, welcher der Größe von Δ ULi (bei D I) bzw. AUL2 (bei D2) entspricht. Die am Ausgang

2« der Differenzverstärker D1 bzw. D 2 erhaltenen Steuerspannungen UR1 bzw. UR 2 werden über ohmsche Serienwiderstände R 6 bzw. R 7 an die Minus-Eingänge der Operationsverstärker OV12 (bei der Pufferschaltung PFl) bzw. OV22 (bei der

2ί Pufferschaltung PF2) angelegt Die Größe der Widerstände R6 und R7 bestimmt die Schleifenverstärkung der Regeleinrichtung. An den Operationsverstärkern OV12 bzw. OV22 sind weiterhin zwischen Minus-Eingang und Masse ohmsche Widerstände /?8 bzw. RiQ

m vorgesehen und darüber hinaus Überbrückungswiderstände zwischen dem Minus-Eingang und dem Ausgang R 9 bzw. RU vorhanden.

Durch die Regelschaltung, welche den Impedanzwandler IW. die Differenzverstärker Di und /32 und die ohmschen Widerstände R6 und R7 enthält, ist sichergestellt, daß am Ausgang der Pufferschaltungen PFl und PF2 die Spannungen UlV=Ul ■ Vl+AULl bzw. U22* = U2 ■ V2 + A UL 2 vorhanden sind und damit an der Ausgangsklemme AK die Spannungen U11 und U22 in der gewünschten richtigen Größe auftreten.

Die Schalter 51 und 52 können vorteilhaft als Feldeffekttransistoren ausgebildet sein.
In manchen Fällen ist es zweckmäßig, hierfür

4^r> bipolare, in die Sättigung gesteuerte Transistoren vorzusehen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung, bei der mittels einer mindestens einen Schalter enthaltenden und durch eine Schaltlogik gesteuerten Schaltstufe mindestens eine Versorgungsspannungsquelle auf einen Ausgang (Lastwiderstand) durchgeschaltet wird, so daß an dem Ausgang je nach Schalterstellung mindestens zwei mögliche Spannungszustände auftreten können, wobei zwischen der Versorgungsspannungsquelle und dem Schalter jeweils eine niederohmige impulsfeste Pufferschaltung eingefügt ist, welche für die Versorgungsspannungsquelle als Oberlastschutz dient, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang (AK) eine zu prüfende Schaltung (PR) angeschlossen ist, welche niederohmig an die als Prüfspannung dienende Ausgangsspannung (US) angelegt werden soll, und daß die durch den Schalter (51, 52) fließenden Lastströme in den Pufferschaltungen (PFl, PF2) an zwei Widerständen (RMl, RM2\n F i g. 2) gemessen und daraus Steuersignale (IM 1, IM2) abgeleitet werden, die die Ausgangsspannung (Uli, U22) so ändern, daß die lastabhängigen Spannungsabfälle (Al)Ll, Δ UL 2) an dem Schalter (51, 52) kompensiert werden.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pufferschaltung (PFl, PF2) als einen Operationsverstärker enthaltende Konstantstromquelle ausgebildet ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pufferschaltung (PFl, PF2) mindestens einen Transistor (Γ51, Γ52) aufweist, der über die an den ohmschen Widerständen (RM 1, RM2) abfallenden Spannungen (UMl, UM2) gesteuert wird, welche dem zum Ausgang (AK) fließenden Laststrom (IL1, IL 2) proportional sind.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ohmschen Widerstände (RMl, RM2) so gewählt sind, daß bei einem mittleren Laststrom (ILl, IL 2) eine minimale Abweichung der Ausgangsspannung auftritt.

5. Schaltungsanordnung, nach Anspruch 1 einen Schalter enthaltenden und durch eine Schaltlogik gesteuerten Schaltstufe mindestens eine Versorgungsspannungsquelle auf einen Ausgang (Lastwiderstand) durch geschaltet wird, so daß an dem Ausgang je nach Schalterstellung mindestens zwei mögliche Spannungszustände auftreten können, wobei zwischen der Versorgungsspannungsquelle und dem Schalter jeweils eine niederohmige impulsfeste Pufferschaltung eingefügt ist, welche für die Versorgungsspannungsquellen als Überlastschutz dient, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannung (U5) mit einem hochohmigen Impedanzwandler (IW) abgegriffen und zwei getakteten Differenzverstärkern (DI, D 2) zugeführt wird, deren ausgangsseitige Regelspannungen (URl, UR2) Änderungen der Pufferausgangsspannungen verursachen, dergestalt, daß lastabhängige Spannungsabfälle an dem Schalter (51, 52) am Ausgang (AK) ausgeregelt werden.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Pufferschaltung als eine einen Operationsverstärker (OV12) enthaltende Konstantstromquelle ausgebildet ist.

7. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei verschiedene Spannungen (£71 bzw. U 2) über zwei abwechselnd betätigbare Schalter (51, 52) auf den gemeinsamen Ausgang (AK) durchschal tbar sind.