Elektronischer Umschalter mit drei oder vier stabilen Zuständen Die Erfindung betrifft einen elektronischen Um schalter mit drei oder vier stabilen Zuständen, der besonders als elektronischer Ersatz eines gepolten Telegraphenrelais mit Mittelstellung der Kontakt zunge gedacht ist.
Ein gepoltes Telegraphenrelais mit Mittelstellung muss entsprechend den drei möglichen Zuständen positiver Strom , negativer Strom und kein Strom auf einer ankommenden Leitung drei stabile Lagen einnehmen können. Auch eine vollwertige elek tronische Ersatzschaltung muss diese drei stabilen Zustände nachbilden können.
Eine bekanntgewordene elektronische Ersatz schaltung eines gepolten Telegraphenrelais mit Mittel stellung enthält drei Transistoren und weist drei sta bile Lagen auf. Jede der drei stabilen Lagen ist durch den Leitzustand eines Transistors und den Sperr zustand der beiden andern Transistoren gekenn zeichnet.
Im Gegensatz hierzu werden bei dem elektroni schen Umschalter gemäss der Erfindung zwei unab hängig voneinander steuerbare bistabile Kippstufen verwendet. Erfindungsgemäss sind diese beiden Kippstufen zu einer Schaltung mit drei oder vier stabilen Zuständen verbunden, die entsprechend der Kombination der an die Steuereingänge der Kipp- stufen angelegten Signale positiven bzw. negativen bzw. keinen Strom an einen an ihrem Ausgang an geschlossenen Verbraucher abgibt.
Die beiden Kenn zustände positiver Strom und negativer Strom sind hierbei zweckmässig durch unterschiedliche La gen der Kippstufen (eine Kippstufe im Ein-Zustand und eine Kippstufe im Aus-Zustand), der Kenn zustand kein Strom durch gleiche Lagen der Kipp- stufen (beide Kippstufen in der Ein- oder Aus-Lage) gekennzeichnet. Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wer den zwei jeweils aus einem in einem Nebenstrom kreis liegenden Steuertransistor geringer Leistung und einem in dem Hauptstromkreis liegenden Schalttran sistor höherer Leistung bestehende bistabile Kipp- stufen verwendet.
Die beiden Kippstufen sind dabei derart miteinander verbunden, dass nicht beide Schalt transistoren gleichzeitig leitend sein können. Für den Kennzustand kein Strom ist damit nur die Lage der beiden Kippstufen zugelassen, bei der beide Schalttransistoren gesperrt sind. Da in diesem Zu stand nur die beiden Steuertransistoren leitend sind, ergibt sich bei dem Kennzustand kein Strom ein sehr geringer Leistungsverbrauch der Schaltung.
Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird diese gegenseitige Abhängigkeit der beiden Kippstu- fen dadurch erreicht, dass im Hauptstromkreis der Schalttransistoren Steuerwiderstände liegen und der Spannungsabfall an dem im Hauptstromkreis eines leitenden Schalttransistors liegenden Steuerwiderstand die sichere Sperrung des andern Schalttransistors be wirkt, vorzugsweise durch Sicherung des Leitzustan- des seines Steuertransistors.
Soll der Umschalter für höhere Schaltspannungen als die zulässige Betriebsspannung eines Schalttran sistors betrieben werden, so können in an sich be kannter Weise in jedem der beiden Hauptstromkreise mehrere Schalttransistoren gleichsinnig in Reihe lie gen, deren Schaltstrecken durch gegenüber den Durchlasswiderständen hochohmige und gegenüber den Sperrwiderständen niederohmige Widerstände überbrückt sind.
Der erfindungsgemässe Umschalter kann ohne Kondensatoren oder Induktivitäten aufgebaut wer den. Dies ist deshalb besonders vorteilhaft, weil sich dadurch sehr steile Flanken der Impulse ergeben. Gegenüber der bekannten Schaltungsanordnung mit drei Transistoren ergeben sich demnach folgende Vorteile: 1. Durch die Verwendung von unsymmetrischen Kippstufen mit einem Steuertransistor und einem Schalttransistor ergibt sich eine hohe Ansprechemp- findlichkeit bei grosser Schaltleistung. Um dies bei der bekannten Schaltungsanordnung zu erreichen, müsste man jedem der drei Transistoren einen Steuer transistor vorschalten, wodurch sich der Aufwand auf sechs Transistoren erhöhen würde.
2. Der erfindungsgemässe Umschalter hat in einer stabilen Lage (beide Schalttransistoren gesperrt) nur einen sehr geringen Leistungsverbrauch.
3. Durch den Aufbau des Umschalters ohne Kon densatoren ergeben sich hohe Schaltfrequenzen und steile Flanken der Impulse.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an hand der Zeichnung erläutert.
Fig. 1 zeigt eine bistabile Kippstufe, wie sie vor teilhaft zum Aufbau des erfindungsgemässen Um schalters verwendet wird. Wird die Eingangsklemme a1 negativ gegenüber der Eingangsklemme b1, so wird der Transistor T1 gesperrt. Am Widerstand R5 fällt nunmehr keine Sperrspannung für den Tran sistor T3 ab, wodurch dieser leitend wird. Nunmehr tritt am Widerstand R3 ein Spannungsabfall auf, der grösser als der Spannungsabfall am Widerstand R 1 ist und dadurch den Sperrzustand des Transistors T1 auch dann sicherstellt, wenn am Eingang El keine Sperrspannung mehr anliegt.
Wird die Klemme al positiv gegenüber der Klemme b1, so wird der Transistor TI leitend. Durch den Spannungsabfall am Widerstand R5 wird der Transistor T3 gesperrt. Der Spannungsabfall am Wi derstand R3 entfällt, so dass der Transistor TI auch dann leitend bleibt, wenn am Eingang El keine Spannung mehr anliegt. Da diese Schaltung keine Kondensatoren enthält, sind die Flanken der abgege benen Impulse sehr steil und hauptsächlich nur durch die Transistoreigenschaften (Kapazität; Trägheits- effekt) beeinflusst.
Aus demselben Grund beeinflus sen relativ starke Versorgungsspannungsänderungen den Schaltzustand dieser Kippschaltung so lange nicht, bis sie in die Grössenordnung der an einen geöffneten Transistor abfallenden Spannungen kom men.
Fig.2 zeigt ein Ausführungsbeispiel gemäss der Erfindung, das sich im wesentlichen durch Zusam menschaltung von zwei Kippstufen nach Fig. 1 ergibt. Jede der beiden Kippstufen ist an den Eingängen El bzw. E2 in der bei Fig. 1 beschriebenen Weise steuer bar. Am Ausgang A ist der Verbraucher Rb ange schlossen. Die vier stabilen Zustände des Umschalters sind folgende: 1. Transistoren T1 und T4 leitend, Transistoren TZ und T3 gesperrt. In diesem Fall fliesst ein Strom vom Punkt d über den Verbraucher Rb, die Wider stände R13 und R14, den Transistor T4 und den Widerstand R16 zum negativen Batteriepol. 2.
Transistoren T2 und T3 leitend, Transistoren TI und T4 gesperrt. In diesem Fall fliesst ein Strom vom positiven Batteriepol über die Widerstände R3 und R4, den Transistor T3, den Widerstand R6 und den Verbraucherwiderstand Rb zum Punkt d.
3. Transistoren TI und T2 leitend, Transistoren T3 und T4 gesperrt. In diesem Fall fliesst durch den Verbraucherwiderstand Rb kein Strom.
4: Transistoren T3 und T4 leitend, Transistoren T1 und T2 gesperrt. Es fliesst nunmehr ein Strom vom positiven Batteriepol über die Widerstände R3 und R4 des Transistors T3, die Widerstände R6, R13 und R14, den Transistor T4 und den Wider stand R16 zum negativen Batteriepol. Aus Sym metriegründen tritt zwischen den Punkten c und d keine Spannungsdifferenz auf, und der Verbraucher widerstand Rb bleibt wiederum stromlos.
Für den Kennzustand kein Strom stehen also zwei stabile Lagen des Umschalters zur Verfügung. Da jedoch nur eine stabile Lage für diesen Kenn zustand benötigt wird, ist es zweckmässig, die gün stigere der beiden stabilen Lagen auszuwählen. Da die beiden Transistoren T3 und T4 wesentlich mehr Leistung verbrauchen als die Transistoren T1 und T2, ist es vorteilhaft, die stabile Lage des Umschal ters für den Kennzustand kein Strom zu wählen, bei dem die beiden Transistoren T3 und T4 gesperrt sind. Der andere Zustand, bei dem die Transistoren T3 und T4 leitend sind, muss dann unterbunden wer den.
Ein derartiges Ausführungsbeispiel ist in Fig. 3 dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die beiden Kippstufen in solcher gegenseitiger Ab hängigkeit betrieben, dass die beiden Transistoren T3 und T4 nicht gleichzeitig leitend sein können. Ist bei spielsweise der Transistor T4 leitend, so gelangt über den Widerstand R2 negatives Potential an die Basis des Transistors T l. Der Transistor<I>T l</I> wird dadurch leitend und sperrt seinerseits den Transistor T3. So mit ist sichergestellt, dass die beiden Transistoren T3 und T4 nicht gleichzeitig leitend sein können.
Im übrigen ist die Wirkungsweise der Schaltungs anordnung nach Fig. 3 die gleiche wie die der Schal tungsanordnung nach Fig.2. Die bei Fig.2 unter Punkt 1 bis 3 beschriebenen stabilen Lagen bleiben bestehen.
Fig.4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, das für Schaltspannungen geeignet ist, die höher als die zu lässige Betriebsspannung eines der im Hauptstrom kreis liegenden Transistoren sind. Zu diesem Zweck liegen in den beiden Hauptstromkreisen die Tran sistoren T3 und T5 bzw. T4 und T6 gleichsinnig in Reihe. Die Widerstände R7 und R8 bzw. R17 und R18 dienen in bekannter Weise zur gleichmässigen Aufteilung der Sperrspannung. Die Widerstände R9 und R10 bzw. R19 und R20 sind Steuerwiderstände für die Transistoren T5 bzw. T6. Sie bewirken, dass die Transistoren T5 bzw. T6 sich jeweils in der glei chen Lage wie die Transistoren T3 bzw. T4 befin den.
Im übrigen unterscheidet sich die Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 4 nicht von der der Schal tung nach Fig. 3.
Es können selbstverständlich auch andere als in Fig.l dargestellte Kippachaltungstypen verwendet werden. Auch kann die Schaltung ganz oder teilweise mit Komplementärtransistoren oder andern steuer baren elektronischen Schaltstrecken aufgebaut wer den.