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Schaltungsanordnung vom Kreuzpunkttyp
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pn-Übergang zwischen dem n-Emitter und der p-Basis.
Die Primärsteuerleiter --100 und 101-- sind an einzelne untereinander gleiche Primärsteuerschaltungen --112 und 113-- angeschlossen. Als Beispiel wird auf die steuerschaltung --112-- des Primärsteuerleiters --100-- verwiesen. Die Steuerschaltung enthält einen npn-Transistor --114--, dessen Kollektor an den Steuerleiter --100-- angeschlossen ist. Der Basis wird eine Spannung von-4 V zugeführt. Durch das Schliessen eines Kontaktes --115-- kann eine Spannung von-12 V über einen Widerstand --116-- dem Emitter zugeführt werden. Wenn der Kontakt --115-- geschlossen wird, und die Impedanz des an den Kollektor angeschlossenen äusseren Stromkreises hoch ist, wird der Transistor --114-gesättigt und derKollektorbzw.
Steuerleiter-100-hat ein Markierpotential von-4V. Die Sekundärsteuerleiter --102 und 103-- sind an einzelne untereinander gleiche Sekundärsteuerschaltungen --117
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an den Steuerleiter-102-- angeschlossen und dessen Anode geerdet ist. Zwischen dem Steuerleiter --102-- und einerEingangsklemme-121-- der Steuerschaltung-117-ist ein Widerstand --120-- geschaltet. Der Eingangsklemme --121-- können positive Markierungsimpulse mit einer Amplitude von 4 V gegenüber dem Erdpotential zugeführt werden.
Während eines Markierungsimpulses ist der Gleichrichter --119-- gesperrt und der Steuerleiter --102-- enthält ein Markierungspotential von +4 V.
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unterschied zwischen dem Sekundärsteuerleiter --102-- und dem Primärsteuerleiter-100-- in Vorwärtsrichtung des Vierschichttransistors --108-- bis zu 8 V zunehmen, wodurch der Transi- stor-108-"ein"-geschaltet wird. Der Sekundärsteuerleiter --102-- ist dann über die niedrige Impedanz zwischen dem p-Emitter und dem n-Emitter des Vierschichttransistors --108-- mit dem Primärsteuerleiter-100-- verbunden.
Der Kollektorstrom des Transistors --114-- nimmt zu, wodurch der Transistor aus seinem Sättigungszustand gerät und der Gleichrichter-119-- stromführend wird, wodurch ein bestimmter Gleichstrom durch den Vierschichttransistor --108-- beibehalten wird. Dieser Gleichstrom hält den Vierschichttransistor-108-in seinem"ein"-Zustand und die Leiter --102 und 100-auf nahezu Erdpotential. Die Verbindung zwischen den Leitern --102 und 100-- kann wieder durch Öffnung des Kontaktes --115-- unterbrochen werden, wodurch der Vierschichttransistor --108-- von selbst "aus"-geschaltet wird.
Der durch eine Verbindung zwischen einem Primärsteuerleiter und einem Sekundärsteuerleiter fliessende Gleichstrom kann als Träger für Wechselströme, insbesondere Sprechströme, verwendet werden. Der Gleichstrom muss dann einen derartigen Wert haben, dass die Summe des Gleichstromes und des Wechselstromes nicht kleiner als der zum Eingeschaltethalten des Vierschichttransistors erforderliche Haltestrom werden kann. Die vorliegende Schaltungsanordnung ist mit gesonderten Leitern zur Übertragung von Sprechströmen versehen. Den Primärsteuerleitern sind gesonderte Primärsprechleiter und den Sekundärsteuerleitern sind gesondere Sekundärsprechleiter zugeordnet.
In Fig. 1 bezeichnet --122-- einen Primärsprechleiter, der dem Primärsteuerleiter --100--. und --123-- bezeichnet einen Sekundärsprechleiter, der dem Sekundärsteuerleiter --102-- zugeordnet ist. Die Sprechleiter bilden Kreuzpunkte auf dieselbe Weise wie die Steuerleiter und jedem Kreuzpunkt ist eine elektronische Relaisschaltung zugeordnet, die durch die dem Kreuzpunkt der Steuerleiter zugeordnete Kreuzpunktschaltung gesteuert wird. Fig. 1 zeigt die elektronische Relaisschaltung-124-, die dem Kreuzpunkt des Primärsprechleiters --122-- mit dem Sekundärsprechleiter --123-- zugeordnet ist.
Die elektronische Relaisschaltung --124-- wird über den Widerstand-111-durch dieKreuzpunktschaltung-104-gesteuert. Diese Steuerverbindung ist in den andern Kreuzpunktschaltungen --105,106 und 107-durch eine gestrichelte Linie angedeutet. Der Primärsprechleiter --122-- ist mit einem Ende der Sekundärwicklung (2) eines Transformators --125-- verbunden, dessen Primärwicklung (1) an den Wechselstromeingang --126-- angeschlossen ist. Das andere Ende der Wicklung (2) ist über einen Entkopplungskondensator --127-- für Wechselströme geerdet. Eine Spannung von - 12 V wird über einen Widerstand --128-- dem Knotenpunkt ier Wicklung (2) und desKondensators --127-- zugeführt.
Der Sekundärsprechleiter --123-- ist mit einem Ende der Sekundärwicklung (2) eines Transformators --129-- verbunden, dessen Primärwicklung (1) an den Wechselstromausgang--130--angeschlossen ist. Das andere Ende der Sekundärwicklung (2) ist geerdet. Die Relaisschaltung --124-- enthält zwei Vierschichttransistoren --131 und 132--. Der n-Emitter des Vierschichttransistors --131-- ist mit dem Sekundärsprechleiter --123-- und der p-Emitter mit dem Primärsprechleiter --122-- verbunden. Der n-Emitter des Vierschichttransistors --132-- ist mit der t-Basis des Transistors --131-- verbunden.
Die n-Basis des Vierschichttransistors --132-- ist mit dem
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Kollektor des Transistors --110-- und der p-Emitter ist mit dem Emitter des Transistors --110-- ver- bunden.
Vierschichttransistoren eines gewissen Typs brauchen keinen oder nur einen sehr geringen Basissteuerstrom um "ein" geschaltet zu sein für alle Ströme, die grösser als ein bestimmter Bruchteil eines natürlichen Leckstromes sind, und können"ein"geschaltet bleiben, sogar für Ströme kleiner als der genannte Bruchteil des natürlichen Leckstromes bis zum Wert 0, bei einer entsprechenden Erhöhungdes Basissteuerstromes, und können dadurch"aus"-geschaltet werden, dass der Basis ein Löschimpuls mit einer der Polarität des Steuerstromes entgegengesetzten Polarität zugeführt wird. Derartige Vierschichttransistoren können nach der planaren Diffusionstechnik hergestellt werden. Die Vierschichttransistoren 3-131 und 132-- sind vom letztgenannten Typ. Der Vierschichttransistor --131-- ist normalerweise "aus" und der Vierschichttransistor-132-ist normalerweise"ein".
Der Strom durch den Vierschichttransistor --132-- in dem "aus"-Zustand desVierschichttransistors--131-- hat einen sehr geringen Wert.
Ein Widerstand legt die n-Basis des Vierschichttransistors --132-- an Erde und entnimmt der n-Basis einen gewissen Steuerstrom um den Vierschichttransistor-132-in dem"ein"-Zustand zu halten. Im "ein" -Zustand des Vierschichttransistors --132-- liegt die n-Basis des Transistors --131-- über die niedrige Impedanz zwischen dem n-Emitter und dem p-Emitter des Vierschichttransistors-132-an der Vorspannung von +12 V. Diese Vorspannung spannt die pn-Übergänge zwischen der n-Basis des Vierschichttransistors --131-- einerseits und dem p-Emitter und der p-Basis anderseits in Rückwärtsrichtung vor und hält dadurch den Vierschichttransistor-131-im"aus"-Zustand und isoliert dadurch den Primärsprechleiter --122-- vomSekundärsprechleiter --123--.
Wenn der Vierschichttransistor --108-- der
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stand desselben eine verhältnismässig niederohmige Verbindung zwischen dem p-Emitter und der n-Basis, wodurch der Vierschichttransistor --132-- "aus"-geschaltet wird und"aus"-geschaltet bleibt. Wenn der Vierschichttransistor-132-"aus"-geschaltet wird, wird der Vierschichttransistor --131-- von selbst "ein"-geschaltet. Ein Widerstand --134-- legt die n-Basis des Vierschichttransistors --131-- an eine Spannung von-12 V und entnimmt im"aus"-Zustand des Vierschichttransistors --132-- der n-Basis einen gewissen Steuerstrom um die Umschaltung des Vierschichttransistors --131-- in den "ein"-Zustand schnell erfolgen zu lassen.
In dem"ein"-Zustand des Vierschichttransistors-131-ist der Sekundärsprechleiter --123-- über die niedrige Impedanz zwischen dem p-Emitter und dem n-Emitter mit dem Primärsprechleiter-122-- verbunden. Die Spannung von-12 V unterhält einen bestimmten Gleichstrom durch die Verbindung über nachstehende Elemente: den Widerstand --128--, die Wicklung (2) des Transformators --125--, den Sprechleiter-122-, den Vierschichttransistor --131--, den Sprechleiter --123-- und die Wicklung (2) des Transformators --129-- nach Erde. Dieser Gleichstrom dient als Träger für die zwischen dem Eingang --126-- und dem Ausgang --130-- zu übertragenden Wechselströme.
Wenn der Vierschichttransistor --108-- der Kreuzpunktschaltung --104--"aus"-geschaltet wird, geht der Transistor --110-- in den nichtleitenden Zustand über, wodurch der Vierschichttransistor --132-von selbst "ein"-geschaltet wird. Die p-Basis des Vierschichttransistors --131-- wird dann über die niedrige Impedanz zwischen dem n-Emitter und dem p-Emitter des Vierschichttransistors an die Spannung von +12 V gelegt. Der Vierschichttransistor --132-- führt dann der n-Basis einen Stromimpuls zu, der den Vierschichttransistor --131-- "aus"-schaltet.
Am Ende des Stromimpulses bleibt unter Steuerung des über den Widerstand --133-- der n-Basis des Vierschichttransistors --132-- entnommenen Steuerstromes der Vierschichttransistor --132-- "ein"- und der Vierschichtransistor --131-- "aus"-geschaltet
Beispielsweise Werte für die in Fig. 1 verwendeten Widerstände sind wie folgt :
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<tb>
<tb> Widerstand <SEP> Wert <SEP> in <SEP> kOhm
<tb> 111 <SEP> 100
<tb> 116 <SEP> 1
<tb> 120 <SEP> 10
<tb> 128 <SEP> 1
<tb> 133 <SEP> 100
<tb> 134 <SEP> 100
<tb>
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Die Anwendung der Kreuzpunktschaltung nach Fig. l beschränkt sich nicht auf die Schaltungsanord- nungen vom Typ nach Fig. l, die nur aus einer Stufe bestehen, sondern sind auch in mehrstufigen Schal- tungsanordnungen anwendbar.
Insbesondere werden hier Schaltungsanordnungen gemeint, in denen jede
Verbindung über mehrere Kreuzpunktschaltungen in direkter Reihenschaltung verläuft. In derartigen
Schaltungsanordnungen kann es notwendig sein, dass die Durchbruchspannung der Kreuzpunktschaltun- gen in Rückwärtsrichtung grösser ist als der Durchbruchspannung in Vorwärtsrichtung. Die Durchbruch- spannung in Rückwärtsrichtung der Kreuzpunktschaltungen nach Fig. l entspricht der Durchbruchspannung des pn-Überganges zwischen der p-Basis und dem n-Emitter. Wenn diese Durchbruchspannung nicht hoch genug ist, kann die Durchbruchspannung der Kreuzpunktschaltung in Rückwärtsrichtung dadurch erhöht werden, dass in Reihe mit der Zener-Diode eine entgegengesetzt gepolte pn-Diode geschaltet wird. welche pn-Diode auch als Zener-Diode ausgebildet sein kann.
Das Ergebnis ist eine Kreuzpunktschal- tung, wie diese in Fig. 2 dargestellt ist. Fig. 2 zeigt einen Vierschichttransistor --200-- mit Elektro- den-201, 202 und 203-- an dem p-Emitter der n-Basis bzw. dem n-Emitter. Der p-Emitter ist über die Reihenschaltung aus einer pn-Diode --204-- und einer Zener-Diode --205-- mit der p-Basis ver- bunden. Die Durchbruchspannung in Rückwärtsrichtung dieser Kreuzpunktschaltung entspricht der Summe der Durchbruchspannung des pn-Überganges zwischen der p-Basis und dem n-Emitter des Vierschichttransistors --200-- und der Durchbruchspannung der pn-Diode --204--.
Die Kreuzpunktschaltung nach Fig. 2 kann auf einfache Weise in einem Halbleiterkörper integriert werden.
Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Kreuzpunktschaltung nach Fig. 2 in Form einer integrierten Schaltung, in einer Draufsicht (a) bzw. einem Querschnitt (b). Die integrierte Schaltung enthält eine Schicht --300-- aus n +-leitendem Si, auf der eine Schicht --301-- aus n-leitendem Si angebracht ist.
Auf der Schicht --301-- sind die Schichten --302 und 303-aus p-leitendem Si angebracht ; auf der Schicht --302-- sind zwei Schichten --304 und 305-- aus n+ -leitendem Si angebracht ; auf der Schicht --303-- ist eine Schicht --306-- aus n+-leitendem Si angebracht. Die Schichten-303, 301, 302 und 304-- bilden nacheinander den p-Emitter, die n-Basis, die p-Basis und den n-Emitter des Vierschichttransistors --200--. Die Elektrode --201-- wird durch die Metallschicht --307 -- gebildet. die über ein Kontaktfenster-308-- in der Oxydschicht --309-- mit der Schicht --303-- in Verbindung steht. Die Elektrode --203-- wird gebildet durch die Metallschicht --310--. die über das Kontaktfenster-311-mit der Schicht --304-- in Verbindung steht.
Die Elektrode --202-- wird gebildet durch die Metall- schicht-312-, die über das Kontaktfenster --313-- mit einer auf der Schicht --301-- angebrachten Schicht --314-- aus n+-leitendêm Si in Verbindung steht. Die Zener-Diode --205-- wird durch den pn-Übergang zwischen den Schichten --305 und 302-- und die pn-Diode --204-- (ebenfalls eine Zener-Diode) wird durch den pn-Übergang zwischen den Schichten --306 und 303-- gebildet. Die Zener-Diode --205-- ist mittels der gemeinsamen Schicht --302-- unmittelbar mit der p-Basis verbunden. Die Diode --204-- ist mittels der gemeinsamen Schicht --303-- unmittelbar mit dem p-Emitter verbunden.
Die Verbindung zwischen den Dioden --204 und 205-- nach Fig. 2 wird durch die Metall- schicht die einerseits über das Kontaktfenster-316-- mit der Schicht --306-- und anderseits über das Kontaktfenster-317-mit der Schicht --305-- verbunden ist, gebildet.
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