DE1067059B - Torschaltung zur selektiven Zuführung eines zu schaltenden Gleichstromes an einen Belastungskreis - Google Patents

Description

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INTERNAT. KL. H 03 k

PATENTAMT

D 28064

ANMELDETAG: 7.MAI1958

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
OND AUSGÄBE DER
AUSLEGESCHRIFT: 15. O KT O B E R 1959

Die Erfindung betrifft eine Torschaltung zur selektiven Zuführung eines zu schaltenden Gleichstromes an einen Belastungskreis, bei der eine einen •Schaltstrom' liefernde Stromquelle (Schaltstromquelle) und eine Mehrzahl Dioden Anwendung finden.

Eine erfindungsgemäße Schaltung gestattet, einen Gleichstrom schnell und exakt einem Belastungskreis zuzuführen, eine Aufgabe, die sich beispielsweise bei elektronischen Analog-Computern ergibt, bei denen das Eingangssignal durch eine Vielzahl von Momentanwerten eines kontinuierlichen Gleichstromsi'gnais gebildet wird.

Eine erfindungsgemäße Torschaltung charakterisiert sich dadurch, daß der zu schaltende -Gleichstrom über eine Diode dem Belastungskreis zugeführt wird und daß diese Diode mit weiteren Dioden, welche ein 4-Pol-Netzwerk bilden, an das der die Belastung enthaltende 'Stromkreis, der den zu schaltenden Strom liefernde Stromkreis und die Schaltstromquelle angeschaltet sind, zusammengeschaltet ist und daß der Schaltstrom hi seinen beiden Polaritäten gleich idem zu schaltenden Gleichstrom oder größer als derselbe ist und die Polarität der Dioden in dem Netzwerk so gewählt ist, daß der zu schaltende Gleichstrom durch den Belastungskreis fließt, wenn der Schaltstrom· dieselbe Polarität besitzt wie der zu schaltende Gleichstrom, und daß der zu schaltende Gleichstrom einen Teil des Diodennetzwerkes durchfließt, wenn der Schaltstrom die entgegengesetzte Polarität besitzt.^;

Für spezielle Zwecke kann die erfindungsgemäße Schaltung so· gewählt wenden, daß, unter Benutzung einer gemeinsamen Schaltstromquelle abwechselnd zwei verschiedene zu schaltende Gleichströme, die von verschiedenen Stromquellen erzeugt werden, der Belastung zugeführt werden.

Weitere Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung werden sich aus der Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen ergeben. Es ist indessen darauf hinzuweisen, daß die Zeichnungen lediglich der Erläuterung dienen und nicht eine Begrenzung des allgemeinen Erfindungsgedankens darstellen sollen. Von den Figuren zeigt

Fig. Γ eine schematische Darstellung einer Gleichstrcmtorschaltung, welche: einen Gleichstrom einem Belastung-skreis zuführt oder von demselben fernhält,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform einer Gleichstromtorschaltung entsprechend Fig. 1, wobei abwechselnd zwei Gleichströme einem gemeinsamen Belastungskreis zugeführt werden können.

In Fig. 1" ist eine Serienschaltung einer Batterie 8 und eines Widerstandes 9 gezeigt, die zusammen eine Gleichstromquelle bilden, welche durch das Bezugszeiehen 10, bezeichnet wird. Die Schaltung gemäß Torschaltung zur selektiven Zuführung eines zu schaltenden Gleichstromes an einen Belastungskreis

Anmelder:

Day strom Incorporated, Murray Hill, N. J. (V. St. A.)

Vertreter: Dr. phil. G. B. Hagen, Patentanwalt, München 22, Widenmayerstr. 38

Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom 8. Mai 1957

Roswell Ward Gilbert, Montclair, Essex, N. J.

(V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden

Fig. 1 dient dem Zweck, einen Gleichstrom I₀, welcher von der Stromquelle 10 oder eimer entsprechenden Gleichstromquelle geliefert wird, einem mit 11 bezeichneten Belastungskreis zuzuführen oder von demselben fernzuhalten. Das Öffnen und das Sperrender Diodentorschaltung erfolgt durch einen Schaltstrom I_s, welcher von einer Stromquelle 12 geliefert wird, deren Klemmen mit 13/13' bezeichnet sind; die Klemmen 13/ 13' sind an die Torschaltung angeschlossen. Der Schaltstrom /_s kann sowohl negative als auch positive Stromwerte annehmen, was durch das Vorzeichen ( + ) angedeutet wird. Der Strom wird von einer geeigneten Stromquelle, beispielsweise einem Multivibrator, einem Flip-Flop oder ähnlichem Kreis geliefert, der als Ausgangssignal ein Signal Von abwechselnd negativer und positiver Polarität liefert.

Die in einfacher Weise aufgebaute Torschaltung umfaßt vier Dioden 16, VT, 18 und 19 und ist imstande, den' Gleichstrom J₀ entweder der Belastung 11 zuzuführen öder von ihr fernzuhalten, nadi Maßgabe des Schaltstromes /_s. Der Belastungskreis 11 liegt in Serie mit der Diode18. Das eine Ende dieser Serienschaltung ist über eine Verbindungsleitung 21 mit der einen Klemme der Stromquelle 10 verbunden, während die andere Seite der aus dem Belastungskreis 11 und der Diode 18 gebildeten Serienschaltung an die andere Klemme der Stromquelle 10 über eine 'Verbin-'

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dungsleitung 22 angeschlossen ist,. Es ist darauf hinzuweisen, daß in dem Stromkreis, welcher die Stromquelle 10, die Belastung 11 und die Diode 18 -umfaßt, die Diode in bezug auf den Strom der Stromquelle 10 in Leitrichtung ,liegt Die Diode 16 ist parallel zu der den zu schaltenden Strom'liefernden Stromquelle 10 geschaltet,;und.zwar in der Sperrichtung. Zusätzlich bilden die beiden Dioden 16 und 17 eine Serienschaltung mitider den Schaltstrom liefernden Stromquelle

' Torschaltung geeignet machen. Der in Fig. 1 dargestellte Stromkreis ebenso wie die in Fig. 2 dargestellte Anordnung können eine¹ Schaltstufe für Gleichstrom bilden,.. die hei Benutzung eines Belastungskreises niedriger Impedanz ein Kriechstromverhältnis und ein Unäbhängi'gkeitsverhältnis des geschalteten Stromes von mehr als 1:10 000 besitzt, also Eigenschaften besitzt, die sich bereits der Arbeitsweise eines mechanischen Relais nähern. Die sich an dem Belastungs-

12. Die beiden in Serie.geschalteten Dioden 16 und 17 io kreis ausbildende Spannung darf nicht so groß sein, liegen in gleicher Richtung in dem ,Stromkreis ange- daß die Diode 17 sperrt infolge des Spannungsgefälles ordnet, welcher die beiden Dioden und die den Schalt- in Vorwärts richtung an der Diode 19 unter Gegenstrom liefernde Stromquelle umfaßt. Die Diode 19 ist wirkung der an der Belastung sich ausbildenden Spanparallel zu der den Schaltstrom liefernden Gleich- nung...D.ie.Torschaltung ist daher nur für Belastungsstromqueile 12 in bezug auf deren Klemmen 13·, 13' 15 kreise von niedriger.Impedanz geeignet, angeordnet. Die .Dioden 16,-_: 17 und 19 ,bilden, wenn Es ist darauf hinzuweisen, daß sämtliche Polari-

~~ ' ' täten und Diodenrichtungen. relativ sind. Beispiels

weise kann, in Fig. 1 die Richtung sämtlicher Dioden 16, 17, 18 und 19 umgekehrt werden, wenn zugleich die Polarität der Gleichstromquelle 10 .von positiv in . negativ umgewandelt wird. In dem sich so ergebenden Stromkreis würde.der negative Gleichstrom I₀ an den Belastungskreis 11 weitergeleitet werden, wenn der Schaltstrom /_s negativ ist,- und es würde der. Strom I₀

man sie losgelöst von der übrigen Torschaltung betrachtet, ein jz-Netzwerk; die Dioden sind dabei in dem die drei Dioden;umfassenden Netzwerk in gleichem Sinne angeordnet.

' Im Betrieb wird der Gleichstrom I₀ dem Belastungskreis 11 zugeführt, wenn der Schaltstrom positiv ist, d. h. wenn die Klemme. 13 positiv in bezug a,uf die Klemme 13' ist, welch letztere an die gemeinsame Lei

tung 22 angeschlossen ist. Wenn der Schaltstrom «5 von dem Belastungskreis ferngehalten werden, wenn ■■■-■■ ·- ■■ -■ der Schaltstrom positiv ist. Von dieser Möglichkeit

wird in der Torschaltung gemäß Fig. 2 Gebrauch gemacht. . .

In Fig. 2 ist eine·.Ausführungsform dargestellt,

den Belastungskreis· fließen,'während der Schaltstrom 30 welche ,gewissermaßen eine Verdoppelung der in Fig. 1 durch die Diode 19 abfließt. Die Torschaltung ist ge- dargestellten Schaltungsweise ist. Die Gleichstromtorschaltung gemäß Fig. ·2 umfaßt eine zweite: Gleichstromquelle 10', die in Serie geschaltet eine Batterie 8'

positiv ist, werden die Dioden 16 und 17 gesperrt, d. h. sie übernehmen keine Stromleitung, und die Dioden 18 und 19 sind stromführend. Der gesamte Gleichstrom I₀ wird daher durch die Diode 18 und

und einen Widerstand 9'umfaßt, während die Gleich-

schlossen, und der Gleichstrom /₀ wird von dem
Belastungskreis ferngehalten, wenn der Schaltstrom
in seiner Polarität umgekehrt wird, d. h. negativ wird.
Bei einem negativen Schaltstrom werden die Dioden. 35 stromquelle 10 ebenfalls vorhanden ist. Der allein 16 und 17 stromführend, und die Dioden 18 und 19 vorgesehene SchaltstromJ₅, welcher .von der ■■Schaltwerden'-gesperrt; Es wird daher weder der Gleich- stromquelle 12 geliefert wird, schaltet abwechselnd die strom I₀ noch auch der Schaltstrom/_s durch die Diode beiden. Gleichströme Z₀. und I₀ an' den gemeinsamen 18 und den Belastungskreis 11 fließen; vielmehr wird Belastungskreis.il bei. dem Ausführungsbeispiel geder Gleichstrom/₀ durch die Diode 16 abgeleitet, und ₄₀ maß Fig. 2. Die Dioden 16, 17- und 18, die Strom= es wird der Schaltstrom/_s durch die Serienschaltung quelle 10 und die. den Schaltstrom liefernde Stromder Dioden 16 und 17 fließen. quelle 12 sind in ähnlicher Weise vorgesehen wie in

Fig. 1. Für die Schaltung des zweiten Gleichstromes Z₀' sind die Dioden 16', 17' und 18' vorgesehen. Die

Um diese Betriebsweise durchzuführen, muß der Schaltstrom /_s mindestens so groß sein wie der ge

schaltete Strom I₀, wenn das Stromtor geschlossen/ist. 45 Polarität der Gleichstromquelle 10' ist entgegengesetzt Bei einem positiven Gleichstrom /_ö wird- die ■ Tor- zu der Polarität der Gleichstromquelle 10, sowie auch Schaltung durch einen Schaltstrom geöffnet, welcher die .Richtung der Dioden 16', 17' und 18' entgegeiipositiv ist und theoretisch lediglich größer als Null gesetzt zu der Richtung der Dioden 16, 17 und 18 ist. sein muß; die Schaltung wird durch einen negativen Es ist darauf hinzuweisen, daß die Diode 19 der Schaltstrom geschlossen, der theoretisch mindestens 50 Fig. 1 in Fig.. 2 nicht auftritt. Die Funktion der Diode größer sein muß als der positive Gleichstrom I₀. Um 19 wird nämlich durch die Dioden 16' und 17' in. den indessen,. wenn ■ die Torschaltung· geöffnet ist, den komplementären Teilen der Schaltungsanordnung ausGleichstrom in vollem Maße zur Verfügung zu haben geübt.:. ■:·.■.■ ;-..■■ ■ . und, wenn die Torschaltung geschlossen ist; Kriech- ^ Im Betrieb wird der Gleichstrom I₀ dem Belastungsströme -zu -vermeiden, -betreibt man zweckmäßiger- 55 kreis 11. zugeführt, wenn der Schaltstrom positiv ist, weise die Dioden-Gleichstrom-Torschaltung mit einem d. h. wenn die-Klemme 13 positiv in bezug auf die Schaltstrom, welcher zwischen zwei- und zehnmal so gemeinsame.; Verbindungsleitung 12 _ ist. Wenn der groß wie der .Gleichstrom/_a ist, in beiden Arbeits- Schaltstrom positiv ist, sind die Dioden; 16/17 und phasensowohl. wenn das. Stromtor geöffnet ist als auch 18' gesperrt und die Dioden 18, 16' und 17' stromwenn es geschlossen ist. Soll beispielsweise ein posi- 60 leitend. Der gesamte positive Gleichstrom I₀ durchtiver Gleichstrom/₀ von 5-Milliampere dem Belastungs- fließt daher den Belastungskreis 11, und es wird kreis 11. zugeführt werden oder von demselben-fern- unter diesen Verhältnissen der Strom I₀ von dem gehalten werden, so liegt-die Größe des positiven und Belastungskreis ferngehalten. Wenn der Schaltstrcrn des negativen S cha Its trcffl es/_s zweckmäßigerweise in bezug auf seine Polarität umgekehrt wird und zwischen 10 und 50 Milliampere. Man verwendet iür 65 negativ wird, wird der Gleichstrom I_n' dem Be-

die vorliegenden.. Zwecke vorzugsweise· hochwertige Dioden. Germaniumdioden und auch besonders Siliziumdioden mit > durch Diffusion erhaltener Verbindungsstelle besitzen charakteristische Eigenschaften,

lastungskreis zugeführt. Bei einem negativen Schaltstrom werden die Dioden 16, 17 und 18' stromleitend, und es werden die Dioden 18, 16' und 17' gesperrt. Es fließt daher der gesamte negative Gleichstrom

die sie für die Verwendung in der erfinduhgsgemäßen 70 durch den Belastungskreis 11, während der Gleich-

strom I₀ von dem Belastungskreis ferngehalten wird. Ebenso wie im Falle der Fig. 1 ist zweckmäßigerweise der Schaltstrom /_s zwei- bis zehnmal größer als die Ströme, die geschaltet werden sollen, nämlich als die Ströme I₀ und I₀, wobei für jeden der geschalteten Ströme die Stromwerte sowohl in öffnungs- als auch in Schließstellung zu berücksichtigen sind. Auch in Fig. 2 sind die angegebenen Polaritäten und Richtungen der Dioden nur relativ.

Sowohl bei einer Anordnung gemäß Fig. 1 als auch bei einer Anordnung gemäß Fig. 2 erfolgt die Schaltfunktion sehr exakt und schnell unter der Wirkung des Schaltstromes, welch letzterer innerhalb weiter Grenzen schwanken kann. Es ist, um eine ordnungsgemäße Arbeitsweise der Torschaltung sicherzustellen, nicht erforderlich, daß der Schaltstrom innerhalb enger Grenzen konstant geregelt wird. Dieser Umstand bildet einen besonderen Vorteil der erfindungsgemäßen Torschaltung.

Es ist offensichtlich, daß sich für den Fachmann mannigfaltige Abweichungen von den in dem Ausführungsbeispiel dargestellten Schaltungsweisen ergeben.

Claims (7)

Patentanspküche:

1. Torschaltung zur selektiven Zuführung eines zu schaltenden Gleichstromes an einen Belastungskreis . unter Anwendung einer einen Schältstrom liefernden Stromquelle (Schaltstromquelle) und einer Mehrzahl Dioden, dadurch gekennzeichnet, daß der zu schaltende Gleichstrom (I₀) über eine (18) der Dioden dem Belastungskreis (11) zugeführt wird und daß diese Diode (18) mit weiteren Dioden. (16, 17, 19), welche ein 4-Pol-Netzwerk bilden, an das der die Belastung (11) enthaltende Kreis, der den zu schaltenden Gleichstrom (Z₀) liefernde Stromkreis und die Schaltstromquelle angeschaltet sind, zusammengeschaltet ist und daß der Schaltstrom (7_S) in seinen beiden Polaritäten gleich dem oder größer als der zu schaltende Gleichstrom (Z₀) ist und die Polarität der Dioden (17, 19) in dem Netzwerk so gewählt ist, daß der zu schaltende Gleichstrom (Z₀) durch den Belastungskreis (11) fließt, wenn der Schaltstrom (I₅) dieselbe Polarität besitzt wie der zu schaltende Gleichstrom (Z₀), und daß der zu schaltende Gleichstrom (Z₀) einen Teil des Diodennetzwerkes durchfließt, wenn der Schaltstrom (Z₀) die entgegengesetzte Polarität besitzt.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das 4-Pol-Netzwerk aus drei Dioden (16, 17, 19) besteht, die zu einem π-Netzwerk verbunden sind.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Diode (16) und eine zweite Diode (17) mit gleicher Polarität und in Serie mit der den Schaltstrom (Z₅) liefernden Stromquelle (12) angeordnet sind, wobei die erste Diode (16) parallel zu der den zu schaltenden Strom (Z₀) liefernden Gleichstromquelle (10) angeordnet ist, und zwar in einer den zu schaltenden Strom (Z₀) nicht leitenden Richtung, und daß eine dritte Diode (18) in Serie mit dem Belastungskreis (11) angeordnet ist und daß die Serienschaltung der dritten Diode (18) und des Belastungskreises (11) parallel zu der ersten Diode (16) liegt und in dem Stromkreis, welcher durch die erste Diode (16) und die Serienschaltung der dritten Diode (18) und des Belastungskreises (11) gebildet wird, letztere in gleicher Richtung zur ersten Diode (16) angeordnet ist und daß eine vierte Diode (19) parallel·zu der den Schaltstrom liefernden Stromquelle (12) angeordnet ist und daß die vierte Diode (19) in dem Stromkreis, welcher durch die erste (16), die zweite (17) und die vierte (19) Diode gebildet wird, gleichsinnig mit der ersten (16) Und der zweiten (17) Diode angeordnet ist.

4. Schaltung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Zwecke, einen ersten positiven Gleichstrom (I₀) und einen zweiten negativen Gleichstrom (I₀) einem Belastungskreis (11) zuzuführen, eine erste Diode (16) und eine zweite Diode (17) in Serie geschaltet und mit gleicher Polarität in Serie mit der den Schaltstrom (I_s) liefernden Gleichstromquelle (12) angeordnet sind, wobei die erste Diode (16) parallel zu der den zu schaltenden positiven Strom (I₀) liefernden Gleichstromquelle angeordnet ist, und zwar in einer den zu schaltenden Strom (Z₀) nicht leitenden Richtung, und daß die dritte Diode (17') und die vierte Diode (16') gleichsinnig in Serie geschaltet sind und diese Serienschaltung parallel zu der ersten Diode (16) und der zweiten Diode (17) liegt und in einem Stromkreis, welcher durch die genannten vier Dioden gelbildet wird, die Dioden gleichsinnig angeordnet sind und daß die vierte Diode (16') parallel zu der den zu schaltenden negativen Gleichstrom (I₀) liefernden Stromquelle (10') angeordnet ist, und zwar für diesen zu schaltenden negativen Strom (I₀) in entgegengesetztem Richtungssinn, und daß eine fünfte Diode (18) und eine sechste Diode (18') gleichsinnig in Serie geschaltet und an den Verbindungspunkten der ersten Diode (16) mit der zweiten Diode (17) bzw. der dritten Diode (17') mit der vierten Diode (16') angeschaltet sind und daß die fünfte Diode (18) und die . sechste Diode (18') in dem Stromkreis, der durch die letztgenannten vier Dioden (16, 16', 17,: 17') gebildet wird, im gleichen Sinn mit der ersten Diode (16) und vierten -Diode (16') angeordnet sind und daß der Belastungskreis (11) zwischen dem Verbindungspunkt der ersten Diode (16) und der vierten Diode (16') und dem Verbindungspunkt der fünften Diode (18) und der sechsten Diode (18') angeschaltet ist.

5. Schaltung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Diode (16) und, falls vorgesehen, auch die vierte Diode (16') in umgekehrtem Sinne in bezug auf den¹ zu schaltenden Gleichstrom eingeschaltet ist/sind.

6. Schaltung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Belastungskreis (11) einen niedrigen Impedanzwert für Gleichstrom besitzt.

7. Schaltung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Dioden Siliziumdioden mit durchs Diffusion, erzeugter Verbindungsstelle sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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