DE1922382B2 - Elektronische koppelfeldeinrichtung mit feldeffekttransistoren - Google Patents

Description

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tet werden kann, ohne daß sie sich gegenseitig beein- teten Verstärker in Betrieb; die anderen sind ausge-

flussen. Der Ausgang des Verstärkers ist mit der abge- schaltet, weil ihre Koppelelemente nicht benutzt sind,

henden Leitung b verbunden, wobei der Widerstand Dennoch können die ausgeschalteten Verstärker den

R8 zur Anpassung an den Z-Wert der abgehenden in Betrieb befindlichen Verstärker belasten, weil sie

Leitung dient. 5 auch im ausgeschalteten Zustand einen nicht vernach-

Nach einem Teilmerkmal der Erfindung gelangt mit lässigbaren inneren Widerstand haben. Zur Vermeidem Signal über den Feldeffekttransistor hinweg eine dung dieser Belastung wird in Weiterbildung der ErGleichspannung an den Eingang des Ausgangsver- findung in die Ausgangsleitungen der Ausgangsverstärkers, um diesen dadurch funktionsfähig zu schal- stärker je eine Diode £>2 (Fig. 2) geschaltet, die jene ten. Diese Gleichspannung muß mindestens so groß ^lo zusätzliche Belastung verhindert. Zum Ausgleich der sein, daß alle Augenblickswerte des Signals nur eine durch diese Diode entstehenden nichtlinearen VerPolarität gegen den Bezugspunkt auf weisen. Bei man- zerrungen ist im Gegenkopplungsweg eine weitere chen Fernsehsignalen ist diese Forderung ohnehin er- Diode Dt vorgesehen.

füllt, so daß in diesem Fall der Koppelkondensator Die Eingänge der erfindungsgemäßen Koppelfeld-

Co entfallen kann, bei anderen Signalen, die noch *5 einrichtung werden ferner zweckmäßigerweise so aus-

keine ausreichende Gleichspannungskomponente gestaltet, daß sie wahlweise hochohmig oder mit dem

enthalten, kann diese - wie in F i g. 2 dargestellt - über Wellenwiderstand der Leitung abschließbar sind. Für

einen Spannungsteiler Rl, R2 zugesetzt werden. Bei Koppelfeldeinrichtungen, die bis zu sehr hohen Fre-

durchgeschaltetem Feldeffekttransistor gelangt diese quenzen einsetzbar sein sollen, kann es vorteilhaft

Gleichspannung an die Basis des Transistors Tl und ^zo sein, auch an die Eingänge der Koppelfeldeinrichtung

macht ihn damit funktionsfähig für die Verstärkung Verstärker zu legen, die einen niedrigen Innenwider-

des Signals. stand haben. Diese Verstärker müssen demzufolge

Der Sperrwiderstand von Feldeffekttransistoren ist ebenfalls Gleichspannungsverstärker sein, damit ihr außerordentlich groß. Bei höheren Frequenzen ist die Arbeitspunkt beim Durchschalten des Feldeffekt-Sperrwirkung eines Feldeffekttransistors hauptsäch- ²5 transistors gleichzeitig die Arbeitspunkteinstellung lieh durch die Kapazitäten zwischen den Elektroden des entsprechenden Ausgangsverstärkers einstellt.
bestimmt. Wenn das Koppelfeid Signale schalten soll, die im-

Fig. 3 zeigt das für höhere Frequenzen geltende pulsartigen Charakter haben und nur die Kriterien

Ersatzschaltbild eines Koppelpunktes unter Berück- »ein« oder »aus« enthalten, kann auf Analogverstär-

sichtigung der Teilkapazitäten zwischen den Elektro- 3° ker in den Ein- und Ausgängen verzichtet werden,

den. Die Spannung U~ stellt die von einer Eingangs- an ihrer Steile können Triggeranordnungen verwen-

leitung her ankommende Signalspannung dar, die von det werden. In diesem Fall ist es dann möglich, mit

dem Feldeffekttransistor FETvom Lastwiderstand R_L dem Koppelfeld Spannungen zu übertragen, die we-

ferngehalten werden soll, wenn das Koppelelement sentlich höher als die zulässigen Sperrspannungen des

gesperrt ist. Über die Kapazitäten Cl bis C6 gelangen 35 Feldeffekttransistors sind, denn zum Ansteuern der

jedoch Hochfrequenzanteile auf den Widerstand R_L. Trigger sind nur relativ kleine Spannungen nötig, sie

Durch den geerdeten Bulk-Anschluß sind die Kapazi- können aber größere Spannungen abgeben,

täten C2 und C3 mit Masse verbunden und tragen In Fig. 2 wird der Gate-Anschluß des Feldeffekt-

zur Kopplung zwischen Ein- und Ausgang nicht mehr transistors über die Widerstände R3 und R4 mit der

bei. Wird der Gate-Anschluß wechselstrommäßig 4° Spannung U verbunden und dadurch gesperrt, so-

durch eine zusätzliche Kapazität Cl, die groß gegen lange der Schalter S offen ist. Es ist natürlich auch

jede der Teilkapazitäten Cl bis C6 ist, geerdet, so möglich, für eine ständige Durchschaltung des Feldef-

sind auch noch die Kapazitäten C5 und Cß sowie C4 fekttransistors zu sorgen und durch Betätigen eines

für die Übertragung vom Eingang zum Ausgang un- Schalters den Feldeffekttransistor zu sperren. Beide

wirksam. Als Koppelkapazität verbleibt nur noch Cl. 45 Möglichkeiten sind gleichwertig und hängen vom je-

Diese Kapazität ist aber im wesentlichen die Kapazität weiligen Verwendungszweck ab. Ferner können an-

zwischen den beiden Anschlüssen und ohnehin sehr dere Typen von Feldeffekttransistoren verwendet

klein; ihr Einfluß kann durch Abschirmmaßnahmen werden, z. B. solche, die selbst sperren oder selbst öff-

noch weiter verringert werden. Dadurch wird auch bei nen, wenn ihre Gate-Elektrode mit dem Bezugs-

sehr hohen Frequenzen eine gute Entkopplung zwi- 5o potential verbunden ist.

sehen Eingang und Ausgang des Koppelelements er- Da der Gate-Eingangswiderstand eines Feldeff ekt-

zielt. Für den Fall, daß ein Feldeffekttransistor ver- transistors außerordentlich hoch ist, kann man in die

wendet wird, der noch weitere Elektroden hat, z.B. Zuleitungen zum Gate-Anschluß große Widerstände

noch einen weiteren Gate-Anschluß, müssen sinnge- mit zusätzlichen Kondensatoren schalten, die die ein-

mäß diese weiteren Anschlüsse mindestens wechsel- 55 zelnen Schaltleitungen zum Gate-Anschluß gut von-

strommäßig ebenfalls geerdet werden, um bei höheren einander entkoppeln.

Frequenzen eine gute Entkopplung zwischen Ausgang Die Beschreibung der Erfindung bezog sich bisher

und Eingang zu erreichen. auf Koppelfeldeinrichtungen, die unsymmetrisch auf-

Es ist gelegentlich nötig, vorhandene Koppelfeld- gebaut sind. Natürlich läßt sich die ganze Anordnung einrichtungen zum Schalten weiterer Leitungen zu er- 6o symmetrisch machen, indem beispielsweise die Schalweitern (Fig. 4). Dazu ist es erforderlich, daß die tung spiegelbildlich aufgebaut wird. Ferner können Koppelfeldeinrichtungen parallel schaltbareEingänge die Verstärker mit symmetrischen Eingängen bzw. haben; das kann auf bekannte Weise dadurch erreicht Ausgängen versehen sein, wobei die Koppelelemente werden, daß die ankommenden Leitungen an den selbst weiterhin unsymmetrisch schalten. Bei diesen Eingängen durchgeschleift werden und nur am letzten 65 beiden Varianten haben die symmetrischen Ein- und Koppelfeld abgeschlossen sind. Ferner ist es nötig, daß Ausgänge zwangläufig eine Mittelpunkterdung. Sind Ausgänge parallel geschaltet werden müssen; in die- die Leitungen potentialfrei und symmetrisch geführt, sem Fall ist aber immer nur einer der parallelgeschal- so können Übertrager zum Symmetrieren benutzt

werden. In diesem Fall muß bei den Ausgangsverstärkern dafür gesorgt werden, daß der Gleichstrom so fließt, als ob ein ohmscher Abschluß vorhanden wäre; dazu muß in Reihe mit dem Übertrager ein Widerstand R8' = RS eingefügt und mit einem ausreichend großen Kondensator überbrückt werden (Fig. 5). Im Falle der Zusammenschaltung mehrerer KoppeUeldeinrichtungen, z.B. wie in F i g. 4, genügt ein Übertrager pro Leitung; die Ausgangsverstärker werden vor dem Übertrager zusammengefaßt, damit die gegenseitige Entkopplung durch die Dioden D2 weiterhin gewährleistet ist.

Koppelfeldeinrichtungen nach der Erfindung weisen folgende technische Vorteile auf:

Da ein Ausgangsverstärker erst mit eingeschalte- *5 tem Koppelelement in Betrieb gesetzt wird, sind die nicht benutzten abgehenden Leitungen besonders gut von den signalführenden Eingangsleitungen entkoppelt. Würden die Ausgangsverstärker der nicht benutzten Ausgangsleitungen eingeschaltet bleiben, so müßte der Sperrwiderstand der beteiligten Koppelelemente extrem hoch sein, um eine ausreichende Entkopplung zu bewirken.

Ein weiterer Vorteil der Durchschaltung eines mit Gleichspannung überlagerten Nutzsignales ergibt sich zusammen mit der Methode, den Bulk-Anschluß an den Bezugspunkt anzuschließen. Dadurch wird die sperrbare Signalspannung so groß wie die Signalspannung selbst, während bei der üblichen Betriebsart, bei der der Bulk-Anschluß mit dem Source-Anschluß verbunden ist oder nur Signal-Wechselspannungen geschaltet werden, die sperrbare negative Spannung nur ca. 0,7 V beträgt.

Koppelfeldeinrichtungen nach der Erfindung sind für sehr breite Frequenzbänder verwendbar und benötigen pro Koppelpunkt nur einen sehr geringen Raum, so daß die einzelnen Koppelelemente sehr dicht nebeneinander angeordnet werden können und Verbindungsleitungen üblicher Art entfallen. Ferner ist die pro Koppelelement benötigte Steuerleistung sehr gering. Bei Betriebsspannungsausfall sind alle abgehenden Leitungen in erwünschter Weise gesperrt, da alle Ausgangsverstärker ebenfalls außer Betrieb sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Elektronische Koppelfeldeinrichtung für die beliebige Durchschaltung unsymmetrischer Leitungen mit Feldeffekttransistoren als Koppelelemente und mit Verstärkern in den abgehenden Leitungen, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Koppelpunkt ein Feldeffekttransistor (FET) vorgesehen ist, dessen Drain-Anschluß (Dr) mit der nicht geerdeten Ader einer der ankommenden Leitungen verbunden ist, dessen Bulk-Anschluß (Bu) mit dem Bezugspunkt der Schaltung (—) verbunden ist, dessem Gate-Anschluß (Ga) die zum Betätigen des Koppelelementes erforderliche Schaltspannung, gegebenenfalls über ein Entkopplungsnetzwerk, zugeführt ist, dessen Source-Anschluß (So) mit dem hochohmigen Eingang eines der Ausgangsverstärker (A, B...) verbunden ist, die Gleichspannungsverstärker sind, und daß der jeweilige Ausgangsverstärker durch einen leitend geschalteten Feldeffekttransistor in Betrieb gesetzt wird, indem mit dem Signal über den Feldeffekttransistor hinweg eine Gleichspannung an den Eingang des Ausgangsverstärkers gelangt.

2. Koppelfeldeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gate-Anschluß (Ga) wechselstrommäßig mit dem Bezugspunkt der Schaltung (—) verbunden ist.

3. Koppelfeldeinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Feldeffekttransistoren mit weiteren Elektroden diese zumindest wechselstrommäßig mit dem Bezugspunkt der Schaltung verbunden sind.

4. Koppelfeldeinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsverstärkerneben dem gleichstromführenden Ausgangsweg einen gleichstromführenden Gegenkopplungsweg (Rl, i?8) aufweisen und daß in jedem dieser Wege zumindest eine Diode (Dl, D2) in Flußrichtung eingeschaltet ist.

5. Koppelfeldeinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Signal an den Ausgangsverstärker gelangende Gleichspannung im Falle, daß die ankommenden Signale Wechselspannungssigriale sind, einem Spannungsteiler (.Rl, R2) entnommen und dem Drain-Anschluß (Dr) zugeführt wird.

6. Koppelfeldeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Spannungsteiler und dem Drain-Anschluß ein Gleichspannungsverstärker vorgesehen ist, dessen Ausgangswiderstand klein gegen den Widerstand des geöffneten Feldeffekttransistors ist.

7. Koppelf eldeinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler und gegebenenfalls der Eingang des Gleichspannungsverstärkers wahlweise hochohmig gegen den Wellenwiderstand der ankommenden Leitung oder an den Wellenwiderstand der Leitung anpaßbar sind.

8. Koppelfeldeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Anwendung der Koppelieldeinrichtung zur Durchschaltung von Impulsen der Ausgangsverstärker durch eine Triggeranordnung ersetzt ist.

Für die Durchschaltung von mehreren ankommenden und abgehenden Leitungen sind in der Nachrichtentechnik Koppelf eldeinrichtungeh gebräuchlich. An den Verbindungsstellen der Leitungen, die Koppelpunkte genannt werden, sind z.B. Drucktasten, Relais, Dioden oder Transistoren als Koppelelemente üblich.

Die Erfindung betrifft eine Koppelfeldeinrichtung mit Feldeffekttransistoren als Koppelelemente; sie ist ίο dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Koppelpunkt ein Feldeffekttransistor vorgesehen ist, dessen Drain-Anschluß mit der nicht geerdeten Ader einer der ankommenden Leitungen verbunden ist, dessen. Bulk-Anschluß mit dem Bezugspunkt der Schaltung verbunden ist, dessem Gate-Anschluß die zum Betätigen des Koppelelementes erforderliche Schaltspannung, gegebenenfalls über ein Entkopplungsnetzwerk, zugeführt ist, dessen Source-Anschluß mit dem hochohmigen Eingang eines der Ausgangsverstärker ao verbunden ist, die Gleichspannungsverstärker sind, und daß der jeweilige Ausgangsverstärker durch einen leitend geschalteten Feldeffekttransistor in Betrieb gesetzt wird, indem mit dem Signal über den Feldeffekttransistor hinweg eine Gleichspannung an den Eingang des Ausgangsverstärkers gelangt.

Es ist bekannt, daß Feldeffekttransistoren als Schalter verwendet werden können, z. B. auf anderen Gebieten der Nachrichtentechnik als Schalter zur Modulation oder in Zerhacker anordnungen. Die Erfindung und ihre Einzelheiten werden an Hand der Zeichnungen für einige Ausführungsbeispiele im folgenden näher erläutert:

Fig. 1 zeigt das Prinzipschaltbild eines Koppelfeldes, bei dem die Leitungen 1,2,3,4... η wahlweise mit den Leitungen a, b, c.:.m verbunden werden können. In den abgehenden Leitungen sind Verstärker A, B... mit hochohmigen Eingängen vorgesehen, damit bei Bedarf mehrere abgehende Leitungen mit nur einer ankommenden Leitung ohne gegenseitige Beeinflussung verbunden werden können. Die als Koppelelemente dienenden Feldeffekttransistoren FET sind durch ein Schaltsymbol angedeutet.

Fig. 2 zeigt an einem Ausschnitt aus diesem Koppelfeld - etwa die Verbindung der Leitung 1 mit der 45, Leitung b über den Verstärker B - wie der Koppelpunkt nach der Erfindung im einzelnen aufgebaut ist. Ein auf der Leitung 1 ankommendes Signal gelangt über den Koppelkondensator Co an den Drain-Anschluß des Feldeffekttransistors FET. Der BuIk-Anschluß Bu ist mit dem Bezugspunkt (—) der Schaltung verbunden, dem Gate-Anschluß Ga wird über die Widerstände R3 und R4 eine Sperrspannung zugeführt, die bei Betätigung des Schalters S aufgehoben werden kann, indem der Verbindungspunkt der Widerstande i?3 und R4 mit dem positiven Anschluß der Betriebsspannungsquelle verbunden wird. Dadurch wird der Feldeffekttransistor leitend und das Signal kann vom Source-Anschluß So dem Eingang eines Ausgangs-Gleichspannungs-Verstärkers B zugeführt werden.

Dieser Verstärker besteht aus den beiden Transistoren Tl und Γ2 und den Widerständen R5, R6, R7, RS. Die Widerstände R6 und R7 dienen zur Gegenkopplung und machen den Eingang des Verstärkers ausreichend hochohmig; denn der Eingangswiderstand eines solchen Verstärkers muß so hochohmig sein, daß die gewünschte Anzahl von Verstärkern . gleichzeitig an eine ankommende Leitung angeschal-