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"Schaltung zur Neutralisation eines als aktives Halbleiterelement
ausgebildeten elektronischen Signalschalters" Die Erfindung betrifft eine Schaltung
zur NeutralIsation eines als aktives Halbleiterelement ausgebildeten elektronischen
Signalschalters.
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Als Neutralisation sei hier die Verminderung von schädlicnen Kopplungen
verscanden, wie sie beispielsweise als Nebensprechen in Fernmeldeanlagen auftreten
können.
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Schaltungen zur Neutralisation sind seit langem belcannt.
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Inre Wirkung beruht darauf, eine unvermeidliche Kopplung durch eine
entgegengesetzte Kopplung gleicher Größe unschädlich zu machen. Bei symmetrischen
Leiteranordnungen wird eine abgeglichene Brückenschaltung als Neutralisationsschaltung
verwendet (Figur 1). Sind
dabei Z1 und Z4 die unvermeidlichen Kopplungswiderstände,
so wird durch Hinzufügen passend gewählter Elemente Z2 und Z3 die Neutralisation
erreicht.
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Elektronische Signalschalter, die als aktive HalbleSterelemente ausgebildet
sind, sind ebenfalls seit langem bekannt. Eswird daran gearbeitet, durch diese Elemente
einer neuen Technologie in der Gestalt von beispielsweise Transistoren, Dioden7
Vier- oder Mehrschichthalbleitera elektrische Schalter mechanischer Bauweise, etwa
Relais oder Wähler, zu ersetzen. Besonders bei der Durchschaltung von Sprach-, Ruf-
und Gleichstromsignalen in der Vermittlungstechnik hat sich aber der mechanische
Schalter bisher gegenüber dem elektronischen Schalter behaupten können.
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Als ein Grund dafür läßt sich - abgesehen von der Frage der Wirtschaftlichkeit
- anfahren, daß die verwendeten Halbleiterelemente ein ungünstiges Sperrverhalten
zeigen.
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Der Sperrwiderstand ist nur endlich groß, und entsprechend dem Ersatzschaltbild
nach Figur 2 sind nichtvernaGhlässigbare Xapazitäten vorhanden. Für einen Transistor
liegen diese störenden Sperrparameter etwa in folgender Größenordnung: CEB # 30
pF, CcB Av10 pF, CEC # 0,4 pF.
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Der Basisanschlußwiderstand R liegt z.J3. bei 50 k#.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg aufzuzeigen, wie
durch eine Neutralisation unter besonderer Ausbildung der verwendeten Halbleiterelemente
das Sperrverhalten elektronischer Signalschalter soweit verbessert werden kann,
daß die diesbezüglichen Bedenken gegen einen Ersatz mechanischer Schaltelemente
fallengelassen werden können Die Erfindung besteht darin, daß ein zusätzliches Halbleiterelement
gleicher Struktur vorgesehen ist, das dauernd gesperrt und derart mit dem Signalschalter
und der Signalleitung verbunden ist, daß die durch die elektrischen Sperreigenschaften
beider Halbleiterelemente herorgeruf enden Störgrößen sich gegenseitig kompensieren,
und daß der Signalschalter und das zusätzliche Halb leit erelement als gemeinsam
erzeugte Bauteile ausgebildet sind.
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Im folgenden wird die Erfindung in einigen Ausführungsbeispielen anhand
der Abbildungen näher erläutert.
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In der Brückenschaltung nach Figur 1 seien die Zweigelemente Z1 und
Z4 die elektronischen Signalschalter, Der erforderliche Brückenabgleich kann erreicht
werden, wenn die Zweigelemente Z2 und Z3 als im wesentlichen
gleichartige
zusätzliche Halbleiterelemente ausgeführt werden. Die Abgleichbedingungen sind dann
in bekannter Weise: Z1 Z3 Z1 Z2 dabei ist dann die r oder = Z2 Z4 Z3 Z4 Spannung
U2 zwischen den Verzweigungspunkten a2 und b gegenüber der an den Verzweigungspunkten
as und b1 anliegenden Spannung U1 völlig entkoppelt Sind also alle Halbleiterelemente
Z1 bis Z4 gesperrt, so ist die Schaltstrecke a2 - b2 als geöffnet anzusehen, wobei
der Sperrwiderstand in Abhängigkeit von der Genauigkeit des £;bgleichs extrem hoch
getrieben werden kann.
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Figur 3 zeigt die tatsächliche Schaltung einer Brücke nach Figur 1-,
wenn als Halbleiterelemente npn-Transistoren eingesetzt werden Die Bezeichnungen
in Figur 1 und Figur 2 sind gleich. Neu eingeführt in der Figur 3 sind die Basisanschlußwiderstände
R, die alle gleich groß sind, Die Anschlußklemmen A1 und A2 ermöglichen wahlweise
eine Durchschaltung von a1 nach a2 bzw. b1 nach b2 oder diagonal von a1 nach b2
bzw. b1 nach a2.
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Ist die obengenannte Durchschaltung einmal gewählt, so bleibt die
eine der beiden Klemmen A1 und A2 ständig an einem die zugehörigen Transistoren
gesperrt haltenden Potential, während die andere der beiden Klemmen A1 und A2 entsprechend
der Schaltfolge an die zugehörigen Transistoren öffnendes oder sperrendes Potential
gelegt wird.
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Insofern unterscheidet sich die Schaltung nach Figur 3 von bereits
vorgeschlagenen Modulatorschaltungen, bei denen beide Klemmen A1 und A2 an Wechselspannungen
entgegengesetzter Phasenlage gelegt werden.
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Wie bereits ausgeführt, hängt die Güte der erreichten Neutralisation
von der Genauigkeit des Abgleichs ab.
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Dieser Abgleich erscheint bei der Verwendung von Halbleiterelementen,
die bekanntermaßen zum Teil erhebliche, fabrikationsbedingte Parameterstreuungen
aufweisen, als sehr schwierig. Die Erfindung zeigt eine Möglichkeit zur Abhilfe,
indem vorgeschlagen wird, jeweils 2 oder auch alle 4 Halbleiterelemente gleich strukturiert
auszubilden und in einem gemeinsamen Arbeitsgang herzustellen.
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Besonders günstig ist dabei eine Ausbildung nach Art der "integrierten
Schaltkreise", wobei beispielaweise
entsprechend Figur 4 Planarstrukturen
mit der gleichen Maskenvorlage erzeugt werden, die ein hohes Maß an Übereinstimmung
in den Parametern aufweisen. Die in Figur 2 und 4 gewählten Bezeichnungen E, B,
C entsprechen in üblicher Weise den nitter-, Basis- und Kollektoranschlüssen, p
bzw. n sind die entsprechend dotierten Haibleiterzonen.
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Die erzielte Abgleichgenauigkeit aufgrund der gemeinsamen Herstellung
der Elemente reicht im allgemeinen aus, Bei den bereits oben angeführten Größen
der Glieder der Ersatzschaltung nach Figur 2 ( R ist der auch in Figur 3 auftretende
Basisanschlußwiderstand, der je nach der gewah."ten Technik mitintegriert sein kann,
es aber nicht sein muß), ist ohne die erfindungsgemäß eingesetzte Neutralisation
bei einer Frequenz von etwa 10 kHz die zulässige Grenze für das Nebensprechen von
10 N erreicht.
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Nit der Neutralisation läßt sich die Frequenz selbst dann auf 40 -
50 kHz erhöhen, wenn die Parameter der Zweigelemente der Brücke um bis zu 5 * voneinander
abweichen, Die in dem bisherigen Ausführungsbeispiel verwendete Schaltung ist beispielsweise
bei der Realisierung von
Raumvieltachkoppelpunkten in Fernsprechvermittlungseinrichtungen
mit Vorteil anwendbar. Es sind jedoch auch ganz anders geartete Anwendungsfälle
vorstellbar, Figur 5 zeigt beispielsweise einen Schalter im Rahmen eines unsymmetrischen
PAM-Systems, wobei eine andere Neutralisation als mit Hilfe einer Brücke gewählt
ist In der Schaltung nach Figur 5 sei T1 ein Schalttransistor, der kurzzeitig einen
Filterkondensator CF über eine Resonanzspule h an eine Sammelschiene S anschaltet,
an die zur gleichen Zeit auch ein zweiter Teilnehmer ( nicht dargestellt ) geschaltet
wird. Die Sammelschiene S besitze eine Anordnung zur Umkehr der Polarität ihrer
Spannung, z.B. einen Spartransformator Tr. Es ist zur Neutralisation ein zusätzlicher
Transistor T2 vorgesehen, der durch das Anliegen einer Spannung Usp ständig gesperrt
ist. In Figur 5 ist angedeutet, daß an den beiden Enden des Spartransformators Tr
verschiedene Polaritäten anliegen. Sind die Transistoren Ti und T2 in oben beschriebener
Weise ausgebildet, so heben sich die infolge des Sperrwiderstandes und der in Figur
2 angedeuteten Kapazitäten über die Transistoren im Sperrzeitraum des Transistors
T1 fließenden Störgrößen durch die amitterseitige Kopplung der Transistoren gegenüber
dem"Teilnehmer" h / CF auf,
Es sei abschließend noch darauf hingewiesen,
daß die Erfindung nicht auf die Verwendung von Transistoren als Halbleiterelemente
beschränkt ist sondern auch auf Thyristoren, Dioden, Feldeffekt- und Metallschichttransistoren
anwendbar ist, um nur einige wenige zu nennen, Es kann von Fall zu Fall vorteilhaft
sein, weitere äußere Schaltelemente, wie z.B. Widerstände, in die in einem Arbeitsgang
hergestellte Neutralisatonsschaltung mit einzubeziehen.