DE1139881B - Elektronischer Schalter zum insbesondere schnellen Anschalten eines von zwei Potentialen an einen Verbraucher - Google Patents

Description

• Elektronischer Schalter zum insbesondere schnellen Anschalten eines von zwei Potentialen an einen Verbraucher In Nachrichten- und auch Datenverarbeitungsanlagen werden vielfach Schalter benötigt, die, einen bestimmten Ausgangspunkt wahlweise mit einem von zwei Potentialen verbinden. Das eine der Potentiale kann hierbei 0- oder Erdpotential sein, während das andere Potential im allgemeinen eine genau definierte Spannung ist. Die Durchschaltung der Potentiale in den entsprechenden Punkt soll möglichst widerstandsfrei erfolgen, damit die an dem Ausgang auftretende Spannung in ihrer Größe möglichst unabhängig von der Größe des Ausgangswiderstandes ist.
• Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet für einen derartigen Schalter sind Digital-Analog-Umformer, bei denen abhängig von einem Schaltbefehl zum Aufbau der analogen Spannung einzelne Widerstände an ein definiertes Potential angeschlossen werden müssen, wobei die Durchschaltung dieses Potentials an diesen Ausgang nicht abhängig von der Größe der Widerstände sein darf.
• Außer einem vernachlässigbar niedrigen Widerstand im durchgeschalteten Zustand des Schalters soll dieser Schalter im gesperrten Zustand zumindest auch einen so hohen Widerstand haben, daß der verbleibende Restwiderstand ebenfalls das eingeschaltete Potential nicht störend beeinflußt.
• Die an einen derartigen Schalter für die genannten Zwecke gestellten Forderungen werden von einem mechanischen Schalter mit einwandfreier Kontaktgabe ohne weiteres erfüllt. In elektronischen Schaltanlagen besteht aber der Wunsch, auch diesen Schaltaufgaben einem elektronischen Schalter, vorzugsweise einem Transistor, zuzuordnen, da mechanische Schalter in all diesen Anlagen wesensfremd und mit Rücksicht auf die notwendige Wartung und die geringe Schaltgeschwindigkeit sogar unbrauchbar sind.
• Es ist ein elektronischer Doppelstromschalter bekanntgeworden, bei dem zwei komplementäre Transistoren, also ein pnp- und ein npn-Transistor mit der Speisespannungsquelle in Reihe geschaltet sind. Die Basis des einen Transistors ist mit der Basis des anderen Transistors und mit der Eingangs- oder Steuerspannungsquelle verbunden. Die Emitter beider Transistoren sind miteinander und mit dem Verbraucher verbunden. Die Steuerpotentiale liegen im Bereich zwischen den Speisepotentialen der beiden Kollektoren. Sie steuern -einen Transistor leitend und sperren den anderen Transistor. Dabei wird wie gewöhnlich die Basis-Kollektor-Strecke des leitenden Transistors in Sperrichtung, die Basis-Emitter-Strecke in Durchlaßrichtung vorgespannt betrieben. Die Basis-Emitter-Strecke hat einen so kleinen elektrischen Widerstand, daß das Steuerpotential praktisch ohne Spannungsabfall zum Verbraucher durchgeschaltet wird.
• Erlmdungsgemäß wird mittels einer der üblichen entgegengesetzten Betriebsweise der Transistoren eine Verbesserung des Durchschaltens, erreicht. Wird nämhch auch die Basis-Kollektor-Strecke des leitend gesteuerten Transistors in Durchlaßrichtung vorgespannt, so verliert der Transistor zwar seine Verstärkereigenschaft, doch wird dabei der Widerstand der Basis-Kollektor-Strecke und auch, wie der Versuch zeigt, der Emitter-Kollektor-Strecke auf sehr niedrige Werte vermindert. Damit läßt sich auf diese Weise unter bewußtem Verzicht auf die übliche Vorstärkereigenschaft ein besonders präzises Durchschalten des einen bzw. des anderen Speisepotentials, das am einen bzw. anderen Kollektor anliegt, unter der Steuerwirkung des der Basis jedes der beiden Transistoren, besonders vorteilhaft über einen gemeinsamen Widerstand, zugeführten Steuerpotentials erreichen. Es ergibt sich damit trotz des weitgehend gleichen Schaltbildes, eine völlig andere Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung gegenüber dem vorbekannten Doppelstromschalter. Wesentlich für die neuartige Betriebsweise ist es, die Steuerpotentiale außerhalb des Bereiches der Speisepotentiale zu wählen, damit die Basis-Kollektor-Strecke des leitend gesteuerten Transistors in Durchlaßrichtung vorgespannt wird. Diese Betriebsweise kann als »inversund umgepolt« bezeichnet worden.
• Die Erfindung bezieht sich auf einen elektronischen Schalter mit vernachlässigbar kleinem Widerstand der Schaltstrecke im durchgeschalteten Zustand zum insbesondere schnellen Anschalten eines von zwei Potentialen an einen Verbraucher, unter Verwendung zweier in Reihe geschalteter komplementärer Transistoren, deren Basen miteinander und deren Emitter miteinander und mit dem einen Ende des Verbrauchers verbunden sind und deren Kollektoren an je eines der an den Verbraucher durchzuschaltenden Potentiale angeschlossen sind. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Transistoren invers und umgepolt betrieben werden, indem die Basen durch außerhalb des Bereiches der Speisepotentiale liegende Steuerpotentiale gesteuert werden. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden die Basen durch die Steuerpotentiale über einen Vorschaltwiderstand gesteuert.
• Für den genannten Zweck eignen sich am besten Legierungs-Flächentransistoren. Bei diesen Transistoren würde bei normalem Betrieb der verhältn#ismäßig hohe Sperrstrom stören. Bei inversem Betrieb ist dieser Sperrstrom erheblich geringer und wird durch die Betätigung der Transistoren im Gegentakt vollständig unschädlich gemacht.
• An sich vertragen schnell schaltende Transistoren meist nur eine sehr geringe Sperrspannung zwischen Emitter und Basis. Durch die Verwendung der Transistoren im inversen und umgepolten Betrieb lassen sich größere Spannungen, nämlich Spannungen bis zur zulässigen Kollektor-Basis-Sperrspannung, durchschalten. In diesem Betrieb wird zwar dann keine Spannungsverstärkung mehr erreicht, d. h. die ansteuernde Spannung muß größer als die durchzuschaltende Spannung sein, doch stört der Bedarf an Leistung zum Schalten der Schalter für die oben angegebenen Zwecke im allgemeinen nicht; es kommt lediglich darauf an, daß an den Verbraucher sehr präzis ein Potential angelegt wird oder nicht.
• Die im durchgeschalteten Zustand eines Transistors an den Ausgangsklemmen auftretende Spannung ist im inversen Betrieb um mehr als eine Größenordnung kleiner und stört deshalb nicht mehr.
• Einzelheiten der Erfindung werden an, Hand des in der Zeichnung dargestellten Schaltbeispieles erläutert. An den Verbraucher Ra soll wahlweise die Spannung 0 und die Spannung - U angelegt werden. Zu diesem Zweck sind zwischen der Spannung - U und 0 zwei Komplementärtransistoren Tl und T2 in der dargestellten inversen und umgepolten Arbeitsweise eingeschaltet. Der Widerstand Ra liegt mit einem Ende an den beiden Emittem E, während die Ansteuerspannung über die Eingangsklemmen K und den Vorwiderstand R gleichzeitig an die beiden Basen der Transistoren angelegt wird. Je nachdem, ob die Ansteuerspannung geringfügig positiver als Nullpotential oder negativer als - U ist, wird einer der beiden Transistoren durchgeschaltet, und an dem Widerstand Ra liegt dementsprechend das Potential 0 oder - U über den sehr kleinen Innenwiderstand der Transistoren Tl bzw. T2.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Elektronischer Schalter zum insbesondere schnellen Anschalten eines von zwei Potentialen an einen Verbraucher mit vernachlässigbar kleinem Widerstand der Schaltstrecke im durchgeschalteten Zustand unter Verwendung zweier in Reihe geschalteter komplementärer Transistoren, deren Basen miteinander und deren Emitter miteinander und mit dem einen Ende des Verbrauchers verbunden sind und deren Kollektoren an je eines der an den Verbraucher durchzuschaltenden Potentiale angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistoren invers und umgepolt betrieben werden, indem die Basen durch außerhalb des Bereiches der Speisepotentiale liegende Steuerpotentiale gesteuert werden.
2. 2. Elektronischer Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Basen durch die Steuerpotentiale über einen Vorschaltwiderstand gesteuert werden. 3. Elektronischer Schalter nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Verwendung von Legierungs-Flächentransistoren.
3. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1039 570.