DE1762625A1 - Steuervorrichtungen fuer Transistorschaltkreise - Google Patents

Description

Dipl. Inrj. C.Wallach ' ■ ·

Dipl. Ing, G. Koch
Dr. T. Haibach

B MtLchen 1

....vstr « Tel IM 0275 _n 455

TELEPHONE I'IAIÖJPA.q'PURING ,OQfIPAIiY LIHITBB, London,, England , Steuervorrichtungön fiir Tranolsbormihalfckraiae,,

DLo Srfindung bezieht eich auf OfceuennJ btol für Tranotoboruchalbkrelae, aov/ie auf ßböfcisohe elokbrischu SchaLbvorrlcshtungen, die inobesondöre zur elökbriüchon Verbindung £>ineö 2woileiber-LunaIs mit einem anderen Zweileiter-Kanal ^oeigneb sind.

Der« vb ige Hi b bei und Vorrichtungen ο lud bainpielsweine in llachrichtennebzv/erLen awenUraäselg, v/o ein liachr loh tonkanal wahlv/eine mit Irgendeinem gegebenen kanal aus einer Vielzahl derartiger Kanäle verbunden v/erden muß; derartige Mit bei und Vorrichtungen ..önnen aber auch zur Steuerung eines «iuzelnen Kanals verwendet werden.

Eb lot in der Fernmeldetechnik bereite bekannt, verschiedene Vorrichtungen wie beispielsweise Kaibuathodenruhren, Dioden, Thyristoren und Transistoren (ils Verbindungsmittel zu verwenden; die verschiedenen Vorrioht mgen werden vorgespannt oder getastet, so daß sie ihren Leitf'higkeita- oder nicht leitenden Zustand annehmen. Iu F>lle eines gebräuchlichen Bipolar-Transistors wird der Emitter-Kollektor-Weg als die Verbindungsvorrichtung verwendet und an die Basiselektrode wird eine üteuervorspannung angelegt, UD den Transistor zu sättigen (Eineohulten) oder abzutrennen

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(Ausschalten).

Ziel der Erfindung ist eine Tranaistorscbaltvorrichtung, welche die Nachteile bekannter Schaltvorrichtungen nicht aufweist.

Gemäß der Erfindung let eine statische elektrische Zweipol-Sohalt» vorrichtung vorgesehen, welche ein komplementäres Paar von Bipolar-Translstoren aufweist, deren entsprechende Eraitter-Kollektor-Wege in den entsprechenden Polkreisen durch die Vorrichtung liegen und deren Basiselektroden mit dan Quellen- bzw. Senken-Elektroden eines Unipolar-Feldeffekttransistors verbunden sind, dessen Steuerelektrode (Gitter) zum Empfang eines Steuersignale dient» um die Vorrichtung zwischen Ein- und Aus-Zuständen zu betätigen.

V/eitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung einiger AusfUhrungsbeisplele an Hand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine Schaltung einer gemäß der Erfindung ausgebildeten Zweipol-Sohaltvorrichtung.

?lg. 2 eine Darstellung einer "Orosspoint" (KreuEungspunkt)-Sohalt·» anordnung·

71g· 3 dl· Sohaltung eines Teiles einer derartigen Anordnung. Bei dta AuefUhrungebeiepiel geaä0 flg. 1 wird die Zweileiter-

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Verbindung zwischen zwei Telefonon TL 1 und TL 2 zwischen den Klemmen A-A¹ und B -B^f über die Emitter~Kollektor~Elektroden von zwei Bipolar-Transistören TR 1 bzw« TR 2 hergestellt. Die Basis des Translators TR 1 isi^irtkt mit der Senkenelektrode I) des Peldeffeit ttransistore PET verbunden. Da der Transistor FET zur Unipolar-Bauart gehört, kann er Strom in jeder Richtung zwischen Quellen- und Senken-Elektroden führen, und die letzteren sind daher umkehrbar. Die Basis des Transistors TB 3 könnte' daher ebensogut mit der Quellenelektrode S verbunden sein, während die Baals des Transistors TR 2 ebensogut mit der Senkenelektrode verbunden sein könnte< Die Tor-Elektrode des Transistors FET ist mit einer Steuerklemme C verbunden.

Zwischen den Punkten A und B wird durch Leistungsversorgungsklemmen - und + über zwei hohe Impedanzen Z1. bzw. Z2 eine Spannung V aufgebaut.

Wenn nun an die Klemme C und somit an die Tor-Elektrode eine höhere Spannung als die Schwellspannung des Transistors FET angelegt wird, so wird zwischen der Quell- und Senken-Elektrode S und D In bekannter Welse ein rein Ohm*scher Weg hergestellte Der Widerstandawert iat durch die Entwurfsparameter des Transistors FET und durch den an die Klemme C angelegten Spannung*wert (Potentialwert) bestimmt. Unter dieser Bedingung sind daher die Basiselektroden der Transistoren TR 1 und TR2 miteinander über den Wideretand des Translators FET verbunden, der in diesem Anwendungsfall ziemlich hoch gemacht iat, so daß nur ein kleiner Strom zwischen den beiden Basiselektroden fließt.

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Vorzugsweise gehört der Transistor FET zu der Bauart mit P-Kanal-Vergrößerungβ-Ββtrlebeart; in diesem Fall wird an die Tor-Elektrode eine negative Spannung angelegt, um den Transistor zur Stromleitung zwischen seiner Quellen- und Senken-Elektrode zu bringen.

Die Transistoren TB 1 und TB 2 bilden - wie in Fig. 1 gezeigt - ein komplementäres Paar; der Transistor TB 1 gehört zur pnp- Bauart und der Transistor TB 2 gehört zur npn-Bauart. Infolge der an die Leiter A und B angelegten Spannung leiten die Transistoren TB1 und TB2, wobei der erforderliche Basiββtrom über die Senken- und Quellenelektroden des Transistors FET vom Tranaistor TB1 zum Transistor TB2 fließt· Ein geeigneter Wert dieses Stromes liegt in der Größenordnung von einem Milliampere, was zur Sättigung der Transistoren TB 1 und TB 2 ausreicht} der Emitter-Kollektor-Spaut'.uageabfall liegt in der Größenordnung 0,5 ToIt. Eine Spannu&g von annähernd (7-1) YoIt tritt nun an den Klemmen A und A* und somit am Telefon TL2 auf. Die beiden Telefone sind somit nunmehr parallel an die Leistungsversorgung ttber die hohen Impedanzen Zt und Z2 geschaltet und es kann somit ein Gespräch stattfinden.

Wenn nun die negative Spannung an der Klemme C durch die Spannung Hull (Null-Potential) ersetzt wird, so wird der Transistor FET aufhören zwischen Miner Senken- und Quellenelektrode Strom zu führen und der Senken-Quellen-Widerstand kommt in

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die Größenordnung roη 10 Ohm« Sa nunmehr in den Translatoren TB 1 und TE 2 kein Basisstrom fließt, hören diese Transistoren auf zu leiten, was zur Folge hat, daß das Telefon TL 2 vom Telefon TL1 getrennt wird; die Verbindung wird bei den Transistoren TB1 und TR 2 unterbrochen.

Bekanntlich haben Feldeffekttränsiβtoren eine inhereate Tor-Substrat-Streukapazitätf und diese Kapazität wird in dynamischen (taktgesteuerten)logischen Systemen verwendet» Infolge des sehr hohen Leokwiderstandee der Feldeffekttransistoren verbleibt Irgendeine Ladung auf der Torelektrode für eine sadtkonstante Periode in der Größenordnung von einigen Millieokunden. Wenn somit ein kurzer negativer Impuls hinreicheider Dauer zur Ladung uer Tor-Kapazität angelegt wird, ao wird der Traceistor für die Periode der Zeitkonatanten weiterleiten? naohdea der Impuls entfernt wurde. Bs ist daher nicht notwendig, daß olne dauernde Spannung an die Torelektrode des Traneiators PE¹Ji angelegt wirdj periodische Impulse halten den Leitfähigkeitazustand aufrecht und somit bleiben die Transistoren TRI und TR 2 leitend und halten die Verbindung aufrecht. Eine Impulsfolgefrequenz von 1000 Hz oder höher reicht normalerweise aus, um den Transistor FET ic einem stabilen Leltfählgkeitszustand zn

Obwohl da« beechriebene Beispiel eine Verbiaäune 2;*.■■..^cjhea zwei Telefonen TL1 und TL2 be traf „ kann auch In dar besst:...-;: Weiß® die Verbindung zwischen irgendwelchen zwei ^^«.

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oder Schaltungen hergestellt werden; der Zweileiter-Kanal bildet den Teil irgendeiner infonationeftthrendea Schaltung· Die beiden hohen Impedanzen Z1 und Z2 verhindern den Hebeaeohluß der auf den beiden Leitern auftretenden Signale und ein weiterer Nebenschluß fiber den Transistor PBT wird dadurch minimiert, daß man letzteren derart wählt» daß er einen hohen Quellen-Senken-Widerstand aufweist.

In Fig· 2 ist ein erläuterndes Sehaubild einer Kreuzungspunktanordnung ("Orosspolnt" -Anordnung) zur Herstellung einer Verbindung zwischen irgendeinen Kanal und irgendeinen anderen Kanal aus einer gegebenen Anzahl von Kanälen dargestellt. Wiederum wird das Beispiel einer Telefonverbindung verwendet! die Erfindung ist jedoch nicht auf diese spezielle Anwendung beschränkt. Bei der in Fig. 2 gezeigten Anordnung haben seoha Telefonleitungen TL 1 bis 6 über Kreuzungepunkt -Schalter a bis t Zugang zu drei LeituugeWählern (Verbindungsvorrlohtungen) C1 - 3«

Zur Herstellung einer Verbindung «wischen den Leitungen TL 1 und TL 3 kann irgendeines der Paare von Kreusungspunkten a und o, g und j, und η und q betätigt werden. Ee sei angenommen, daß die Kreuzungepunkte a und ο betätigt sind, wodurch die Verbindungsvorrichtung 01 als Glied zwischen diesen verwendet wird} wenn nun die Verbindung der Leitungen TL2 und TL 6 erforder11oh ist» so können die Kreuzungspunkte h und m auf der Verbindungsvorrichtung 02 betätigt werden· Die Terblelbenden beiden Leitungen IL4 und TL 5 können sodann miteinander über

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die Kreuzungepunkte r und a über die Verbindung vorrichtung C3 verbunden werden. In Flg. 2 sind die betätigten Kreuzungepunkte durch Kreuzohen an den entsprechenden Verbindungen dargestellt.

Jeder der Kreuzungepunkte kann die In Verbindung mit Fig· beschriebene Form aufweisen! die an die Tor-Elektroden der Unipolartransietoren angelegten Steuerpotentiale sind entweder kontinuierlich oder iapulsföraig. Ia letzteren Fall können die SteuerixBpulspotentlale gleichzeitig an alle Kreuzungepunkte angelegt werden» die betätigt werden sollen oder die Impulse werden auf einmal nur an ein Kreuzungepunkt-Paar angelegt, wobei die Impulse zyklisch aufeinanderfolgend an jedes Paar von Kreuzungepunkten gelangen und die notwendigen Verbindungen durch übliche Vorrichtungen, wie beispielsweise einen Speicher oder ein Schieberegister bestimmt werden.

Fig« 3 zeigt die Schaltung von Teilen der Fig. 2, dl* fit den Leitungen TLI und 2 sowie den Kreuzungspurakten A und B verbunden sind. Es 1st zu erkennen» daß jeder Kreusuagspunkt identisch mit dem in Fig. 1 gezeigten ist. Die Steut , utmii (Steuerspannungen) für die Torelektroden der Feldw.ff > toren FEI und 2 werden nunmehr an die entpBrechender punkte OFt und CP2 angelegt. Wenn ein negatives Potenti diese beiden Punkte angelegt wird, so ist das Telefon ' 'A

al

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die Emitter-Kollektorpfade der Transistoren TR1, 2, 3 und 4 mit dem Telefon TL 2 verbunden. Die hohen Impedanzen Z1 und Z2 speisen Leistung in beide'Leitungen ein, wie dies in Verbindung Bit Flg. 1 beschrieben wurde. Die an die Funkte CF1 und 2 angelegten Steuerpotentiale können - wie bereite erwähnt ·*· entweder kontinuierlich oder impulsförmig sein· Der untere Teil von Flg. 3 zeigt Torrlohtungen zur Erzeugung synchronisierter Impulse an den Funkten 0F1 und CF2 bei Steuerung durch ein rezirkulierendes Schieberegister SR und zwei UND-Schaltungett A1, A2.

Die Arbeitsweise der Impulsversorgung wird im folgenden beschrieben und zwar unter Verwendung der Nomenklatur, die bei

Negativ-Logik-Schaltungen benutzt wird; d.h. ein negativer Im-

Nichtpuls wird durch die Binärziffer "1" dargestellt, während das/ Vorhandensein eines Impuleee"Hullt>der Erdpotential durch die Binärziffer ⁿ0" dargestellt wird.

Ee s«i angenommen, daß jede Stufe des Schieberegisters SR

eine "0" speichert und alle Kreuzungepunkte "offen" sind, d.h. sich ale ein Anfangezustand im Zustand hoher Impedanz *befinden» und daß gewünscht wird, die beiden aur Steuerung an die Funkte OFI und CF2 angeschlossenen Kreuzungepunkte"bu" echlieesen. Es wird ein einzelnes Paar "1" Ziffern in den Eingang des Registers SR eingegeben und längs des Regletere verschoben, bis dieses Paar die beiden obersten mit den UHD-Sohaltuogen A1 und A2 verbundenen Stufen einnimmt. Dies erfordert einen

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vollständigen Zirkulationszykxus (Uifllaufzyklus) des Registers und nach. Vollendung eines derartigen Zyklus wird über Leitung S3? ein Synchroni si er impuls an beide Schaltungen A1 und A2 angelegt. Das Anlegen dieser Synohronisierlmpulse zu einer Zelt, wo die Schieberegister-Stufen mit denen die Schaltungen A1 und A2 verbunden sind "1" Ziffern speichern» hat zur Folge, daß "1" Ziffern an den Ausgängen, der Schaltungen A1 und A2 auftreten» und diese Ziffern laden die Torkapazitäten der beiden Transistoren PET 1 und PET2 auf und •bewirken so daß diese leiten und die beiden Leitungen TL1 und TL2 miteinander verbunden werden. Am Ende des Synchronisierimpulses schließen die Schaltungen A1 und A2 wiederum jedoch bewirkt die Ladung auf den Torkapazitäten, daß die Transistoren FEI 1 und FET 2 während des folgenden TJmlaufzyklus des Registers SB und somit bis zum Eintreffen des nächsten Synchronisierimpulses auf adem SF-Draht leitend bleiben·

Zum"öffnen" der beiden Kreuzungspunkte werden die beiden "1" Ziffern in \*m durch das Register zirkulierenden Ziffernzug beim Eingang In das Register durch Betätigung geeigneter Steuersohaltungen in "0"-Ziffern umgewechselt, so daß nach Tollendung des laufenden Umlaufsyklua ein Paar ⁿ0^R -Ziffern In den Stufen erβoneint, die mit den Schaltungen A1 und A2 verbunden sind· Wenn somit der Syaohronislerlmpuls an den Leiter SF angelegt wird» so. tritt am Ausgang jeder der Schal-

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tungen A1 und 12 eine "OJÜfiff er auf, und die Torkapa si täten der Transistoren/ι und/2 werden entladen, wodurch diese Transistoren veranlaßt werden, in ihren nicht leitenden Zustand zurückzukehren und "öffnen" die Kreuzungepunkte, wobei die Leitungen TL1 und TL2 voneinander getrennt werden«

Bei einer vollständigen Schaltanordnung hat das Register natUrlioh ebensovlele Stufen als Kreuzungspunkte vorhanden sind, und die Struktur der "0" Ziffern und "1" Ziffern in des durch das Register zirkulierenden Zug ist ai jeder Zeit derart» daß bei Vollendung jedes Umlaufsyklus und den Auftreten eines Synohronisierimpulsee auf der gemeinsam mit allen UHIV-Schaltungen verbundenen Leitung SF₉ eine "1" Ziffer . in jeder Reglsterstufe gespeichert sein wird, die einen Kreuzungepunkt entsprioht, der "geöffnet" oder "offen" gebalten werden soll, während eine "0" Ziffer in jeder Reglsterstufe gespeichert 1st, die einen Kreusungspunktfentsprloht, der "geschlossen" werden oder "geschlossen" gehalten werden soll·

Als Alternative zu dem in TIg* 2 gezeigten Anordnungeverfahren der Kreuzungepunkte, wo zwei Kreuzungepunkte bei jeder Verbindung mitwirken, können die Telefonleitungen derart angeordnet werden, daß drei Leitungen mit den drei Vertikalen der

die Anordnung verbunden sind, wobel/*nderen drei die drei Ver bindungsvorrlohtungen 01 bis 03 erseteen. Dies ergibt eine Gtesamtsahl von 9 Kreuaungspunkten, wobei nur einer für jede Verbindung swisohen swel Leitungen verwendet wird·

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Obwohl die Erfindung in Verbindung mit Zweileiter-Schaltungen oder -Kanälen beschrieben wurde, so ist doch klar, daß in der Nachrichtentechnik übliche Vierdraht-Schaltungen lediglich als Schaltungen betrachtet werden, die zwei Zweidraht-Schaltungen aufweisen und somit durch Paare von Zweipol-Sohaltvorrichtungen der Bauart gesteuert werden können, die in Verbindung mit Pig. 1 beschrieben wurden und die gleichzeitig betätigt werden.

In der vorangegangenen Beschreibung wurde nur der Gleichstromaspekt der Arbeitsweise eines Kreuzungspunktschalters betrachtet; es ist offensichtlich notwendig sicherzustellen, daß die für eine ordnungsgemäße Arbeitsweise des Schalters erforderlichen Gleichstrombedingungen im Einblick auf diejenigen Veränderungen im Pegel aufrechterhalten werden, die auftreten können, wenn Wechselstromsignale durch der zungapunktschalter übertragen werden. Insbesondere ϊ an der Basis des Transistors TB2 und somit an der Quellenelektrode des Transistors PBT auftretende Schwankung· j :- tmm_r we cn. sie eine hinreichende Größe haben, bewirken, daß ϋIn N©fe®aschlußimpedanz des Schalters im "geschlossenen" ^i-?taziä ssu niedrig ist./diese Möglichkeit zu vermeiden ist ■ U-diglich. erforderlich den Transistor PET bezüglich We :- strom in der Weise ziystabilisieren, daß Scüwankus&e' ·»- l«u Quellenelektrode an der Torelektrode nachgefolgt we?ä#i_r & daß die wirksame Tor-Sohwellenspannung im wesentlich kon stent bleibt.

Patentansprüche t

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Claims (3)

Pattntansprüche;

1. Statische elektrische Zweipol-Schaltvorrichtung g β -kennzeichnet durch ein komplementäres Paar von Blpolar-Translstoren, deren entsprechende Emitterkollektorwege in die entsprechenden Folsohaltungen durch die Vorrichtung geschaltet sind, und wobei die Basis-* elektroden der Transistoren in entsprechender Weise mit den Quellen- dew. Senken-Elektroden eines Unlpolar-Feldeffekttransistors verbunden sind, dessen Steuerelektrode sua Empfang eines Steuersignals dient, um die Vorrichtung BWischen den Sin- und Aussuständen zu schalten.

2. Koordinaten-Sohaltanordnung, dadurch gekennzeichnet» daß eine Vielzahl der Vorrichtungen nach Anspruch 1 an die Kreuzungepunkte der Anordnung geschaltet let*

3. Statische iweipol-Schaltvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die in Fig. 1 gezeigten Merkmale.

4· Koordinaten-Sohaltanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch die in den Fig. 2 und 3 gezeigten Merkmale.

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