DE3813533A1 - Elektronischer umschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektronischen Umschalter der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.

In der Meßtechnik benötigt man zur Lösung verschiedener Meßaufgaben Umschalter. So verwendet man zur Anpassung des Meßbereiches eines Meßgerätes an den zu erfassenden Meßwert Meßbereichsschalter, die z.B. einen Spannungs­ teiler umschalten, um eine zu hohe Eingangsspannung auf einen zulässigen Wert herabzusetzen. Bei zu kleiner Eingangsspannung muß andererseits für eine angepaßte Verstärkung gesorgt werden, was ein Umschalten des Verstärkungsfaktors bedingt. Weiterhin benötigt man Schalter zum Umschalten von Meßkanälen. Sehr schnelle Schalter sind für einen Chopper-Betrieb erforderlich, wenn z.B. zwei Meßsignale quasi parallel über einen Meßkanal laufen sollen, oder eine zu messende Gleich­ spannung zur Verminderung der Drift zerhackt und als Wechselspannung weiterverarbeitet werden muß.

Aus Tietze/Schenk, Springer Verlag 1985, Seite 731, Abb. 23.21 ist ein elektronischer Schalter bekannt, der sich auch für hohe Frequenzen einsetzen läßt.

Hierbei handelt es sich um einen Differenzverstärker mit zwei symmetrisch aufgebauten Differenzverstärkerstufen, bei denen die beiden Emitter beider Stufen über je einen Stromgegenkopplungswiderstand mit einem Sperrtransistor verbunden sind. Die Kollektor-Emitter-Strecke der beiden Sperrtransistoren liegt in der Verbindung zwischen den Differenzverstärkerstufen und einer gemeinsamen Kon­ stantstromquelle. Die Sperrtransistoren sind so steuer­ bar, daß wechselweise einer von ihnen nicht sperrt und die über ihn mit Strom versorgte Differenzverstärker­ stufe einschaltet. Alle Differenzverstärkerstufen besitzen einen gemeinsamen Ausgang.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen elektrischen Um­ schalter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so aufzu­ bauen, daß mehrere Schaltstrecken gebildet werden und die Schaltung gut auf einem Halbleiterchip, vorzugsweise einem handelsüblichen Analog-Array integriert werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeich­ neten Merkmale gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen genannt.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Umschalters ist, daß drei als Schalter wirkende Differenzverstärker­ stufen über nur zwei Steuereingänge wahlweise einschalt­ bar sind. Auf diese Weise gelingt es mit der nur relativ geringen Zahl von außen zugänglicher Anschlüsse des zu verwendenden Analog-Arrays auszukommen.

Eine vorteilhafte Ansteuerung der Sperrtransistoren gelingt dadurch, daß diese mit ihrem Kollektor-Emitter- Zweig zwischen die Konstantstromquellen und die jewei­ ligen Differenzverstärkerstufen eingefügt sind. Die Basis jedes Sperrtransistors liegt dabei über einen Spannungsteiler an einer Vorspannung, die den Sperrtran­ sistor öffnet. Die Vorspannung wird jedoch durch das von der Steuerschaltung kommende Steuersignal überlagert, wobei dieses entweder den Wert "Null" (Open Collector) oder Sperrpotential annimmt.

Die Verriegelung wird in einfacher Weise dadurch er­ reicht, daß die Steuerschaltung ein die Sperrung bewir­ kendes Steuersignal unmittelbar der Basis von jeweils zwei Sperrtransistoren zuführt. Der dritte Sperrtran­ sistor erhält dagegen das Steuersignal über eine Hilfs­ stufe, die ihn sperrt sobald einer der beiden anderen Sperrtransistoren geöffnet ist.

In zweckmäßiger Weise liegt der die Hilfsstufe bildende Transistor mit seiner Basis an einem zwischen den beiden Steuereingängen angeschlossenen Spannungsteiler, während sein Emitter an einer die Sperrung bewirkenden Spannung liegt. Sein Kollektor ist mit der Basis des dritten Sperrtransistors verbunden und der Spannungsteiler so dimensioniert, daß der Transistor der Hilfsstufe sperrt, sobald an beiden Steuereingängen eine entsprechende Spannung liegt.

Eine vorteilhafte Anwendung des erfindungsgemäßen Um­ schalters ergibt sich bei einem Oszilloskop für den Kanalumschalter zur Ausgabe des Triggersignals. Als Triggersignal kann eines der beiden Meßsignale oder auch ein externes Signal herangezogen werden. Der Umschalter muß deshalb drei separate Eingänge für drei unterschied­ liche Kanäle besitzen, die wechselweise auf denselben Ausgang schaltbar sind.

Ein Kanalumschalter dieser Art ist nicht nur zur Auswahl eines gewünschten Triggersignals geeignet, sondern kann auch verschiedene Signale an einen gemeinsamen A/D-Wand­ ler weitergeben. Hierbei muß man zwischen dem einfachen Umschalten der Kanäle zur gleichzeitigen Messung, bzw. bildlichen Darstellung nur eines Signals und einem möglichen Chopperbetrieb unterscheiden, bei dem mit hoher Frequenz zwischen zwei Meßkanälen so umgeschaltet wird, daß beide Signale quasi zeitsynchron auf einem Bildschirm dargestellt werden können.

Mit Hilfe einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung soll es möglich sein, denselben Kanalum­ schalter sowohl im Chopperbetrieb als auch für Einzel­ umschaltung zu betreiben. Bei der Einzelumschaltung soll als drittes Signal das externe Triggersignal zur Anzeige gebracht werden. Die zur gegenseitigen Verriegelung der einzelnen Differenzverstärkerstufen erforderliche Hilfsschaltung ist dementsprechend komplizierter.

So ist die Basis des zur dritten Differenzverstärker­ stufe gehörigen dritten Sperrtransistors unmittelbar mit dem zweiten Steuereingang der Hilfsschaltung verbunden, die dafür sorgt, daß der dritte Sperrtransistor nur einschalten kann, wenn der erste und zweite Sperrtran­ sistor ausgeschaltet sind. Andererseits wird bei gleichem Steuersignal am zweiten Steuereingang mit einem Pegelwechsel am ersten Steuereingang bei hoher Frequenz getaktet oder auch langsam so umgeschaltet, daß ab­ wechselnd der erste und zweite Sperrtransistor sperrt oder durchlässig ist.

In zweckmäßiger Ausbildung der Hilfsschaltung besitzt diese einen ersten Hilfstransistor, der mit seinem Kollektor an der Basis des ersten Sperrtransistors, mit seinem Emitter an einer die Sperrung des Sperrtran­ sistors bewirkenden Sperrspannung und mit seiner Basis über einen Widerstand an der Basis des dritten Sperr­ transistors liegt. Außerdem ist die Basis des ersten Hilfstransistors mit der Kathode einer ersten Diode verbunden, deren Anode einerseits an der Anode einer zweiten, zur Basis des ersten Sperrtransistors führenden Diode und andererseits über einen Widerstand an der Basis des zweiten Sperrtransistors liegt. Ein zweiter Hilfstransistor ist wie der erste mit Dioden beschaltet und liegt kollektorseitig an der Basis des zweiten Sperrtransistors und emitterseitig an Sperrspannung. Seine Basis-Emitter-Strecke ist durch einen Widerstand überbrückt und zwischen den beiden Dioden ist der erste Steuereingang über einen Widerstand angeschlossen.

Eine sehr vorteilhafte Weiterbildung des Erfindungs­ gegenstandes besteht darin, mindestens zwei Differenz­ verstärkerstufen mit unterschiedlichen Stromgegen­ kopplungswiderständen auszustatten. Hierdurch ist z.B. eine Anpassung des Triggersignals an den Pegel der Meßsignale möglich.

Legt man die Eingänge aller drei Differenzverstärker­ stufen zu einem gemeinsamen Eingang zusammen, versieht sie aber mit unterschiedlichen Stromgegenkopplungswider­ ständen, so entsteht ein Schalter, der zur automatischen Meßbereichsumschaltung geeignet ist. Der besondere Vorteil eines Schalters dieser Art ist, daß mit ihm nicht nur ein Umschalten sondern gleichzeitig auch eine Signalverstärkung erreicht werden kann.

Sollen nicht nur kleine Signale verstärkt, sondern z.B. auch große Spannungen durch eine Spannungsteilung herabgesetzt werden, so ist es zweckmäßig den Differenz­ verstärkerstufen einen Meßbereichsschalter vorzu­ schalten. Eine vorteilhafte Weiterbildung des Erfin­ dungsgegenstandes sieht vor, den Meßbereichsschalter mit Hilfe von Transistoren aufzubauen, um auch diesen zumindest weitgehend in die integrierte Schaltung mit einbeziehen zu können. Von bekannten als Schalter verwendeten Emitterfolgern unterscheidet sich der vorgeschlagene Meßbereichsschalter in vorteilhafter Weise zunächst dadurch, daß die zu schaltende Spannung, die in diesem Fall vom Spannungsteiler kommt, nicht dem Kollektor, sondern der Basis des Schalttransistors zugeführt ist. Auf das Meßsignal bleibt das ohne Einfluß, weil der Emitterfolger ein Verstärkungsver­ hältnis von 1 : 1 gewährleistet. Für das Ein- und Aus­ schalten des Schalttransistors sorgt ein mit dem Steuer­ signal beaufschlagter Steuertransistor, der zum Sperren des Schalttransistors dessen Basis auf Sperrpotential zieht. Ein zweiter Schalttransistor, der eine vom Meßsignal abgeleitete Teilspannung an einem Spannungs­ teiler abgreift, arbeitet mit demselben Emitterwider­ stand wie der erste Schalttransistor. Hierdurch wird ohne weitere Maßnahmen für einen gemeinsamen, mit dem Eingang des Differenzverstärkers zu verbindenden Ausgang gesorgt.

Auch bei dem Meßbereichsschalter ist es wiederum von Vorteil, im Hinblick auf die integrierte Schaltung, die Zahl der Steuereingänge möglichst niedrig zu halten. Das Zusammenlegen zweier Steuereingänge wird dadurch ermög­ licht, daß dem zweiten Steuertransistor ein Inverter vorgeschaltet ist, der das von der Steuerschaltung kommende Signal so invertiert, daß der ihm zugeordnete zweite Schalttransistor sperrt, wenn der erste Schalt­ transistor geöffnet ist. Die Umkehrung gilt ent­ sprechend. Auf diese Weise ist es möglich, mit nur einem, zwei Zustände bzw. Pegel kennenden Steuersignal, gezielt sowohl den ersten als auch den zweiten Schalt­ transistor, zu betätigen.

Um in Verbindung mit den Differenzverstärkerstufen, deren Verstärkung auf 1 : 1, 1 : 2 und 1 : 5 festgelegt ist, ein günstiges Gesamtübersetzungsverhältnis zu erzielen, ist es zweckmäßig mit dem ersten Schalttransistor eine Spannungsübersetzung von 1 : 1 und mit dem zweiten Schalt­ transistor eine Spannungsübersetzung von 10 : 1 zu verwirklichen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 Einen Meßbereichsschalter mit zwei Steuerein­ gängen,

Fig. 2 den Meßbereichsschalter nach Fig. 1 mit einem gemeinsamen Steuereingang,

Fig. 3 einen umschaltbaren Differenzverstärker mit Differenzverstärkerstufen unterschiedlicher Verstärkung,

Fig. 4 einen umschaltbaren Differenzverstärker als Kanalumschalter mit Chopperbetrieb,

Fig. 5 einen umschaltbaren Differenzverstärker als Kanalumschalter für unterschiedliche Trigger­ signale.

Die Schaltungen nach den Fig. 3 bis 5 zeigen drei Differenzverstärkergruppen c, g, h, deren Grundaufbau übereinstimmt, die jedoch unterschiedliche Aufgaben wahrzunehmen haben und sich dementsprechend unter­ scheiden.

Aufgabe der Differenzverstärkergruppe c nach Fig. 3 ist es, eine Meßbereichsumschaltung zu ermöglichen. Die umzuschaltenden Differenzverstärkerstufen I, II, III besitzen dementsprechend einen gemeinsamen Eingang F aber eine unterschiedliche Verstärkung.

Demgegenüber ist es Aufgabe der Differenzverstärker­ stufen g und h nach den Fig. 4 und 5 als Kanalum­ schalter zu wirken. Während jedoch nach Fig. 5 nur jeweils eine der drei Differenzverstärkerstufen A 2, B 2, C 2 eingeschaltet werden muß, um deren Signal als Trigger­ signal verwenden zu können, muß die Schaltung nach Fig. 4 zusätzlich im Chopperbetrieb arbeiten können. Die Differenzverstärkergruppe g hat nämlich die Aufgabe, das Signal eines von drei Kanälen A, B, C über eine Differenz­ verstärkerstufe A 1, B 1, C 1 an einen A/D-Wandler weiterzu­ geben. Zusätzlich soll es ihr jedoch möglich sein, bei Bedarf die Signale von zwei Meßkanälen A, B gleichzeitig dem A/D-Wandler zuzuführen, um sie auf dem Bildschirm eines Oszilloskops parallel darstellen zu können. Die Steuerung für die Differenzverstärkerstufen wird somit bei der Differenzverstärkergruppe h komplizierter als bei den Differenzverstärkergruppen c und g.

Zunächst seien die drei Differenzverstärkergruppen nach den Fig. 3 bis 5 in ihrem Grundaufbau beschrieben. Alle Differenzverstärkergruppen c, g, h bestehen aus drei Differenzverstärkerstufen I, II, III; A 1, B 1, C 1; A 2, B 2, C 2, die jeweils symmetrisch mit zwei NPN-Transistoren Q 3 bis Q 8; Q 301 bis Q 307; Q 502 bis Q 509 aufgebaut sind. Die beiden Emitter jeder Differenzverstärkerstufe sind über je einen Stromgegenkopplungswiderstand R 3 bis R 8; R 334, R 346, R 302 bis R 305; R 502 bis R 507 miteinander ver­ bunden. An diesem Verbindungspunkt liegt der Kollektor eines Sperrtransistors Q 9 bis Q 11; Q 10 bis Q 12; Q 510 bis Q 512, dessen Emitter mit einer für die jeweilige Differenzverstärkergruppe c, g, h gemeinsamen Stromquelle Q 16, Q 17; Q 330, Q 313; Q 513, Q 514 verbunden ist. Mit seiner Basis ist jeder dieser Sperrtransistoren an einem aus zwei Widerständen bestehenden Spannungsteiler R 42 bis R 47; R 314 bis R 319; R 508 bis R 513 angeschlossen.

Alle Differenzverstärkerstufen einer Differenzver­ stärkergruppe sind ausgangsseitig mit einer Kaskode versehen, wobei die Kollektoren aller Differenztran­ sistoren Q 1 bis Q 8; Q 301 bis Q 307; Q 502 bis Q 509 mit dem Emitter eines Kaskodetransistors Q 1, Q 2; Q 333, Q 309; Q 519, Q 501 verbunden sind. Dabei ist jeweils ein Kaskodetransistor den Differenztransistoren der einen Seite der Differenzverstärkerstufen und ein zweiter Kaskodetransistor symmetrisch dazu der anderen Seite der Differenzverstärkerstufen zugeordnet. Die Kaskodetran­ sistoren beider Seiten liegen mit ihrer Basis gemeinsam an einem Spannungsteiler R 16, R 51; R 306, R 313; R 515, R 514, der seinerseits zwischen Nullpotential und Ver­ sorgungsspannung VCC angeschlossen ist. Von einem, oder bei Differenzausgang von beiden Kollektorwiderständen der beiden Kaskodetransistoren wird eine Spannung abgegriffen, die den jeweiligen Ausgangsanschlüssen der Differenzverstärkergruppe, ggf. unter Zwischenschaltung einer Entkopplungsstufe, zugeführt ist. Bei der Differenzverstärkergruppe nach Fig. 3 wird der Ausgang durch die Anschlüsse G und H, bei der Differenzver­ stärkergruppe nach Fig. 4 durch die Anschlüsse 21 und 19 und bei der Differenzverstärkergruppe nach Fig. 5 durch den Anschluß 4 gebildet. Die für eine Differenz­ verstärkergruppe gemeinsame Stromquelle ist jeweils als Stromspiegel Q 16, Q 17; Q 330, Q 313; Q 513, Q 514 aufgebaut. Der zweite Transistor Q 17, Q 313, Q 514 ist hierbei als Diode geschaltet. Alle Transistoren sind von gleichem Typ und zwar NPN-Transistoren.

Die Schaltung nach Fig. 3 unterscheidet sich von den übrigen Schaltungen zunächst dadurch, daß die drei Eingänge der drei Differenzverstärkerstufen I, II, III zu einem Eingang F zusammengefaßt sind. Dieser Eingang F, an dem die Basen von drei Differenztransistoren Q 3, Q 5, Q 7 der einen Seite der Differenzverstärkerstufe liegen, ist auf Nullpotential bezogen. Dementsprechend sind die Basen der drei Differenztransistoren Q 4, Q 6, Q 8 der anderen Seite der Differenzverstärkerstufen ebenfalls zusammengefaßt und über eine Emitterfolgerstufe Q 21 auf Nullpotential gelegt.

Gegenüber den beiden Kanalumschaltern g, h der Fig. 4 und 5 unterscheidet sich Fig. 3 weiterhin dadurch, daß jede Differenzverstärkerstufe I, II, III einen anderen Wert ihres Stromgegenkopplungswiderstandes R 3 bis R 8 aufweist. Hierdurch ergibt sich eine unterschiedliche Gegenkopplung und damit eine unterschiedliche Verstär­ kung der einzelnen Differenzverstärkerstufen.

Bei allen drei Differenzverstärkergruppen c, g, h erfolgt das Ein- und Ausschalten der Differenzverstärkerstufen I, II, III; A 1, B 1, C 1, A 2, B 2, C 2 über nur zwei Steuerein­ gänge 17, 16; 2, 23; 5, 3. Hierzu bedarf es einer Hilfs­ stufe bzw. Hilfsschaltung, die bei den Schaltungen nach Fig. 3 und 5 gleichartig aufgebaut ist. So ist der erste Steuereingang 17, 5 mit der Basis des ersten Sperrtransistors Q 10, Q 510 und der zweite Steuereingang 16, 3 mit der Basis des zweiten Steuertransistors Q 11, Q 511 verbunden. Zwischen den beiden Steuereingängen 17, 16; 5, 3 ist ein Spannungsteiler R 49, R 50; R 530, R 531 angeordnet, an dessen Abgriff die Basis eines Hilfstran­ sistors Q 23, Q 508 liegt, dessen Kollektor mit der Basis des dritten Sperrtransistors Q 9, Q 512 und dessen Emitter mit Sperrpotential -5 Volt verbunden ist.

Da die Spannungsteiler R 42 bis R 47 und R 508 bis R 513 mit ihrem einen Ende auf Nullpotential und mit ihrem anderen Ende an einer Sperrspannung von -5 Volt liegen, erhalten die Basen der Sperrtransistoren Q 9, Q 11 und Q 510 bis Q 512 zunächst eine sie durchschaltende Vorspannung. Dieser Vorspannung überlagert sich jedoch eine Steuer­ spannung, die von einer Steuerschaltung ausgeht und den Steuereingängen 17, 16; 5, 3 zugeführt wird. Die Steuer­ schaltung sorgt nach einer übergeordneten Logik dafür, daß jeweils die richtige Differenzverstärkerstufe eingeschaltet wird. Steuerschaltungen dieser Art sind bekannt und deshalb nicht näher dargestellt. Für die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Schaltung ist lediglich das Ausgangssignal der Steuerschaltung von Bedeutung, das sich zwischen einer Spannung von 0 Volt (Open Collector) und -5 Volt ändern kann. Ausgehend von der Steuerschaltung ist es somit möglich den Steuerein­ gängen 17, 16; 5, 3 einen Signalpegel von -5 Volt zuzu­ führen, der sich der Vorspannung der Sperrtransistoren Q 10, Q 11; Q 510, Q 511 überlagert und diese sperrt. In diesem Fall sperrt auch die durch den Transistor Q 23, Q 508 gebildete Hilfsstufe, da sowohl an der Basis wie auch am Emitter des Transistors -5 Volt liegen. Der Basis des dritten Sperrtransistors Q 9, Q 512 wird somit kein Sperrpotential zugeführt, so daß er auf Durchgang schaltet. In diesem Fall wird also nur die dritte Differenzverstärkerstufe III, C 2 mit Strom versorgt, so daß nur diese eingeschaltet ist.

Wechselt am Steuereingang 17, 5 der Pegel von -5 Volt auf 0 Volt (Open Collector), so bleibt die am ersten Sperrtransitor Q 10, Q 510 anliegende Vorspannung unverän­ dert und schaltet diesen auf Durchgang. Gleichzeitig wird auch die Hilfsstufe mit dem Transistor Q 23, Q 508 auf Durchgang geschaltet, da seine Basis positives Potential erhält. Die Basis des dritten Sperrtransitors Q 9, Q 512 wird hierdurch auf Sperrpotential von -5 Volt gelegt. Gelangt alternativ an den zweiten Steuereingang 16, 3 ein Spannungspegel von 0 Volt, so ändern sich die Verhältnisse entsprechend.

Für die Schaltung ergibt sich folgende Wahrheitstabelle:

Die Schaltung nach Fig. 4 hat wie schon erwähnt, zwei Aufgaben zu erfüllen. Zunächst soll sie ein beliebiges Umschalten zwischen den drei zur Auswahl stehenden Kanälen, den beiden Meßkanälen A, B und dem Triggerkanal C ermöglichen. Hierzu wird immer nur eine Differenzver­ stärkerstufe A 1, B 1, C 1 über den zugehörigen Sperrtran­ sistor Q 310, Q 311, Q 312 eingeschaltet. Das am jeweiligen Eingang L, K; M, N; P der zugehörigen Differenzverstärker­ stufe anliegende Eingangssignal wird verstärkt und zu dem gemeinsamen Ausgang 19, 21 geführt, von dem es über Zwischenstufen zum A/D-Wandler und von diesem zur Darstellung auf einem Display gelangt. Die zweite Aufgabe der Schaltung besteht darin, zwischen den beiden Meßkanälen A, B mit hoher Frequenz (z.B. 10 MHz) zu choppern und dadurch eine gleichzeitige Darstellung beider Meßsignale auf dem Display zu verwirklichen. Auch jetzt gelangen die Signale an den gemeinsamen Ausgang 19, 21, so daß die Schaltung in beiden Fällen mit nur einem nachgeschalteten A/D-Wandler auskommt.

Die drei den Kanalumschalter g bildenden Differenzver­ stärkerstufen A 1, B 1, C 1 werden wiederum aus einer als Stromspiegel aufgebauten Konstantstromquelle Q 312, Q 312 mit Strom versorgt, wobei durch je einen Sperrtransistor Q 310, Q 311, Q 312 der Stromzufluß zu den einzelnen Differenzverstärkerstufen unterbrochen werden kann. Die Steuerung der Sperrtransistoren erfolgt von zwei Steuer­ eingängen 2, 23 aus, an denen ein von einer nicht darge­ stellten Steuerschaltung erzeugtes Steuersignal anliegt. Am ersten Steuereingang 2 steht ein Steuersignal mit den Pegeln -2,2 Volt und -5 Volt und am zweiten Steuerein­ gang 23 steht ein Steuersignal mit den Pegeln 0 Volt (Open Collector) und -5 Volt zur Verfügung.

Um wiederum mit nur zwei Steuereingängen die drei Kanäle schalten zu können, ist eine Hilfsschaltung vorgesehen, die bei allen drei Sperrtransistoren Q 310 bis Q 312 auf die Basis wirkt, die durch einen Spannungsteiler R 314, R 315; R 316, R 317; R 318, R 319 mit einer Vorspannung beaufschlagt ist. Die Vorspannung ist so ausgelegt, daß sie die Sperrtransistoren öffnet, solange ihr durch die Hilfsschaltung keine Sperrspannung überlagert wird. Da zur gleichen Zeit jeweils nur eine Differenzverstärker­ stufe eingeschaltet werden soll, muß die Hilfsschaltung auf die Basis von zwei Sperrtransistoren Sperrpotential geben.

Die Hilfsschaltung besitzt einen ersten Hilfstransistor Q 326, der mit seinem Emitter an -5 Volt und mit seinem Kollektor an der Basis des ersten Sperrtransistors Q 310 liegt, seine eigene Basis ist über einen Widerstand R 344 mit dem zweiten Steuereingang 23 verbunden. Die Basis­ kollektorstrecke des ersten Hilfstransistors Q 326 ist durch zwei Transistoren Q 327, Q 325 überbrückt, die durch Verbinden von Kollektor und Basis als zwei antiserielle Dioden geschaltet sind und deren Kathode jeweils mit einer Elektrode des Hilfstransistors Q 326 verbunden ist. Ein zweiter Hilfstransistor Q 314 ist in gleicher Weise durch zwei weitere als Dioden geschaltete Transistoren Q 323, Q 324 überbrückt, liegt mit seinem Kollektor einerseits an der Basis des zweiten Sperrtransistors Q 311 und andererseits über einen Widerstand R 351 zwischen den Dioden Q 327, Q 325. Sein Emitter ist un­ mittelbar und seine Basis über einen Widerstand R 308 mit -5 Volt verbunden. Der zweite Steuereingang ist über einen Widerstand R 320 zwischen den beiden Dioden ange­ schlossen. Durch die Dioden Q 327, Q 325, Q 324, Q 323 wird verhindert, daß die Basisspannung die Kollektorspannung unterschreitet und der Transistor in den Sättigungs­ bereich gesteuert wird, wodurch sich die Schaltzeiten erhöhen würden.

Bei Chopperbetrieb muß der dritte Sperrtransistor in gesperrtem Zustand bleiben, was bedeutet, daß die Steuerschaltung -5 Volt an den Steuereingang 23 geben muß. Am zweiten Steuereingang wechselt der Pegel in schneller Folge zwischen -2,2 Volt und -5 Volt. Bei -2,2 Volt wird der zweite Hilfstransistor Q 314 durchgeschal­ tet. Dadurch gelangen -5 Volt an die Basis des zweiten Sperrtransistors, so daß dieser die zweite Differenzver­ stärkerstufe B 1 abschaltet. Auch der erste Hilfstran­ sistor Q 326 bleibt gesperrt, da an seiner Basis eine vom zweiten Steuereingang 23 kommende Steuerspannung von -5 Volt liegt. Er beeinflußt somit den ersten Sperrtran­ sistor Q 310 nicht, der durch seine Vorspannung einge­ schaltet wird.

Wechselt der Pegel am ersten Steuereingang 2 zu -5 Volt, so sperrt der zweite Hilfstransistor Q 314. Der Basis des zweiten Sperrtransistors Q 311 wird somit keine Sperr­ spannung überlagert und die zweite Differenzverstärker­ stufe B 1 eingeschaltet. Gleichzeitig gelangt die Vor­ spannung des zweiten Sperrtransistors Q 311 von seiner Basis über den Widerstand R 351 und die Diode Q 325 zur Basis des ersten Hilfstransistors Q 326 und schaltet diesen auf Durchgang. Hierdurch gelangt die Spannung von -5 Volt an die Basis des ersten Sperrtransistors Q 310, der somit die erste Differenzverstärkerstufe A 1 abschal­ tet.

Gelangen an den zweiten Steuereingang 0 Volt (Open Collector) und an den ersten Steuereingang -2,2 Volt, so wird die dritte Differenzverstärkerstufe eingeschaltet. Die Vorspannung des dritten Sperrtransistors sorgt dafür, daß auch der erste Hilfstransistor Q 326 durch­ schaltet und den ersten Sperrtransistor Q 310 sperrt. Bei -2,2 Volt legt auch der zweite Hilfstransistor Q 314 die Basis des zweiten Sperrtransistors Q 311 an Sperrspannung -5 Volt.

Für die Schaltung ergibt sich folgende Wahrheitstabelle:

Claims (13)

1. Elektronischer Umschalter, insbesondere für Oszilloskope mit mindestens zwei symmetrisch aufgebauten Differenzverstärkerstufen, bei denen die beiden Emitter einer Stufe über je einen Stromgegenkopplungswiderstand mit einem Sperrtransistor verbunden sind, der seiner­ seits an einer für die Differenzverstärkerstufen gemein­ samen Konstantstromquelle liegt, und die Sperrtran­ sistoren über eine Steuerschaltung so gesteuert sind, daß wechselweise ein Sperrtransistor nicht sperrt und die über ihn mit Strom versorgte Differenzstufe ein­ schaltet und daß alle Differenzverstärkerstufen einen gemeinsamen Ausgang besitzen, dadurch gekennzeichnet, daß drei Differenzverstärkerstufen (I, II, III; A 1, B 1, C 1; A 2, B 2, C 2) vorgesehen sind, von denen aber jeweils nur eine wahlweise über den zugehörigen Sperrtransistor (Q 9 bis Q 11; Q 310 bis Q 312; Q 510 bis Q 512) eingeschaltet ist und eine Verriegelung dafür sorgt, daß eine sich ändernde Kombination der über nur zwei Steuereingänge (16, 17; 2, 23; 3, 5) zugeführten, von der Steuerschaltung ausgehenden Steuersignale, das Umschalten der Sperrtran­ sistoren (Q 9 bis Q 11, Q 310 bis Q 312; Q 510 bis Q 512) bewirkt, wobei jedes der beiden Steuersignale zwischen zwei Pegeln variieren kann.

2. Elektronischer Umschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrtransistoren (Q 9 bis Q 11; Q 310 bis Q 312; Q 510 bis Q 512) mit ihrem Kollek­ tor-Emitter-Zweig zwischen die Konstantstromquellen (Q 16, Q 17; Q 313, Q 330; Q 513, Q 514) und die jeweiligen Differenzverstärkerstufen (I, II, III; A 1, B 1, C 1; A 2, B 2, C 2) eingefügt sind und die Basis jedes Sperrtransistors (Q 9 bis Q 11; Q 310 bis Q 312, Q 510 bis Q 512) über einen Spannungsteiler (R 42, R 43 bis R 46, R 47; R 314, R 315 bis R 318, R 319; R 508; R 509 bis R 512, R 513) an einer Vor­ spannung (-5 Volt) liegt, die den Sperrtransistor öffnet, diese Vorspannung (-5 Volt) jedoch durch das Steuersignal überlagert ist, das entweder den Wert "Null" (Open Collector) hat oder einen Wert besitzt, der die Sperrtransistoren sperrt.

3. Elektronischer Umschalter, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelung so aufgebaut ist, daß ein die Sperrung bewirkendes Steuersignal (-5 Volt) ausgehend von den beiden Steuereingängen (16, 17; 3, 5) der Basis von jeweils zwei Sperrtransistoren (Q 10, Q 11; Q 510, Q 511) unmittelbar zugeführt ist, während es dem dritten Sperrtransistor (Q 9; Q 512) über eine Hilfsstufe (Q 23) zugeführt ist und diese Hilfsstufe den dritten Sperr­ transistor (Q 9; Q 512) sperrt, wenn einer der beiden anderen Sperrtransistoren (Q 10, Q 11; Q 510, Q 511) geöffnet ist.

4. Elektronischer Umschalter, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Hilfsstufe bildender Transistor (Q 23; Q 508) mit seiner Basis an einem zwischen den beiden Steuerein­ gängen (16, 17; 3, 5) liegenden Spannungsteiler (R 49, R 50; R 530, R 531) angeschlossen ist, sein Emitter an einer die Sperrung bewirkenden Spannung (-5 Volt) liegt und sein Kollektor mit der Basis des dritten Sperrtransistors (Q 9; Q 512) verbunden ist und der Spannungsteiler (R 49, R 50; R 530, R 531) so dimensioniert ist, daß der Transistor (Q 23) der Hilfsstufe sperrt, sobald an beiden Steuereingängen (16, 17; 3, 5) eine entsprechende Spannung (-5 Volt) liegt.

5. Elektronischer Umschalter nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Differenzverstärkerstufen (A 1, B 1, C 1; A 2, B 2, C 2) drei separate Eingänge (K und L; M und N; P) für drei unter­ schiedliche Kanäle (A, B, C) besitzen, die wechselweise auf denselben Ausgang (21 und 19; 4) schaltbar sind und dabei zwei Kanäle (A, B) als Meßkanäle dienen und ein Kanal (C) für ein externes Triggersignal vorgesehen ist.

6. Elektronischer Umschalter nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche außer Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verriegelung so aufgebaut ist, daß die Basis des zur dritten Differenzverstärkerstufe (C 1) gehörigen dritten Sperrtransistors (Q 312) unmittelbar mit dem zweiten Steuereingang (23) und einer Hilfsschal­ tung verbunden ist, die dafür sorgt, daß einerseits der dritte Sperrtransistor (Q 312) nur einschalten kann, wenn der erste und zweite Sperrtransistor (Q 310, Q 311) ausge­ schaltet sind und andererseits bei gleichem vom Steuer­ signal (-5 V) am zweiten Steuereingang (23) mit einem Pegelwechsel am ersten Steuereingang (2) bei hoher Frequenz getaktet oder auch langsam so umgeschaltet werden kann, daß abwechselnd der erste und zweite Sperrtransistor (Q 310, Q 311) sperrt und einer durch­ lässig ist.

7. Elektronischer Umschalter nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche außer Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Hilfsschaltung einen ersten Hilfstran­ sistor (Q 326) besitzt, der mit seinem Kollektor an der Basis des ersten Sperrtransistors (Q 310), mit seinem Emitter an einer die Sperrung des Sperrtransistors (Q 310) bewirkenden Sperrspannung (-5 Volt) und mit seiner Basis über einen Widerstand (R 344) an der Basis des dritten Sperrtransistors (Q 312) liegt, außerdem die Basis des ersten Hilfstransistors (Q 326) mit der Kathode einer ersten Diode (Q 325) verbunden ist, deren Anode einerseits an der Anode einer zweiten zur Basis des ersten Sperrtransistors (Q 310) führenden Diode (Q 327) und andererseits über einen Widerstand (R 351) an der Basis des zweiten Sperrtransistors (Q 311) liegt und weiterhin ein zweiter Hilfstransistor (Q 324), der wie der erste mit Dioden (Q 323, Q 324) beschaltet ist, kollektorseitig an der Basis des zweiten Sperrtran­ sistors (Q 311) und emitterseitig an Sperrspannung (-5 Volt) liegt, seine Basisemitterstrecke durch einen Widerstand (R 308) überbrückt ist und zwischen den beiden Dioden (Q 323, Q 324) der erste Steuereingang (2) über einen Widerstand (R 320) angeschlossen ist.

8. Elektronischer Umschalter nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß min­ destens zwei Differenzverstärkerstufen (I, II, III; B 2, C 2) unterschiedliche Stromgegenkopplungswiderstände (R 3 bis R 8; R 506, R 507, R 514, R 515) besitzen.

9. Elektronischer Umschalter nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche außer Anspruch 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Differenzverstärkerstufen (I, II, III) einen gemeinsamen Eingang (F) besitzen.

10. Elektronischer Umschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche außer Anspruch 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine aus drei Differenzverstärker­ stufen (I, II, III) bestehende Differenzverstärkergruppe (C) einen gemeinsamen Eingang (F) aber unterschiedliche Stromgegenkopplungswiderstände (R 3 bis R 8) zur Meßbe­ reichsumschaltung besitzt und dieser Differenzver­ stärkergruppe ein Meßbereichschalter (a) vorgeschaltet ist.

11. Elektronischer Umschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßbereichsschalter (a) zur automatischen Meßbe­ reichseinstellung in Abhängigkeit von den Signalen der Steuerschaltung jeweils unterschiedliche, den jeweiligen Meßbereich vorgebende Spannungsteilerwiderstände (R 22, R 23) über die steuerbaren Schalter (Q 12, Q 18) mit dem Eingang (F) der Differenzverstärkergruppe (c) verbindet und je eine der an den Spannungsteilerwiderständen (R 21, R 23) abgegriffenen Teilspannungen der Basis eines als Emitterfolger arbeitenden Schalttransistors (Q 12, Q 18) zugeführt ist, daß alle Emitter dieser Schalttran­ sistoren (Q 12, Q 18) mit einem gemeinsamen Ausgangswider­ stand (R 20) verbunden sind und an der Basis jedes Schalttransistors (Q 12, Q 18) ein Steuertransistor (Q 13, Q 19) angeschlossen ist, der in Abhängigkeit von an seinem Eingang (11, 14) liegenden Signalen der Steuer­ schaltung nur den Schalttransistor (Q 12, Q 18) nicht an Sperrpotential legt, der dem jeweils vorgegebenen Meßbereich zugeordnet ist.

12. Elektronischer Umschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingänge von den zwei Steuertransistoren (Q 13, Q 19) zu einem Eingang (14) zusammengefaßt sind, und dem zweiten Steuertransistor (Q 19) ein Inverter (Q 20) vorgeschaltet ist, der das von der Steuerschaltung kommende Signal so invertiert, daß der ihm zugeordnete zweite Schalttransistor (Q 18) sperrt, wenn der erste Schalttransistor (Q 12) geöffnet ist, und bei einem zweiten Signal der Steuerschaltung mit anderem Pegel der erste Schalttransistor (Q 12) sperrt, während der zweite (Q18) öffnet.

13. Elektronischer Umschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalttransistoren (Q 12, Q 18) so mit den Spannungs­ teilerwiderständen (R 21, R 23) verbunden sind und diese so dimensioniert sind, daß sich Spannungsverhältnisse von 1 : 1 und 10 : 1 zwischen dem Eingang (E) des Meßbereichs­ schalters (a) und seinem Ausgang (F) ergeben.