DE830353C

DE830353C - Elektronischer Schalter

Info

Publication number: DE830353C
Application number: DEW1899A
Authority: DE
Inventors: Willard Deming Lewis
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1949-10-21
Filing date: 1950-05-03
Publication date: 1952-02-04
Also published as: BE495917A; FR1018587A; US2535303A; GB681330A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf elektronische Schalter und insbesondere auf Schalter, welche richtungsabhängig leitende Vorrichtungen als Hauptelemente enthalten.

Die Durchführung von Schaltungen spielt eine immer wichtiger werdende Rolle in dem modernen Nachrichtenwesen. Verbesserte elektronische Mittel, die für die Schaltung von Signalen ohne unzulässige Dämpfung oder Verzerrung befähigt sind,

ίο sind besonders notwendig geworden durch das Aufkommen von Impulsnachrichtensystemen, bei welchen die die Nachricht tragenden Impulse manchmal von außerordentlich kurzer Dauer sind. Und wo es erwünscht ist, eine Anzahl von Schmalbandkanälen zu einem einzelnen Breitbandkanal zusammenzusetzen, wie z. B. bei Mehrfachverkehr mittels Impulsmodulation, besteht ein Bedürfnis nach einfachen und billigen Schaltmitteln, so daß diese Betriebsart auch für den Verkehr über kürzere Wege wirtschaftlich wird.

Es ist also in erster Linie das Ziel der Erfindung, einen verbesserten elektronischen Schalter zu schaffen.

Ein spezielleres Ziel der Erfindung besteht darin, verhältnismäßig einfache und billige elektronische as Mittel verfügbar zu machen, die in der Lage sind, eine Signalwelle von einem Übertragungsmedium zu einem anderen zu schalten.

Eine weitere Ausbildung der Erfindung schafft Mittel, welche in der Lage sind, Signalimpulse von ungewöhnlich kurzer Dauer zu schalten.

Eine weitere Ausbildung der Erfindung besteht

in einem elektronischen Schalter, welcher nur bei gleichzeitiger Anlegung einer Mehrzahl von Steuerspannungen geschlossen werden kann.

Ein elektronischer Schalter entsprechend der vorliegenden Erfindung besteht, wie im folgenden dargelegt wird, aus einem T-Netzwerk von richtungsabhängigen leitenden Vorrichtungen, welche mit gleichartigen Elektroden an den Verbindungspunkt angeschlossen sind, und die über den einen Reihenarm des Netzwerks mit dem Eingang, über den anderen Reihenarm mit dem Ausgang und über den Querzweig des Netzwerks vermittels der geerdeten Rückleitung mit dem Steuermittel in Verbindung stehen; zu der richtungsabhängig leitenden Vorrichtung des Querzweiges ist dabei ein Widerstand parallel geschaltet.

Ein solcher Schalter zeigt eine starke Dämpfung, wenn eine Steuerspannung einer bestimmten Polarität in Reihe mit der Querzweigvorrichtung angelegt wird, während eine geringere Dämpfung besteht, wenn die Steuerspannung entgegengesetzte Polarität hat. Wenn das T-Netzwerk erweitert wird und eine Mehrzahl von Querzweigen aufweist, deren jeder eine in ähnlicher Weise angeschlossene richtungsabhängige Vorrichtung enthält, so wird die Bedingung geringer Dämpfung nur verwirklicht, wenn die an jeden Zweig angelegten Steuerspannungen gleichzeitig die gleiche bestimmte Polarität aufweisen.

Es sei bemerkt, daß in der folgenden Beschreibung und in den Ansprüchen der Ausdruck richtungsabhängig leitende Vorrichtung irgendeine der bekannten Vorrichtungen bezeichnen soll, welche einer angelegten Spannung einer bestimmten Polarität eine verhältnismäßig niedrige Impedanz bieten, dagegen eine sehr hohe Impedanz den Spannungen von entgegengesetzter Polarität, so daß sie im wesentlichen Leitfähigkeit in nur einer Richtung zulassen. Wenn die von den Schaltern durchzulassenden Impulse von sehr kurzer Dauer sind, so würde natürlich eine richtungsabhängige Vorrichtung erforderlich sein, die in der Lage ist, solche Impulse durchzulassen. Solche Vorrichtungen sind nunmehr in der Technik bekannt; sie enthalten beispielsweise Germaniumkristalldioden.

Die Erfindung wird aus der folgenden, ins einzelne gehenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele leichter verständlich, und zwar in Verbindung mit der Zeichnung; es zeigt

Fig. ι in schematischerForm einen elektronischen Schalter, bei welchem das Prinzip nach der vorliegenden Erfindung verwirklicht ist,

Flg. 2 in ähnlicher Form einen Schalter, der auf zwei Steuerspannungen anspricht,

Fiy. 3 A das Schema eines durch eine Steuervorrichtung betätigten Vielfachschalters, welcher mehrere Schalter von der in Fig. 2 gezeigten Art enthält,

Pig- 3 B das Blockschaltbild einer Steuervorrichtung, die dem Schalter nach Fig. 3 A zugeordnet werden kann,

Fig. 3 C graphische Darstellungen zur Erläuterung des Vielfachschalters nach Fig. 3 A,

Fig. 4 das Schema eines mittels einer Verzögerungsleitung betätigten \^rielfachschalters.

Wie Fig. ι erkennen läßt, enthält ein einfacher Schalter im Sinne der vorliegenden Erfindung ein T-Gebilde aus drei richtungsabhängig leitenden Vorrichtungen 11, 12, 13, deren gleichartige Elektroden an den Verbindungspunkt P angeschlossen sind. Diese Vorrichtungen sind so bemessen, daß sie den Leistungsfluß von einem Generator 14 mit innerem Widerstand 15 zu einer Belastung 16 steuern. Diese Steuerung wird bewirkt durch eine Spannungsquelle 17, welche Vorspannungen von der einen oder anderen Polarität in Reihe mit der Querzweig- oder Steuervorrichtung 13 anlegt. Diese Vorspannung wird an diejenige Elektrode der Querzweigvorrichtung 13 angelegt, welche nicht an den Verbindungspunkt P angeschlossen ist.

Wenn bei Anschluß der richtungsabhängig leitenden Vorrichtungen in der aus Fig. 1 ersichtlichen Weise die Steuerspannung positiv ist, d. h. die Quelle 17 den Punkt σ positiv mit Bezug auf Erde macht, so wird der Schalter eine starke Dämpfung in dem Leistungsfluß von Generator 14 hervorrufen. Das ist aus einer Betrachtung der Wirkwiderstände der richtungsabhängigen Vorrichtungen in dem Netzwerk ersichtlich, wenn eine Spannung von dieser Polarität angelegt wird. Strom fließt durch die richtungsab'hängige Steuervorrichtung 13 parallel zu einem Widerstand 18 in der Richtung niedrigen Widerstandes oder in der Durchlaßrichtung und durch die Reihenvorrichtungen 11 und 12 in der Richtung hohen Wider-Standes oder in der Sperrichtung, wodurch der Punkt /' positiv wird und den Reihenvorrichtungen 11 und 12 eine ihren Widerstand erhöhende Vorspannung erteilt wird. In diesem Zustand ist das Netzwerk nach Fig. r ein Anpassungsstück mit einem niedrigen Parallelwiderstand, welches zwischen dem Generator 14 und der Belastung 16 eine starke Dämpfung einführt.

Bei einer negativen Steuerspannung in dem Netzwerk nach Fig. 1 wird der Widerstand der Vorrichtung 13 erhöht, so daß der Nebenschlußwiderstand des T-Stücks im wesentlichen gleich ist demjenigen des Widerstandes 18. Strom fließt durch die Reihenvorrichtungen 11 und 12 in der Richtung des niedrigen Widerstandes, so daß das T-Anpassungsstück jetzt geringen Reihenwiderstand und hohen Parallelwiderstand aufweist und die Dämpfung zwischen dem Generator 14 und der Belastung

16 klein ausfällt. Wenn der Widerstand 18 zu klein

ist, so wird die Dämpfung wegen der vergrößerten Querzweigbelastung erhöht. Wenn jedoch der Widerstand 18 zu groß ist. so nimmt die Dämpfung zu, weil die Einwirkung der Steuerspannung auf die Reihenvorrichtungen 11 und 12 zu gering ist und deren Widerstände demgemäß zu groß werden. Die minimale Dämpfung wird daher für einen optimalen Wert des Widerstandes 18 festzustellen sein.

Fig. 2 ist das Schaltschema eines Schalters mit zwei Steuerungen. Wenn die Polaritäten der Quelle

17 und 17' übereinstimmen, so ist die Arbeitsweise

(k's Schalters nach der obigen Erläuterung der Arbeitsweise des Schalters nach Fig. ι klar. Wenn aber die Polaritäten der Quelle 17 und 17' so sein sollten, daß der Punkte' positiv und der Punkt α negativ sind, so wird der Punkt P Pluspotential haben, da er mit der Quelle 17' über den niedrigen Widerstand der richtungsabhängigen Vorrichtung 13' und mit der Quelle 17 über den hohen Widerstand der Quelle 13 in Verbindung steht.

Da der Punkt P gegenüber Erde positiv ist, so wird ein von hier durch die Reihenzweige fließender Strom die Vorrichtungen n und 12 in den Zustand hohen Widerstandes versetzen, und das Netzwerk führt eine starke Dämpfung in den vom Generator Γ4 kommenden Leistungsfluß ein. Dasselbe gilt auch, wenn die Polaritäten der Quelle 17 und 17' umgekehrt werden, so daß Punkt α positiv und Punkt α negativ sind. Es ist daher klar, daß die Durchlaßbedingung allein dann verwirklicht ist, wenn die Polaritäten der Quellen 17 und 17' übereinstimmen und beide negativ sind.

Das Prinzip des Schalters nach Fig. 2 kann erweitert werden, so daß ein Schalter geschaffen wird, welcher /( Steuerungen enthält, und zwar einfach dadurch, daß man in ähnlicher Weise Ouerzweige bis zu einer Gesamtzahl von η zufügt, und zwar eine für jede der η Steuerungen; dabei zeigt sich, daß die Bedingung der geringen Dämpfung oder des Durchlasses nur verwirklicht sein wird, wenn alle Steuerspannungen gleichzeitig negativ sind. Es sei bemerkt, daß die richtungsabhängigen Vorrichtungen nach Fig. 1 und 2 in entgegengesetzter Weise gepolt sein können, als es der Darstellung entspricht. Hei Umkehrung der Vorrichtungen hinsichtlich ihrer Polarität wird die Durchlaßbedingung nur verwirklicht werden, wenn sämtliche Steuerspannungen gleichzeitig positiv sind. Es ist nur erforderlich, daß die entsprechenden Klemmen der richtungsabhängigen Vorrichtungen an den Verbindungspunkt /■* angeschlossen werden.

Das Prinzip der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise bei Vielfachschaltern Anwendung finden, wie es in Fig. 3 Λ veranschaulicht ist. In dieser Figur ist ein Schalter gezeigt, der dazu bestimmt ist, nacheinander einen Kanal oder eine Signalquelle 21 bis 24 auszuwählen und wechselweise an eine gemeinsame Belastung 25 anzuschließen. Die Belastung 25 kann eineübersetzungs- oder Verschlusselungsvorrictitung sein, eine Übertragungseinrichtung oder irgendeine andere Einrichtung, deren es für den Fachmann viele gibt. Vier Schalter 26 bis 29, deren jeder zwei Steuervorrichtungen 13 und 13' entsprechend der in Verbindung mit Fig. 2 beschriebenen Art aufweist, sind vorgesehen, um die einzelnen Kanäle an den gemeinsamen Ausgang anzuschließen. Wie früher auseinandergesetzt wurde, wird ein gegebener Schalter nur schließen, wenn seine beiden Steuerspannungen negativ sind. In Fig. 3 B ist zur beispielsweisen Erläuterung eine zweistufige, elektronische Steuervorrichtung veranschaulicht, die geeignet ist, die verschiedenen Steuervorspannungen zu liefern, und daher dazu benutzt werden kann, um den Vielfachschal.ter nach Fig. 3 A zu steuern. Ein Paar Multivibratoren MV₁ und MV₂ werden von einer Festfrequenzquelle 30 angetrieben. Wenn die Ausgänge der Multivibratoren aus rechteckigen Impulsen bestehen, und wenn die Frequenz von MV₁ doppelt so groß ist wie diejenige von MV₂, so werden die zugehörigen Ausgänge das Aussehen haben, wie es in Fig. 3 C veranschaulicht ist. Diese graphischen Darstellungen zeigen den Ausgang an jeder der Klemmen 31 bis 34 der Multivibratoren; ^: und bei Betrachtung der Darstellungen wird es einleuchten, daß die Kanäle der Reihe nach gewählt werden und einzeln an die gemeinsame Belastung 35 angeschlossen werden. So werden bei dem angegebenen ersten Zeitintervall die Klemmen 31 und ^; 33 positiv, während die Klemmen 32 und 34 negativ sind. In diesem Zeitintervall wird nur aus dem Signal der Quelle 24 eine Probe entnommen und übertragen. In dem nächsten Zeitintervall sind die Klemmen 31 und 34 negativ, und das Signal von der Quelle 22 wird übertragen. In dem dritten Zeitintervall sind die Klemmen 32 und 33 negativ, und das Signal von der Quelle 23 wird als Probe entnommen usw. Diese Methode zur Betätigung einer Vielfachschalterreihe kann offensichtlich auf noch mehr Kanäle erweitert werden. Das kann geschehen durch Vergrößerung der Zahl der Stufenpaare der Steuervorrichtung, in welchem Fall die Zahl der Kanäle irgendeine Potenz von 2 sein muß.

Als weitere Anwendung des Prinzips nach der vorliegenden Erfindung zeigt Fig. 4 einen mittels Verzögerungsleiter betätigten Vielfachschalter. Dieser Schalter umfaßt eine Mehrzahl von Einheiten, die derjenigen nach Fig. 1 ähnlich sind; aber die richtungsabhängigen Vorrichtungen sind in der entgegengesetzten Richtung gepolt. Die Steuervorrichtung 13 jeder dieser Einheiten ist an einen Punkt der Verzögerungsleitung 35 angeschlossen, die nach irgendeiner der bekannten Ausführungen hergestellt sein kann. Ein Impulsgenerator 36 liefert Impulse mit der Steuerfrequenz und von der geeigneten Polarität, welche bei der dargestellten Ausführungsform positiv sein würde. Um eine Überlappung zu vermeiden, muß die Impulsbreite

T
etwas kürzer sein als —, wobei Γ die Steuerfrequenz

und N die Anzahl der Kanäle bedeuten. Der Impulsgeber 36 speist die Verzögerungsleitung 35, welche eine Gesamtverzögerung T hat, und die Steuervorrichtungen 13 der Schalter sind an N in gleichmäßigem Abstand voneinanderliegende Stellen längs des Leiters angeschlossen, so daß jeder

T
Schalter um eine Zeit — später geöffnet wird als

der vorhergehende Schalter. Wenn die richtungsabhängigen Vorrichtungen nach Fig. 4 in der entgegengesetzten Weise gepolt sind, so müßte der Impulsgenerator 36 dafür eingerichtet sein, daß er negative Impulse an die Verzögerungsleitung 35 abgibt.

Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, daß die Arbeitsweise jedes der Ausführungsbeispiele die gleiche sein wird, wenn alle richtungsabhängigen

Vorrichtungen entgegengesetzt der Darstellung gepolt sind, und wenn die Polaritäten der Steuerspannungen ebenfalls umgekehrt werden. Obwohl die Erfindung in Verbindung mit speziellen Ausführungsformen beschrieben worden ist, so sind für den Fachmann zahlreiche andere Anordnungen denkbar, ohne daß dabei von dem Geist und Wesen der Erfindung abgewichen wird.

Claims

Patentansprüche:

1. Elektronischer Schalter mit einem Eingang und einem Ausgang, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einer Mehrzahl von richtungsabhängig leitenden Vorrichtungen besteht, die zu einem T-Netzwerk zusammengeschaltet und mit gleichartigen Elektroden an den Netzwerkverbindungspunkt angeschlossen sind, und die über den einen Reihenarm des Netzwerks mit

ao dem Eingang, über den anderen Reihenarm mit

dem Ausgang, und über den Querzweig des Netzwerks \⁷ermittels der geerdeten Rückleitung mit dem Steuermittel in Verbindung stehen, wobei ein Widerstand parallel zu der richtungsabhängig leitenden Vorrichtung des Querzweiges geschaltet ist.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere zusätzliche Querzweige zwischen den Netzwerkserienarmen angeschaltet sind und daß jeder der zusätzlichen Querzweige eine richtungsabhängig leitende Vorrichtung und ein Steuermittel in Reihenanordnung enthält und daß das Steuermittel jedes Querzweiges an die zugehörige gleiche Elektrode der ihm zugeordneten riehtungsab'hängig leitenden Vorrichtung angeschlossen ist.

3. Schalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Steuermittel aus einer Spannungsquelle besteht, die mit der ihr zugeordneten richtungsabhängig leitenden Vorrichtung des entsprechenden Querarmes verbunden ist.

4. Schalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Energiequelle zwischen den die richtungsabhängig leitende Vorrichtung enthaltenden Reihenarm am Eingang des Netzwerks und die Rückleitung geschaltet ist und daß ein Belastungskreis zwischen dem die richtungsabhängig leitende Vorrichtung am Ausgang enthaltenden Reihenarm und der Rückleitung liegt.

5. Schalteinrichtung unter Verwendung einer Mehrzahl von Schaltern nach einem der Ansprüche ι bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Eingang in Verbindung stehende Reihenarm eines jeden Schalters an eine eigene Energiequelle angeschlossen ist und daß die mit dem Ausgang in Verbindung stehenden Reihenarme aller Schalter parallel an einen gemeinsamen
sind.

Belastungskreis angeschlossen

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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