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Elektronischer Koppelkontakt zum DurchSchalten.von Leitungen in Fernmelde-,
insbesondere Fernsprechvermittlungsanlagen Die Erfindung betrifft einen elektronischen
Koppelkontakt zum Durchschalten von Leitungen in Fernmelde-, insbesondere Fernsprechvermittlungsanlagen,
dessen in Längsrichtung der Leitungen angeordneter Serienzweig aus einem Isolierschicht-Feldeffekttransistor
mit Halbleiter-Substrat besteht, der durch unterschiedliche Steuerpotentiale an
seinem Gate-Anschluß zwischen seinem Durchlaß- und Sperrzustand mittels einer Kippschaltung
umsteuerbar ist.
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Gegenüber den in den bekannten elektronischen Koppelkontakten im Serienzweig
angewendeten Emitter-Kollektor-Strecken von Flächentransistoren haben Feldeffekttransistoren
den Vorteil höheren Sperrwiderstandes und vernachlässigbarer Steuerströme.
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Es ist in der deutschen Auslegeschrift 1 28k 992 eine elektronische
Koppelstelle mit einem zwischen die zu verbindenden Leitungen mit seiner Emitter-Kollektor-Strecke
geschalteten Transistor beschrieben, der abhängig vom Schaltzustand-einer bistabilen
Steuerstufe gesperrt bzw. leitend ist und zwischen dessen Basis- und Kollektor-Elektrode
die Emitter-Kollektor'-Strecke eines unipolaren Feldeffekttransistors geschaltet
ist, dessen Gate-Anschluß an der gemeinsamen bistabilen Steuerstufe liegt. Es soll
bei dieser bekannten Koppelstelle neben einem hohen Schaltverhältnis auch eine nahezu
vollkommene Trennung des Steuerkreises vom Arbeitskreis erzielbar sein.
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Es besteht bei Feldeffekttransistoren mit Halbleiter-Substrät außerdem
die Möglichkeit, nicht nur an dem Gate-Anschluß, sondern auch am Substrat eine Steuerwirkung
auf die Leitfähigkeit der Emitter-Kollektor-Strecke des Feldeffekttransistors auszuüben.
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Allgemein ist an dem Substratanschluß eine Sperrspannung angeschaltet,
durch die ein hoher Sperrwiderstand des Transistors erreichbar ist. Ein niedriger
Durchlaßwiderstand ist durch eine dem Leitungstyp des Transistors entsprechende
Substrat spannung erreichbar. Für die Umschaltung der Steuerspannung werden bei
den bekannten Anordnungen aus zwei Transistoren bestehende Kippschaltungen verwendet.
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Es ist auch in der Anmeldung P 15 62 037.8 eine aus vier Isolierschicht-Feldeffekttransi
storen bestehende Kippschaltung beschrieben, bei der die Umschaltung zwischen den
beiden stabilen Zuständen durch zugeführte Impulse erfolgt.
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Diese Kippschaltung weist den Vorteil auf, daß sie sonst aus ihrer
Speisespannungsquelle keinen Strom aufnimmt. Die Transistoren besitzen paarweise
unterschiedliche Leitfähigkeit. In dem einen stabilen Zustand sind der erste und
der vierte, im anderen stabilen Zustand der zweite und der dritte Transistor voll
leitend. Ein Speisestrom durch die leitenden Transistoren kommt Jedoch nicht zustande,
da Jeder leitende Transistor mit der Emitter-Kollektor-Strecke eines gesperrten
Transistors in Reihe liegt. Bei der Umsteuerung dieser Kippschaltung wird uber jeweils
einen leitenden Transistor die Ausgangsklemme mit dem einen oder dem anderen Pol
der Speisespannungsquelle verbunden.
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Bei Isolierschicht-Feldeffekttransistoren ist das Substrat durch einen
PN-Übergang vom Kanal getres-lt. Bei Verwendung dieses Feldeffektrreansistors als
Serienzweig einer Koppelstelle kann das Substrat entweder fieber einen Widerstand
an das Potential 0 oder unmittelbar an eine Spannung gelegt werden, die den PN-§bergang
zwischen dem Substrat und dem Kanal in R«ckwärtstich'tung vorspannt. Bei der ersten
Schaltungsart wird durch einen großen Widerstand die Sperrdämpfung und durch einen
kleinen Widerstand der Klirrfaktor vergrös
sert. Bei der zweiten
Schaltungsart bleibt zwar die Sperrdämpfung groß, jedoch ist auch der Durchlaßwiderstand
erhöht.
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Der erhöhte Durchlaßwiderstand hat dabei auch größere Verzerrungen
zur Folge.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorteile der Isolierschicht-Feldeffekttransistoren
bei der Verwendung als Serienzweig einer Koppelstelle aushutzbar zu machen und die
Nachteile der beiden oben genannten Schaltungsarten su vermeiden. Außerdem ist die
Herabsetzung des Stromverbrauchs in der Steuerkippschaltung der Koppelstelle wünschenswert
Diese Aufgabe wird dadurch gelost, daß gleichzeitig mit der Umsteuerulig des Potentials
am Gate-Anschluß sowohl die Substratspannung als auch der Widerstand des Substratzweiges
umsteuerbar ist.
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BGi der technischen Ausbildung der Koppelstelle ist im Substratzweig
des Serienzweig-Transistors ein Isolierschicht-Feldeffekttransistor angeordnet,
der durch die Kippschaltung jeweils in den gegenüber dem Serienzweig-Transistor
gegensätzlichen Schaltzustand um6tcuerbar ist. Es können dabei dle beiden Isolierschicht
Feldeffekttransistoren gleichen Leitungstyp aufweisen wobei ihre beiden Gate-Anschlüsse
durch die zueinander entgegengesotzten Ausgangspotentiale der Kippschaltung zueinander
gegenläufig steuerbar sind Es können aber auch die beiden Isolierschicht-Feldeffekt.
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transistoren zueinander komptementären Leitungstyp aufweisen, wobei
die Gate-Anschlüsse der beiden Transistoren durch das gleiche Ausgangspotential
der Kippschaltung zueinander gegenläufig steuerbar sind.
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Hierdurch werden die Vorteile erzielt, daß in der gesamten Anordnung
einer Koppelstelle ausschließlich Feldeffekttransistoren Anwendung finden, die für
integrierte Schaltungen geeignet sind. Bei den gezeigten Ausführungsbeispielen werden
sowohl günstige Sperrdämpfungen als auch geringe Durchlaßdämpfungen bei niedrigem
Klirrfaktor und geringem Nebensprechen erzielt, weil nämlich im Sperrzustand der
Koppelstelle sowohl der Gate-Anechluß als auch das Substrat zum Bezugspotential
kurzgeschlossen sind und im Durchlaßzustand der Koppelstelle die Steuerspannung
des Gate-Anschlusses niederohmig herangeführt wird, während das Substrat über einen
hochohmigen Widerstand mit dem Bezugspotential verhunden ist. Die Koppelstellen
können in beliebiger Zusammenstellung aus Transistoren vom Anreicherungstyp oder
vom Verarmungstyp, sowohl vom P-Kanal-, als auch vom N-Kanaltyp aufgebaut werden.
Es kann also der Schaltungsaufbau weitgehend entsprechend den Herstellungsmöglichkeiten
ausgerichtet werden. Dabei sind diese Koppelstellen für einen breiten Frequenzbereich
verwendbar.
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Die Erfindung wird an Schaltbildern erklärt.
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Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Koppelstelle, bei der im
Serien- und im Substratzweig Transistoren vom gleichen Kanaltyp verwendet werden.
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In Fig. 2 ist ein anderes Ausführungsbeispiel einer Koppelstelle mit
zueinander komplementären Isolierschicht-Feldeffekttransistoren und in Fig. 3 ein
weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt.
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Bei der Koppelstelle der Fig 1 besteht der Serienzweig aus einem Isolierschicht-Feldeffekttransistor
T1. Zwischen das Substrat und den Gate-Anschluß des Transistors T1 ist der Transistor
T2, der den gleichen Kanaltyp wie der Transistor T! aufweist, angeschlossen. Die
Steuerung erfolgt durch die aus den Feldeffekttransistoren S1, S2, S3, S4 bestehende
an sich bekannte Kippschaltung. Die Transistoren S1 und S3 sind P-Kanal-Transistoren,
die Transistoren 52 und 54 sind dazu komplementär Es sind bei dieser Kippschaltung
entweder dz Transistoren Sl und S4 oder die Transig..
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toren S2 und S3 leitend, während jeweils die anderen beiden rransistoren
völlig gesperrt sind. Bei dem erstgenannten Zustand ist nämlich der Punkt A1 mit
dem positiven Pol der Spannungsquelle U2 verbunden, so daß die Gate-Anschlüsse der
Transistoren S3 und 54 dieses Potential erhalten und dadurch der P-Kanal-Transistor
53 gesperrt und der N-Kanal-Transistor 54 leitend gasteuert ist. Da außer
dem
der Punkt A2 das negative Potential der Spannungsquelle U1 führt, ist der Transistor
S2 gesperrt und der Transistor S1 lietend.
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Der Sperrzustand der Koppelstelle wird bei leitenden Transistoren
S2 und S3 herbeigeführt. Es liegt dann an der Klemme A1 das negative Potential U1
und a der Klemme A2 das positive Potential U2 an Das Potential U1 reicht dabei aus,
um den im Serienzweig liegenden Transistor T1 sicher zu sperren.
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Der Transistor T2 ist dabei durch seine positive Gate-Vorspannung
leitend gesteuert, so daß das Potential U1 über den Kanal des Transistors T2 das
Substrat des Transitors T1 in Rückwärtsrichtung vorspannt. Dabei ist das Substrat
uber den Transistor T2 und den Transistor S2 der Kippschaltung zum Bezugspotential
kurzgeschlossen.
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Der Durchlaßzustand der Koppelstelle wird durch Anlegen eines Steuerimpulses
an eine der beiden Eingangsklemmen El oder E2 herbeigefuhrt. Es sind dann die Transistoren
S1 und S4 leitent, so daß das positive Potential U2 den Transistor T1 an seinem
Gate-Anschluß in den leitenden Bereich steuert Die Spannung zwischen dem Gate-Anschluß
und der Emitter-Elektrode des Transistors T2 ist negativ, so daß dieser; Transistor
T? gesperrt ist. Das Substrat des Transistors Ti liegt dann nur über den hochohmigen
Widerstand R am Bezugspotential.
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ist hierben der Substrat-Steuereffekt vermiden und ein
niedriger
Durchlaßwiderstand des Kanals des Transistors T1 gegeben.
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Für die Koppelstellen-Transistoren Ti und T2 können sowohl Transistoren
vom Anreicherungstyp als auch vom Verarmungstyp verwendet werden Es können dabei
anstelle der N-Kanaltransistoren auch P-Kanal-Transistoren verwendet werden, wenn
die Steuerspannungen dementsprechend umgepolt werden Die in Fig. 2 dargestellte
Koppelstelle ist mit zueinander komplementären Feldeffekt-Transistoren ausgestattet
Bei leitenden Transistoren S2, S3 der Kippschaltung sperrt das negative Potential
U1 den N-Kanal-Transistor T3 und bringt den P-Kanal-Transistor T4 in den leitenden
Bereich. Dadurch wird das Substrat des Transistors T3 durch das negative Potential
U3; das niedriger ist als ds negative Potential Ul, gesperrt, eil sich dann nämlich
der Transistor T4 im niederohmigen Bereich befindet und der Querwiderstand im Substrataei
genügend klein ist.
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Nach der Überführung der Kippschaltung in ihren anderen stabilen Zustand,
bei dem die Transistoren Si, S4 leitend sind, liegt am Punkt Al das positive Potential
U2, das den N-Kanal-Transistor T3 leitend steuert und den P-Kanal.Transistor T4
sperrt Dadurch liegt das Substrat des Transistors T3 über den Widerstand R hochohmig
am Bezugspotential, wodurch ein
niedriger Durchlaßwiderstand des
Kanals des Transistors T3 erzielt ist Das in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel
einer Koppelstelle enthält ebenfalls zwei Isolierschicht-Feldeffekt-Transistoren
T5, T6 vom gleichen Kanaltyp - hier als N-Kanaldargestellt. Im Sperrzustand dieser
Koppelstelle liegt am Punkt Al das negative Potential U1, am Punkt A2 das positive
Potential -U20 Der Längstransistor T5 wird an seinem Gate-Anschluß durch das negativ-e
Potential U1 gesperrt Beim Transistor T6 liegt zwischen dem Gate-Anschluß und der
Emitter-Elektrode die Potentialdifferenz der Quellen U2 und U3 an und ist dadurch
Leitend, so daß das Substrat des Transistors T5 durch das Potential U3 in Rückwärtsrichtung
vorgespannt ist. Die Querableitung ist uber den Transistor T6 niederohmig.
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Im Durchlaßzustand der iri Fig. 3 dargestellten Koppelstelle steuert
das positiver Potential U2 den Transistor T5 Leitung, während der Transistor T6
durch die Potentialdifferenz von U2 und U3 gesperrt ist. Das Substrat des leitenden
Längstransistors T5 liegt daher auch bei diesem Ausführungsbeispiel nur über den
hochohmigen Widerstand R am Bezugspotential. An sich ist die Anschaltung dieses
hochohmigen Widerstandes R für die Funktion der Koppelstelle nicht erforderlich,
er verhindert lediglich, daß sich pnrnsitäre Spannungen am Substrat ausbilden