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Schaltungsanordnung für eine Vermittlungseinrichtung mit Zeitvielfachbetrieb
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für eine Vermittlungseinrichtung mit Zeitvielfach- betrieb, bei der Transistoren als steuerbare Gatter verwendet sind und sich ein jeder Verbindungsweg über eine Reihe solcher Gatter erstreckt. Eine derartige Vermittlungseinrichtung ist bereits aus der belgischen
Patentschrift Nr. 558179 bekannt.
In der genannten Literaturstelle ist eine Vermittlungseinrichtung beschrieben, bei der Verbindungen über eine Mehrzahl von in Reihe geschalteten elektronischen Gattern aufgebaut werden ; diese Gatter bestehen aus symmetrischen Transistoren, deren Basiselektroden zur Steuerung der Gatter verwendet sind.
Die Steuerung macht den Transistor während einer kurzen, periodisch wiederkehrenden Zeitspanne lei- tend, die als Zeitlage in einem Zeitvielfach der betreffenden Verbindung zugeteilt ist. In den oben genannten Literaturstellen ist beschrieben, wie die aus Transistoren gebildeten Gatter mit Hilfe sogenann- ter Resonanzübertragungsschaltungen im Pulsamplitudenmodulationsbetrieb zum Aufbau von Verbindungen verwendet werden.
In diesen tauscht ein die letzte Querkapazität in einem demTeilnehmer zugeordne- ten, einer im Zeitvielfach betriebenen Sammelleitung gegenüberliegenden Tiefpassfilter bildender Kondensator, der auch aus einer Kombination von mehreren, einen Teil des Tiefpassfilters bildenden Kondensatoren bestehen kann, seine Ladung mit der eines ihm entsprechenden Kondensators aus, der in dem Tiefpassfilter am andern Ende des Verbindungsweges angeordnet ist.
Der Verbindungsweg zwischen den beiden Kondensatoren enthält einen oder mehrere hintereinandergeschaltete Vielfachsammelleitungen, ein oder mehrere Transistorgatter und einen oder mehrere induktive Widerstände, die mit den Kondensatoren einen Reihenresonanzkreis bilden, dessen Eigenschwingung eine doppelt so grosse Periodendauer aufweist als die Zeitspanne ausmacht, während der die Verbindung infolge des leitenden Zustandes der Transistorgatter besteht.
In den zitierten Literaturstellen ist insbesondere eine auf diesem Prinzip beruhende Vermittlungseinrichtung beschrieben, bei der der Ladungsaustausch der Kondensatoren trotz einer Kapazität der Sammelleitung oder anderer Schaltelemente gegen Erde erfolgreich durchführbar ist ; dabei ist der Einfluss der Erdkapazität der Sammelleitung als durch eine Querkapazität verursacht angenommen, die in erster Näherung in der Mitte zwischen den beiden Tiefpassfilterkondensatoren angeordnet zu denken ist.
Bei dieser wie bei allen im Zeitvielfach betriebenen Anlagen werden Steuerimpulse in einer Abtastfrequenz an die Basiselektroden der Transistoren angelegt, die die Gatter bilden, die an den durch Pulsamplitudenmodulation aufzubauenden Verbindungswegen beteiligt sind. Die Abtastfrequenz beträgt 10 kHz und jeder Abtastimpuls weist eine Periodendauer von 100jus auf. Die Impulse werden von Spannungsquellen mit hohem Innenwiderstand geliefert und über ein Steuernetzwerk an die Basiselektroden der Transistoren angelegt.
Die Impulse von Abtastfrequenz erzeugen Signale auf dem Verbindungsweg zwischen den beiden Teilnehmern und die zwecks einwandfreier Demodulierung der pulsamplitudenmodulierten Signale auf der Sammelleitung vorgesehenen Tiefpassfilter müssen so bemessen sein, dass sie die auf dem Verbindungsweg auftretenden Abtastsignale genügend dämpfen, so dass der Pegel der Abtastfrequenz am Teilnehmerapparat genügend klein wird, d. h. bei 1 mW Eingangsleistung einer Dämp-
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fung von 75 dB entspricht.
Wenn die auf dem Verbindungsweg auftretende Abtastfreqmmzkomponente merkbar wird, dann müssen die Tiefpassfilter eine wesentliche Dämpfung bewirken, d. h. der Dämp- fungspol des aus einer Spule und einem Kondensator zusammengesetzten Tiefpassfilters soll im unteren
Frequenzbereich in der Nähe der Abtastfrequenz liegen, damit diese nicht in den Durchlassbereich des
Tiefpassfilters zu liegen kommt. Diese Bemessung von Tiefpassfiltern für deren Verwendung in Resonanz- übertragungsschaltungen, bei der der Dämpfungspol die genannte Lage im Frequenzbereich einnimmt, kann jedoch nicht die beste übertragungsgüte bewirken ; oder es kann anderseits notwendig sein, das Filter mit zusätzlichen Schaltelementen zu versehen, deren Hauptaufgabe es ist, die Abtastfrequenzkomponente in genügendem Masse zu dämpfen.
Besonders in dem Fall, wenn Tiefpassfilter in grossen Men- gen, beispielsweise für Teilnehmerleitungen in Fernsprechanlagen verwendet werden, ist es offensichtlich erstrebenswert, die günstigste Konstruktion dafür ausfindig zu machen, indem man für die gewünschte Übertragungsgüte so wenig Schaltelemente als möglich verwendet und eine Verschärfung der an die Filterkonstruktion zu stellenden Anforderungen vermeidet.
Die Steuerstromstösse zur Umsteuerung der Transistorgatter in den leitenden Zustand bewirken eine Ladung der Speicherkondensatoren und der Sammelleitungskapazität oder zusätzlicher in dem Verbindungsweg verwendeter Glättungskondensatoren mit einer Gleichstromkomponente. Es gelangt also Gleichspannung an die Tiefpassfilter und dies ist im allgemeinen unerwünscht.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Schaltungsanordnung für eine Vermittlungseinrichtung mit Zeitvielfachbetrieb anzugeben, in der aus'Transistoren gebildete durch Steuersignale in den leitenden Zustand versetzbare Gatter verwendet sind und bei der keine unerwünschten Signale in den Verbindungsweg eingeführt werden, indem in dem Verbindungsweg durch an den verschiedenen Transistorgatternanliegende Steuerspannungen erzeugte Signale durch wechselseitige Kompensation unwirksam gemacht werden.
Die Schaltungsanordnung gemäss der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltströme der Transistoren ein oder mehrere geschlossene Gleichstromschleifen bilden, die zwei oder mehrere vorschiedenen Gattern angehörende Transistoren enthalten, wobei jedoch die Schaltströme auf dem Verbin- dungsweg unwesentliche Gleich-oder Wechselstromsignale erzeugen.
Gemäss einer weiteren Ausbildung der Erfindung enthalten diese geschlossenen gleichstromführen- den Schleifen wenigstens ein Paar zu verschiedenen Transistorgattern gehörende Transistoren von entgegengesetzten Leitfähigkeitstypen.
Transistorgatter von dieser Art sind an sich bekannt, bei denen die den Leitungszustand der Transistoren steuernden Signale im wesentlichen keine störenden Signale in den Verbindungsweg hereinbringen.
Wie beispielsweise in der belgischen Patentschrift Nr. 541.098 und in der USA-Patentschrift Nr. 2, 936, 338 beschrieben, können diese Gatter aus zwei Transistoren zusammengesetzt sein, deren Emitterelektroden miteinander verbunden sind und deren Kollektorelektroden an die Eingangs- und die Ausgangsklemme des Gatters angeschlossen sind. Nach dem belgischen Patent sind die beiden Transistoren von entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp, wogegen die Transistoren nach der USA-Patentschrift vom selben Leitfähigkeitstyp sind, wobei in diesem Falle die Basiselektroden miteinander verbunden sind und die Steuersignale an die ebenfalls miteinander verbundenen Emitter- und die miteinander verbundenen Basiselektroden angelegt werden.
Diese Anordnung weist aber den Nachteil auf, dass die Anzahl der Transistoren je Gatter doppelt so gross ist im Vergleich zu einem aus einem einzigen symmetrischen Flächentransistor gebildeten Gatter. Gemäss weiterer Ausbildung der Erfindung enthält jeder über eine Reihe von solchen Transistorgattern aufgebaute Verbindungsweg eine gerade Anzahl von Transistoren, wobei auf einen Transistor von dem einen Leitfähigkeitstyp abwechselnd immer ein solcher von dem entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp folgt, ausgenommen die beiden mittleren Transistoren, die vom selben Leitfähigkeitstyp sind.
Auf diese Weise ist es möglich, Verbindungswege herzustellen, die über Transistorgatter führen und die oben angegebenen Vorteile aufweisen, wogegen symmetrische Verbindungswege mit dem Vorteil aufgebaut werden können, dass einzelne Transistorgatter, d. h. Gatter für die Teilnehmerleitungen verwendet werden können. In der Richtung von den beiden Teilnehmern ausgehend sind die Transistoren immer vom selben Leitfähigkeitstyp.
Die Erfindung wird nunmehr an Hand eines Ausführungsbeispiels erklärt, das in den Zeichnungen dargestellt ist. Von diesen zeigen : Fig. 1 einen über Transistoren aufgebauten Verbindungsweg gemäss der Erfindung ; Fig. 2 das äquivalente elektrische Durchschaltenetz zu Fig. 1 ; Fig. 3 eine dem Durchschaltenetz nach Fig. 2 äquivalente Schaltung mit symmetrischer Speisung.
Fig. 1 zeigt einen Verbindungsweg, der insbesondere im Zeitvielfachbetrieb mit Übertragung nach dem Resonanzprinzip eingerichtet ist. Die - in der Fig. l nicht dargestellten - Leitungsanschluss- schaltungen zweier Teilnehmer endigen auf der Amtsseite in einem - ebenfalls nicht gezeigten-
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Filter, dessen Endglied ein Querkondensator, Cl für den einen, C2 für den andern Teilnehmer sei. Diese Kondensatoren können auch aus einzelnen, einen Teil des Tiefpassfilters bildenden Kondensatoren gebildet sein, das bei der relativ hohen Frequenz der Übertragung nach dem Resonanzprinzip als eine Kombination bildend angesehen werden kann.
Die Kondensatoren Cl und C2 und ihre Analoga für die andern Teilnehmer stehen mit den zugeordneten Teilnehmerleitungsgattern in Verbindung, die aus den symmetrischen Flächentransistoren Tl und T2 gebildet sind. Die Verbindung wird durch die Reiheninduktan-. zen Ll und L2 hergestellt.
Die Teilnehmeranschlussschaltungen sind in Gruppen zu beispielsweise je 100 zusammengefasst, deren Transistorgatter auf der Amtsseite der Gatter vielfachgeschaltet sind. Der Vielfachpunkt bildet eine sogenannte Sammelleitung oder ein Zeitvielfachverbindungsglied, weil eine Mehrzahl von dem Transistor Tl analogen, mit dieser Sammelleitung verbundenen Transistoren gleichzeitig, jedoch immer nur in verschiedenen Zeitlagen leitend gemacht werden können. Um nun ein jedes Sammelleitungspaar ana-
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zusätzliche Gatter vorgesehen werden.
Die Verbindung der Sammelleitungen kann bei relativ grossen Vermittlungsanlagen vorzugsweise nachdeninderdeutschenPatentanmeldungI 18889 VIIIa/21a3 beschriebenen Prinzipien erfolgen, worin beschrieben ist, wie die Tellnehmergruppen-Sammelleitungen in verschiedenen Kombinationen mit sogenannten Zwischensammelleitungen vielfachgeschaltet sind. Eine davon ist in Fig. 1 gezeigt und mit H3 bezeichnet ; sie ist mit der Sammelleitung Hl durch das Transistorgatter T3 und mit der Sammelleitung H2 durch das Transistorgatter T4 verbunden.
Eine Verbindung zwischen den beiden Teilnehmern kann durch gleichzeitiges Versetzen der für gewöhnlich im Sperrzustand befindlichen Transistoren Tl, T3, T4 und T2 in den leitenden Zustand hergestellt werden, indem die an den Kondensatoren Cl und C2 in dem Zeitpunkt anliegenden Spannungen, in dem die Transistoren leitend gemacht werden, nach dem Resonanzprinzip übertragen werden. Unter der Bedingung LICl = L2C2 und insbesondere bei gleichen Kaiazitäts-und Tnduktanzwerten ergibt sich ein Austausch der an den Kondensatoren Cl und C2 anliegenden Spannungen am Ende der Zeitspanne, während deren die vier Transi storen gleichzeitig leitend gemacht sind, vorausgesetzt, dass die Dauer dieser Zeitspanne gleich der halben Periodendauer der Eigenschwingung des auf diese Weise gebildeten Reihenresonanzkreises gewählt wird.
Die Verbindungssammelleitungen Hl, H3 und H2 bringen im allgemeinen Störungen in den Übertra- gungsweg herein, hauptsächlich durch ihre Eigenkapazitäten. Die Gruppensammelleitungen Hl undH2 können aus Koaxialkabelstücken bestehen, die zur Verbindung der Teilnehmergruppen mit dem zentralen Durchschaltenetzwerk dienen, in dem die Transistorgatter T3 und T4 angeordnet sind. Diese Sammelleitungen Hl, H2 und die Zwischensammelleitung H3 führen eine verteilte Kapazität gegen Erde ein, die in der Zeichnung als konzentrierte Kapazität C3 für die Sammelleitung Hl und C4 für die Sammelleitung H2 dargestellt ist.
Dies würde im Normalfall die Energieübertragung mit Ausnützung der Resonanz sehr stören, jedoch ist in der der belgischen Patentschrift Nr. 558179 entsprechenden deutschen Anmeldung bereits gezeigt, dass die Übertragung nach dem Resonanzprinzip unter der Voraussetzung, dass
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ist, wenn die Kapazitäten C3 + C4 in der Zentrale nicht vorhanden sind, indem die an den Kondensatoren Cl und C2 anliegenden Spannungen von gleichem Wert am Ende der Schaltzeit wieder ausgetauscht werden, während eine beliebige Spannung, beispielsweise vom Wert Null, die anfangs an der Kapazität C3 + C4 anliegt, am Ende der Schaltzeit dort wieder anliegt.
Fig. 1 zeigt, dass als Endschaltglieder symmetrische Flächentransistoren Tl und T2 vom n-p-n-Typ verwendet sind, wogegen die Verbindungstransistoren T3 und T4 in der Zentrale symmetrische Flächentransistoren vom Typ p-n-p sind. Alle vier Transistoren werden durch an ihren Basiselektroden anliegende Impulse gesteuert ; unter der Voraussetzung, dass alle diese Impulse untereinander gleich sind, verursachten die Steuersignale von der Abtastfrequenz, beispielsweise 10 kHz, keinerlei Gleich- oder Wech- selstromsignale auf den Sammelleitungen.
Aus Fig. 2 geht hervor, wie der Einfluss der Steuerimpulse auf den Signalübertragungsweg auf eine allgemeinere Art in geeigneter Weise kompensierbar ist. Fig. 2 zeigt das zu dem in Fig. 1 dargestellten äquivalente Netzwerk für den Fall, dass die Transistoren leitend sind und als ideale Schalter angesehen werden, die drei Elektroden also als am selben Potential liegend.
Die Induktivitäten L weisen den gleichen Induktivitätswert auf wie die Induktivitäten LI und L2, die Kondensatoren C weisen den gleichen Kapazitätswert auf wie die Kondensatoren Cl und C2, wogegen der Kondensator in der Mitte mit dem Kapazitätswert 2C/3 die Gesamtkapazitanz der Kondensatoren C3 + C4 aufweist, wobei angenommen
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wert i2 von etwa 40 mA rechnen, der nach einer Schaltzeit von etwa 2js linear auf etwa 10 mA absinkt.
Dann ergibt sich ein von vier Basisströmen mit gleichem Vorzeichen am Ende einer jeden Schaltzeit von 2ps Dauer erzeugter Spannungsfall im Wert von 2,78 V.
Wenn keine Kompensationsmassnahmen getroffen sind, dann kann eine auf der Sammelleitung in dieser Höhe auftretende Spannung in praktisch ausgeführten Schaltungen zu Störungen führen. Die durch die verschiedenen Transistorschalter mit Transistoren vom selben Leitfähigkeitstyp fliessenden Ströme würden vom elektrischen Mittelpunkt der Sammelleitung zu den Enden der übertragungsanordnung hin in
Abhängigkeit vom Leitfäbigkeitstyp der verwendeten Transistoren fortschreitend anwachsen oder ab- nehmen.
Unter der Annahme der oben angegebenen Ausführungsformen würde sich für eine Anordnung nach
Fig. 1, jedoch mit vier Transistoren vom gleichen Leitfähigkeitstyp, die an einer Verbindung beteiligt sind, eine Abtastfrequenz von lu kHz bei einer Spannung von 0,885 V an der Sammelleitung ergeben und um einen Dämpfungspegel von etwa -75 dB für dieses Abtastsignal an der Teilnehmerstation zu er- halten, müsste der Tiefpass bei dieser Frequenz eine Dämpfung von etwa 68 dB aufweisen. Daraus ergibt sich eine besondere Anforderung an das Filter, bei deren Wegfall bei gegebenen Kosten und Raumbe- darf des Filters für dieses allgemein eine bessere Konstruktion möglich wäre.
Wenn die Transistoren der Schaltungsanordnung gesperrt werden, dann fliesst ein Strom von einer gewissen Stärke von den Basiselektroden über die Sammelleitung und erzeugt an dieser einen Spannung- fall.
Um Restladungen auf der Sammelleitung nach jeder wirksamen Schaltzeit für eine jede Zeitlage zu berücksichtigen, wird nach einer jeden Schaltdauer von beispielsweise vs Dauer eine Sicherheit von beispielsweise ebenfalls 2ILs Dauer eingeschaltet, während deren Ableitungsstromkreise die Sammelleitungskapazität entladen.
Die Aufgabe dieser Ableitungsstromkreise ist mit Transistoren vom komplementären Leitfähigkeitstyp leichter erfüllbar und alle oben bezüglich der auf der Sammelleitung durch die Basisschaltströme hervorgerufenen Gleich- oder Wechselstromsignale erwähnten Nachteile verschwinden, wenn Transistoren von komplementären Leitfähigkeitstypen verwendet werden, wie in Fig. 1 gezeigt.
Der bei der Sperrung der Transistorenschalter auftretende Restbasisladestrom wird bei nicht idealen Transistoren durch den Kollektorstrom moduliert ; dadurch ist Veranlassung zum Auftreten von Nebensprecherscheinungen zwischen benachbarten Kanälen gegeben. Bei Verwendung von Transistoren von komplementären Leitfähigkeitstypen mit völlig gleichartige m Verhalten ist die Ausschaltung der modulierten Basisladeströme dann sichergestellt, wenn die gesamte Basisladung von der Sammelleitung abgeleitet wird. Dann ergibt sich die resultierende Spannung an der Sammelleitung zu Null.
Mit Rücksicht darauf ist die Schaltung nach Fig. 1, in der Übertragungsinduktanzen auf der Teilnehmerseite der Leitungsschalttransistoren Tl und T2 angeordnet sind, besonders vorteilhaft dafür, wenigstens eine Teilausschal- tung der modulierten Basisladung zu gestatten, wenn die Transistoren kein vollkommen gleiches Verhalten zeigen. Tatsächlich wirken die Übertragungsinduktanzen Ll und L2 nach Fig. 2 gegenüber den beteiligten Frequenzen als Pfade von hoher Impedanz, wobei die vollständigen Basisladungen der Transistoren von der Sammelleitung abgeleitet werden müssen.
Obgleich Fig. 1 eine bevorzugte Anordnung zeigt, bei der geschlossene Gleichstromschleifen für die Schaltströme der Transistorenbasiselektroden besonders bequem herstellbar sind, soll nicht unerwähnt bleiben, dass noch viele andere Verbindungswege so ausgestaltet werden können, dass die oben angegebenen Vorteile sichergestellt sind.
Wenn der Verbindungsweg beispielsweise in relativ kleineren Vermittlungseinrichtungen so aufgeführt ist, dass eine Verbindung von zwei Sammelleitungen Hl und H2 vorzugsweise mit Hilfe von einem einzigen Verbindungstransistor an Stelle von zwei nach Fig. 1 in Kaskade geschalteten Transistoren herstellbar ist, dann kann man noch eine angemessene Kompensation erreichen, indem man einen Verbindungstransistor vom komplementären Leitfähigkeitstyp gegenüber dem der Leitungstransistoren Tl und T2 verwendet, für den der Basisstrom die doppelte Intensität der Basisströme der Transistoren Tl und T2 aufweist. Anderseits kann eine aus zwei gleichen, nach Fig. 1 in Reihe geschalteten oder parallelgeschalteten Transistoren gebildete Kombination dazu verwendet werden, ein jedes eine Sammelleitung verbindende Gatter herzustellen.
Damit ist aber der Nachteil verbunden, dass die Anzahl der mit einem Gatter verbundenen Transistoren verdoppelt werden muss, jedoch betrifft dieser Nachteil nur die zur Verbindung der Sammelleitungen dienenden Transistoren, deren Anzahl weit geringer ist als die der Leitungsgattertransistoren.
Anderseits können die Transistoren T3 oder T4 zur gegenseitigen Verbindung von Sammelleitungen HI und H2 unter Abtrennung von nicht weiter gezeigten sekundären Sammelleitungen dienen, die
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dann untereinander über ein weiteres Gatter miteinander verbunden werden müssen. In diesem Falle steigt die Anzahl der in Kaskade geschalteten Gatter für jeden Verbindungsweg von vier auf fünf, anstatt auf drei zu sinken.
In diesem Falle ist es von Vorteil, nach der Schaltungsanordnung gemäss Fig. 1 abwechselnd einenn-p-n-undeinenp-n-p-Transistorfürdievier äusseren Transistoren zu verwenden, für das fünf mittlere Transistorgatter, das in Fig. 1 jedoch nicht dargestellt ist, eine Anordnung mit zwei Transistoren gemäss der USA-Patentschrift Nr. 2,936, 338 oder der belgischen Patentschrift Nr. 547. 098 zu verwenden, bei der die Basisströme eine geschlossene Schleife finden, ohne dass auf der Sammelleitung eine Ladung hervorgerufen wird. Es sei nochmals betont, dass die Anzahl dieser mittleren Gatter im Vergleich zu der Gesamtanzahl der an dem Netzwerk beteiligten Gatter sehr klein ist und dass mit der Verwendung von zwei Transistoren an Stelle von nur einem für diese Gatter allein kein Nachteil verbunden ist.
Abgesehen von der Verwendung von besonderen Schaltern oder verschiedenen Basisströme oder Basisladungen, kann die Ausschaltung von unerwünschten Schaltwirkungen auch noch durch die Verwendung von einer getrennten Impulsquelle erreicht werden, die an die Sammelleitung direkt angelegt wird. Es ist nicht von wesentlicher Bedeutung, dass die Anzahl der Transistoren an den beiden Enden des Übertragungsweges nach Fig. 1 und deren Leitfähigkeitstyp gleich sind. Aber die algebraische Summe der Basisströme an einem Ende des Verbindungsweges soll der am andern Ende desselben gleich sein. Vorzugsweise soll diese Summe während des Schaltimpulses eine lineare Zeitfunktion sein.
Ferner soll dies vorzugsweise für die algebraische Summe der Basisströme der Transistoren in der Mitte des Übertragungswe- ges der Fall sein, wobei die algebraische Summe der durch alle diese Basisströme her vorgerufenen Ladun- gen gleich Null sein soll.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schaltungsanordnung für eine Vermittlungseinrichtung mit Zeitvielfachbetrieb, bei der Transistoren als steuerbare Gatter verwendet sind, und ein jeder Verbindungsweg sich über eine Reihe dieser Transistorgatter erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltströme der Transistoren (Tl... T4) ein oder mehrere geschlossene Gleichstromschleifen bilden, die zwei oder mehrere verschiedenen Gattern angehörende Transistoren enthalten, wobei jedoch die Schaltströme auf dem Verbindungsweg (Hl, H2, H3) unwesentliche Gleich- oder Wechselstromsignale erzeugen.