DE1463821C

DE1463821C - Commutation circuit

Info

Publication number: DE1463821C
Application number: DE19641463821
Authority: DE
Inventors: Karl Grenchen Ducommun Georges Feldbrunnen Adler, (Schweiz)
Original assignee: Biviator S A , Genf (Schweiz)
Priority date: 1963-11-02
Filing date: 1964-10-28
Publication date: 1973-04-05

Description

112 sind an Verstärker 31 bzw. 32 angeschlossen, die über Primärwicklungen 35 bzw. 36 von Ausgangstransformatoren mit einer lediglich schematisch dargestellten Schaltung 120 zur Erzeugung von vier getrennten Steuersignalen verbunden sind.112 are connected to amplifiers 31 and 32, which are connected to output transformers via primary windings 35 and 36, respectively with a circuit 120, shown only schematically, for generating four separate Control signals are connected.

Liegt an den Eingangsklemmen 30 kein Differenzsignal, so befindet sich die Brücke im Gleichgewicht und liefert an ihren Ausgangsklemmen ebenfalls kein Diffenrenzsignal. Die Transistoren 111 und 112 führen daher keinen Strom, so daß keine Modulation stattfindet und auch an den Ausgängen der Verstärker 31 und 32 keine Steuersignale auftreten. Die Schaltung ist also völlig symmetrisch, so daß eventuell durch kapazitive Effekte an die Verstärkereingänge übertragene Wechselspannungen gleicher Amplitude keine Steuersignale an den Ausgängen der Verstärker 31 und 32 zur Folge haben. Liegt an den Eingangsklemmen 30 ein Differenzsignal, so führen die Transistoren 103 und 104 und damit auch die Transistoren 105 uncM.06 unterschiedliche Ströme. Die Brücke ist daher verstimmt, und es tritt auch an den Eingangsklemmen 109 und 110 der Modulatorschaltung, ein Differenzsignal auf. Ist beispielsweise die Eingangsklemme 109 positiv bezüglich der Eingangsklemme 110, so wird ein Strom von der Klemme 109 über den Transistor 112, über dessen Belastungswiderstand und über die Diode 117 zur Klemme 110 fließen. Der Transistor 112 wirkt dabei als Modulator, so daß am Eingang des Verstärkers 32 eine modulierte Wechselspannung auftritt. Die verstärkte, am Ausgang des Verstärkers 32 erscheinende Wechselspannung erzeugt in der Schaltung 120 Steuersignale für die Stromwendeschaltung. Unter der Voraussetzung, daß die Klemme 109 positiv ist in bezug auf die Klemme 110, liegen sowohl die Diode 116 als auch der damit in Serie geschaltete Transistor 111 in Sperrichtung des angelegten Potentials, so daß in diesem Element kein Strom fließt und damit im Transistor 111 auch keine Modulation stattfindet. Beim Auftreten eines Differenzsignals umgekehrter Polarität zwischen den Klemmen 109 und 110 führt der Transistor 111 Strom und der Transistor 112 ist stromlos, so daß nun der Verstärker 31 in der Schaltung 120 Steuersignale erzeugt. Dadurch wird die Stromrichtung am Ausgang der Stromwendeschaltung geändert. Die in der F i g. 1 dargestellte Schaltung weist eine außerordentlich hohe Empfindlichkeit bei hervorragender Stabilität auf. Bei geringer Eingangsleistung (0,1 nA bei 1 Mikrovolt) können Ausgangsleistungen der Stromwendeschaltung bis 500 Watt erreicht werden.If there is no differential signal at the input terminals 30, the bridge is in equilibrium and also does not provide a differential signal at its output terminals. The transistors 111 and 112 lead therefore no current, so that no modulation takes place and also at the outputs of the amplifiers 31 and 32 no control signals occur. The circuit is completely symmetrical, so that possibly AC voltages of the same amplitude transmitted to the amplifier inputs by capacitive effects do not result in any control signals at the outputs of amplifiers 31 and 32. Is due to the Input terminals 30 a differential signal, then the transistors 103 and 104 and thus also the Transistors 105 and 06 different currents. The bridge is therefore out of tune, and it kicks too at the input terminals 109 and 110 of the modulator circuit, a differential signal. Is for example the input terminal 109 is positive with respect to the input terminal 110, then a current from the Terminal 109 via the transistor 112, via its load resistance and via the diode 117 to Terminal 110 flow. The transistor 112 acts as a modulator, so that at the input of the amplifier 32 a modulated alternating voltage occurs. The amplified one appearing at the output of the amplifier 32 AC voltage generates control signals for the commutation circuit in circuit 120. Provided that terminal 109 is positive with respect to terminal 110, both the diode 116 and the transistor 111 connected in series with it in the reverse direction of the applied Potential, so that no current flows in this element and thus also none in transistor 111 Modulation takes place. When a difference signal of reverse polarity occurs between the Terminals 109 and 110, the transistor 111 carries current and the transistor 112 is de-energized, so that now the amplifier 31 in the circuit 120 generates control signals. This changes the direction of the current to the Output of commutation circuit changed. The in the F i g. 1 circuit shown has an extraordinary high sensitivity with excellent stability. At low input power (0.1 nA at 1 microvolt), the output power of the commutation circuit can reach up to 500 watts.

An Stelle der Eingangsbrücke gemäß der F i g. 1 kann zur Erzielung einer noch höheren Eingangsimpedanz eine Röhrenschaltung gemäß der F i g. 2 verwendet werden. An die ebenfalls mit 30 bezeichneten Eingangsklemmen ist der Gitterkreis einer Röhre 121 angeschlossen deren Kathode positiv vorgespannt ist, um praktisch jeden Gitterstrom zu vermeiden. Die Anode der Röhre 121 ist direkt mit dem Gitter einer Röhre 122 verbunden. Das Gitter einer der Röhre 122 entsprechenden Röhre 123 wird auf einem durch ein Potentiometer 124 einstellbaren festen Potential gehalten.Instead of the input bridge according to FIG. 1, a tube circuit according to FIG. 1 can be used to achieve an even higher input impedance. 2 be used. The grid circle is one of the input terminals also designated 30 Tube 121 is connected, the cathode of which is positively biased in order to avoid virtually any grid current. The anode of the tube 121 is connected directly to the grid of a tube 122. The grid a tube 123 corresponding to tube 122 is set on a potentiometer 124 adjustable held constant potential.

Zum Abgleich der Schaltung gemäß F i g. 2 wird bei kurzgeschlossenen Klemmen 30 das Potentiometer 124 so eingestellt, daß an den Kathoden der Röhren 122 und 123 keine Spannungsdifferenz auftritt. Tritt während des Betriebes ein Differenzsignal an den Klemmen 30 auf, so ändert sich der Strom in der Röhre 121 und damit die Spannung am Gitter der Röhre 122. Es fließt daher in der Röhre 122 ein anderer Strom als in der Röhre 123, so daß an den Ausgangsklemmen ein Differenzsignal auftritt, dessen Polarität von der Polarität des Differenzsignals an den Klemmen 30 abhängig ist.To adjust the circuit according to FIG. 2 becomes the potentiometer when terminals 30 are short-circuited 124 adjusted so that there is no voltage difference across the cathodes of tubes 122 and 123. If a differential signal occurs at terminals 30 during operation, the current changes in the tube 121 and thus the voltage on the grid of the tube 122. It therefore flows in the tube 122 a different current than in the tube 123, so that a differential signal occurs at the output terminals, whose polarity depends on the polarity of the differential signal at terminals 30.

Die in der F i g. 3 dargestellte Schaltung weist als Eingangsschaltung den gleichen B rücken verstärker auf wie die Schaltung gemäß der Fig. 1. Der Ausgang des Brückenverstärkers ist mit den Eingangsklemmen 130 und 140 einer Steuerschaltung verbunden, welche zwei komplementäre Transistoren 90 und 100 aufweist. Die Emitter der Transistoren 90 und 100 sind je über eine Spannungsquelle mit der Eingangsklemme 130 verbunden. Die direkt zusammengeschalteten Basen der Transistoren 90 und 100 sind mit der anderen Eingangsklemme 140 verbunden. Die Transistoren 90 und 100 arbeiten ausgangsseitig auf als strom- oder spannungsgesteuerte Oszillatoren ausgebildete Verstärker 150 bzw. 160. Es ist im folgenden angenommen, daß bei Verstärker 150 und 160 erst schwingen, wenn der Strom im zugeordneten Transistor 90 oder 100 einen bestimmten Ruhestromwert überschreitet. Die Verstärker 150 und 160 sind über die Primärwicklungen 35 und 36 mit der erwähnten Schaltung 120 verbunden, in der vier getrennte an Ausgangsklemmen 200 auftretende Steuersignale erzeugt werden.The in the F i g. 3 circuit shown has the same bridge amplifier as the input circuit like the circuit according to FIG. 1. The output of the bridge amplifier is connected to the input terminals 130 and 140 of a control circuit, which has two complementary transistors 90 and 100. The emitters of the transistors 90 and 100 are each connected to input terminal 130 via a voltage source. The direct Interconnected bases of transistors 90 and 100 are connected to the other input terminal 140 connected. The transistors 90 and 100 operate on the output side as current- or voltage-controlled Oscillators trained amplifier 150 or 160. It is assumed in the following that with amplifier 150 and 160 only oscillate when the current in the associated transistor 90 or 100 has a certain value Quiescent current value exceeds. Amplifiers 150 and 160 are across the primary windings 35 and 36 connected to the mentioned circuit 120, in which four separate output terminals 200 occurring control signals are generated.

Liegt an den Eingangsklemmen 30 kein Differenzsignal, so befindet sich der Brückenverstärker im Gleichgewicht, so daß auch an den Eingangsklemmen 130 und 140 kein Differenzsignal auftritt. In den beiden komplementären Transistoren 90 und 100 fließen daher infolge der völlig symmetrischen Anordnung gleiche Ströme, so daß sich auch die Basisströme kompensieren. Es erfolgt daher keinerlei Rückwirkung von den Transistoren 90 und 100 auf den Brückenverstärker. Wie bereits erwähnt, wird angenommen, daß die beiden Verstärker 150 und 160 bei diesem Ruhezustand der Schaltung gesperrt sind, so daß auch an den Ausgängen der Verstärker 150 und 160 keine Wechselspannungen auftreten. Es werden demgemäß auch an den Ausgangsklemmen 200 der Schaltung 120 keine Spannungen auftreten, so daß die im Hauptpatent beschriebene Stromwendeschaltung im Gleichgewicht ist und am Ausgang keinen Strom liefert. Liegt an den Eingangsklemmen 30 ein Diffenrenzsignal mit bestimmter Polarität, so wird der Brückenverstärker verstimmt, so daß auch an den Eingangsklemmen 130 und 140 ein Differenzsignal entsprechender Polarität auftritt. Ist die Eingangsklemme 130 positiv gegenüber der Eingangsklemme 140, so wird der Stromfluß im Transistor 90 ansteigen und im Transistor 100 sinken. Dementsprechend wird im Verstärker 150 eine Schwingung einsetzen, während der Verstärker 160 gesperrt bleibt. Die über die Primärwicklung 35 an die Schaltung 120 abgegebene Wechselspannung erzeugt ein entsprechend gerichtetes Steuersignal an allen Klemmen 200, so daß die angeschlossene Stromwendeschaltung am Ausgang einen Strom in bestimmter Richtung liefert.If there is no differential signal at the input terminals 30, the bridge amplifier is in Equilibrium, so that no difference signal occurs at input terminals 130 and 140 either. In the two complementary transistors 90 and 100 therefore flow due to the completely symmetrical Arrangement of equal currents so that the base currents also compensate each other. There is therefore nothing Feedback from transistors 90 and 100 on the bridge amplifier. As mentioned earlier, will assumed that the two amplifiers 150 and 160 blocked in this idle state of the circuit so that no alternating voltages occur at the outputs of amplifiers 150 and 160 either. Accordingly, there are also no voltages at the output terminals 200 of the circuit 120 occur, so that the commutation circuit described in the main patent is in equilibrium and on Output is not supplying power. If there is a difference signal with a certain polarity at the input terminals 30, the bridge amplifier is detuned so that there is also a signal at input terminals 130 and 140 Difference signal of the corresponding polarity occurs. If the input terminal 130 is positive compared to the input terminal 140, the current flow in transistor 90 will increase and decrease in transistor 100. Accordingly an oscillation will set in in amplifier 150, while amplifier 160 is blocked remains. The alternating voltage output via the primary winding 35 to the circuit 120 generates a appropriately directed control signal at all terminals 200, so that the connected commutation circuit supplies a current in a certain direction at the output.

Liegt an den Eingangsklemmen 30 ein Differenzsignal entgegengesetzter Polarität, so wird der Stromfluß im Transistor 90 absinken und im Transistor 100 ansteigen, so daß nun der Verstärker 150 gesperrt wird, während im Verstärker 160 eine SchwingungIf there is a differential signal at the input terminals 30 opposite polarity, the current flow in transistor 90 and in transistor 100 will decrease increase, so that now the amplifier 150 is blocked, while an oscillation in the amplifier 160

einsetzt. Es werden daher auch an den Ausgangsklemmen 200 der Schaltung 120 entgegengesetzt gerichtete Steuersignale auftreten, die die Stromwendeschaltung im entgegengesetzten Sinne aussteuern.begins. There are therefore also oppositely directed at the output terminals 200 of the circuit 120 Control signals occur that control the commutation circuit in the opposite direction.

Die in der F i g. 3 dargestellte Schaltung weist die gleiche außerordentlich hohe Empfindlichkeit wie die Schaltung gemäß der F i g. 1 bei hervorragender Stabilität auf.The in the F i g. 3 circuit shown has the same extremely high sensitivity as the circuit according to FIG. 1 with excellent stability on.

An Stelle der Eingangsbrücke gemäß der F i g. 3 kann zur Erzielung einer höheren Eingangsimpedanz auch die Röhrenschaltung gemäß der Fig. 2 verwendet werden.Instead of the input bridge according to FIG. 3 can be used to achieve a higher input impedance the tube circuit according to FIG. 2 can also be used.

Die direkte Verbindung der Emitter der Transistoren 90 und 100 mit den zugeordneten Spannungsquellen hat zur Folge, daß auch im Ruhezustand der Schaltung beide Transistoren 90 und 100 einen bestimmten Ruhestrom führen. Das ergibt eine verhältnismäßig niedrige Eingangsimpedanz, welche der Ausgangsimpedanz der transistorisierten Briickenverstärkers gemäß der F i g. 3 angepaßt ist. Um den Ruhestrom in den Transistoren 90 und 100 einstellen und zugleich die Schaltung abstimmen zu können, können an Stelle der in der F i g. 3 schematisch dargestellten Spannungsquellen einstellbare Spannungsquellen mit Potentiometern 125 und 126 gemäß der F i g. 4 verwendet werden.The direct connection of the emitters of the transistors 90 and 100 with the associated voltage sources has the consequence that the Circuit both transistors 90 and 100 carry a certain quiescent current. That makes a proportionate low input impedance, which is the output impedance of the transistorized bridge amplifier according to FIG. 3 is adapted. To adjust the quiescent current in transistors 90 and 100 and at the same time being able to tune the circuit, instead of the one shown in FIG. 3 shown schematically Voltage sources adjustable voltage sources with potentiometers 125 and 126 according to FIG F i g. 4 can be used.

Ist eine höhere Eingangsimpedanz der Steuerschaltung erwünscht, so ist es auch möglich, die Spannungsquellen gemäß der F i g. 5 in die Kollektor-Stromkreise der Transistoren 90 und 100 zu legen, so daß im Ruhezustand nur Restströme in den Transistoren 90 und 100 fließen.
Die erfindungsgemäße Schaltung kann auch ohne besonderen Vorverstärker arbeiten, d. h. der in den F i g. 1 und 3 dargestellte Brückenverstärker kann direkt als Meßbrücke ausgebildet sein, wobei wenigstens einer der Transistoren 105 und 106 durch ein Meßelement ersetzt ist.If a higher input impedance of the control circuit is desired, it is also possible to use the voltage sources according to FIGS. 5 to be placed in the collector circuits of transistors 90 and 100, so that only residual currents flow in transistors 90 and 100 in the idle state.
The circuit according to the invention can also work without a special preamplifier, ie the one in FIGS. The bridge amplifier shown in FIGS. 1 and 3 can be designed directly as a measuring bridge, at least one of the transistors 105 and 106 being replaced by a measuring element.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

1 21 2

Claims 1 to 6, characterized in that the

Claims: transistors (90, IQO; 111, 112) a tube amplifier with high input impedance and low

■ 1st commutation circuit with one of four output impedance is connected upstream.

Control elements, such as transistors, formed 5., ...._ ....

Bridge circuit with '.. .. ._ ~ _ · ■

a DC voltage supply and, in addition,. '/.' J- "" - ■> ■ '.' ■■ '■' ■ '. " . ;; ■

aisle diagonal a consumer lies, and with - ■ .-, - ■ -, - ¹ - »'.." ■ ..:'

the control elements each assigned and the subject of the main patent is a commutator type built control circuits that each io deschaltung with a bridge circuit formed from four control elements, such as two opposing control elements transistors, in whose conductive and the other two are blocked, input diagonal a DC voltage supply where the Control circuits two amplifiers that are controllable in opposite directions from a differential and in the output diagonal of which a consumer signal is present, and with the control elements respectively assigned, the output side with two groups of control circuits structured in such a way that direct voltage can be influenced in any sense because two each other Opposite control elements are connected, two of which are in each case conductive and the other two are blocked, identical groups belonging to different groups, whereby the control circuits are two from one differential voltage source with respect to one another r switched are signal amplifiers controllable in opposite directions. have, and the connections for the control electrodes of 20, which on the output side form with two groups of control elements assigned in the same way, distributed according to the Pa-sense influenceable DC voltage sources 1 463 804, characterized by two to be split each with the inputs of the amplifiers (31, to which groups belonging to DC voltage ^{sources 1} '32; 150, 160) two are connected to one another by the differential signal and the connections for thumped, complementary or complementary transistors (90, 100; 111, 112) form vertes. In this circuit are bound by one. single available differential signal four separate,

2. commutation circuit according to claim 1, da- amplified control signals for the controls through characterized in that the forms are complementary.

switched transistors (111, 112) on the one hand in 30 The invention is now based on the object

opposite direction to differential signal - suitable circuits for mutual control

Input terminals (119, 110) connected and the amplifier by means of a single differential signal

on the other hand to be specified with secondary windings (113, 114),

an oscillator (115) are connected. This task is carried out with a commutation switch

3. Current reversing circuit according to claim 2, with the fact that with each transistor the inputs of the amplifiers are two of the differences 112) a diode (116, 117) applied in series with complementary signals or is fully switched. mentally switched .Transistors are connected.

4. Current reversing circuit according to claim 1, there- in the drawing, exemplary embodiments are characterized in that the complementary 40 circuit according to the invention is shown. It shows
Transistors (90,100) parallel to differential signal F i g. 1 a first embodiment,
Input terminals (130,140) are connected. F i g. 3 a second embodiment,

5. commutation circuit according to claim 4 ,. there- Fig. 2, 4 and 5 modifications of the embodiment characterized in that the emitters of the grain examples of FIG. 1 and 3.

Plementary transistors (90, 100) each via a 45 die in FIG. 1 circuit shown has

Voltage source with one input terminal input terminals 30 to which an available

(130) are connected while the bases of the difference signal is applied. The terminals 30 are

two transistors with the other input - each with the base of an npn transistor 103 or 104

terminal (140) are connected: ■ connected. The collectors and emitters of the trans-

6. commutation circuit according to claim 4, 50 sistors 103 and 104 are each connected to the base or characterized in that the directly connected collector of pnp transistors 105 and 106 NEN emitter and the directly connected bases connected. The transistors 105 and 106 each of the complementary transistors (90, 100) each form a branch of a bridge amplifier which is fed by a voltage source 107 connected to an input terminal (130, 140) and which are linked by means. 55 of a potentiometer 108 can be tuned.

7. commutation circuit according to one of the on The output of the bridge is with input Kiemsprüche 1 to 6, characterized in that the men 109 and 110 of a modulation circuit verTransistors (90, 100; 111,112) at the output of a bound. Between the terminals 109 and 110 of the \ bridge amplifier, which in two two-modulation circuit, two transistors of the same arm 111 gene transistors (105, 106) turned up in the opposite direction 60 and 112 has. The transistors 111 and 112 are through alternating

8. commutation circuit according to claim 7, there- controllable voltages, which in separate secondary characterized in that each transistor (105, windings 113 and 114 of the output transformer 106) a complementary transistor (103,104) gate of an oscillator 115 are generated. With each is connected upstream and that the difference signal between the transistors 111 and 112 is a diode 116 or see the base connections of the upstream 117 connected in series, the direction of which is applied with transistors (103, 104) . that of the assigned transistor

9. Current reversing circuit after one of the votes. The collectors of transistors 111 and