DE19702108C2 - Circuit arrangement for performing fast switching operations with an electronic switch - Google Patents
Circuit arrangement for performing fast switching operations with an electronic switchInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Ausführung schneller Schaltvorgänge gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a circuit arrangement for Execution of fast switching operations according to the preamble of Claim 1.
Aus der DE 38 41 814 A1 ist eine als Verbindungsschaltung be zeichnete Schaltungsanordnung bekannt, die zwar im Niederfre quenzbereich arbeitet, jedoch bezüglich der Schaltungsmerkma le einen vergleichbaren Stand der Technik betrifft. Mit der betreffenden bekannten Schaltungsanordnung soll ein Telekom munikations-Zusatzgerät, wie ein Anrufbeantworter oder ein Fernkopierer an das öffentliche Fernsprechnetz angeschlossen werden. Das betreffende Zusatzgerät soll dabei alternativ zu einem ansonsten an dem öffentlichen Fernsprechnetz liegenden Fernsprechapparat angeschlossen werden. Zu diesem Zweck weist die bekannte Verbindungsschaltung grundsätzlich eine mit den Leitungen des Fernsprechnetzes über eine Vollweggleichrich terbrücke verbundene Steuerschaltung auf, die auf der Steuer eingangsseite einen Optokoppler aufweist, der eingangsseitig eine lichtemittierende Diode und ausgangsseitig einen Foto- Bipolartransistor aufweist. Dieser Foto-Bipolartransistor ist mit einem Bipolartransistor verbunden, der mit seiner Kollek tor-Emitter-Strecke über einen dazu in Reihe liegenden Fest widerstand der genannten Vollweggleichrichterbrücke parallel liegt. Parallel zu der gerade erwähnten Reihenschaltung aus Kollektor-Emitter-Strecke des erwähnten Bipolartransistors und des Festwiderstands liegt die Reihenschaltung aus zwei Widerständen, deren gemeinsamer Verbindungspunkt über eine weitere Widerstandsanordnung mit der Basis des Foto- Bipolartransistors verbunden ist. Während der betreffende Bi polartransistor, der genannte Festwiderstand und der Opto koppler den Gleichstromwiderstand der Verbindungsschaltung festlegen, wird die Größe der vom Fernsprechnetz her erkennbaren Impedanz (üblicherweise 600 Ohm) der betreffenden Ver bindungsschaltung durch den Spannungsteiler aus den beiden in Reihe liegenden Widerständen bestimmt.DE 38 41 814 A1 describes a connection circuit recorded circuitry known, although in Niederfre frequency range works, but with regard to the circuit characteristic le relates to a comparable prior art. With the known circuit arrangement concerned is a telecom communication accessory, such as an answering machine or a Fax machine connected to the public telephone network become. The additional device in question is intended as an alternative to an otherwise lying on the public telephone network Telephone set can be connected. For this purpose points the known connection circuit basically one with the Lines of the telephone network via a full-wave rectifier terbrücke connected control circuit based on the tax has an optocoupler on the input side a light-emitting diode and a photo Has bipolar transistor. This photo bipolar transistor is connected to a bipolar transistor, which with its collector gate-emitter path over a fixed series resistance of the full-wave rectifier bridge mentioned in parallel lies. Parallel to the series connection just mentioned Collector-emitter path of the bipolar transistor mentioned and the fixed resistor is the series connection of two Resistors whose common connection point is via a another resistor arrangement with the base of the photo Bipolar transistor is connected. During the bi polar transistor, the fixed resistor and the opto coupler the DC resistance of the connection circuit will determine the size of those recognizable from the telephone network Impedance (usually 600 ohms) of the ver binding circuit through the voltage divider from the two in Series of resistances determined.
Schaltungsanordnungen mit schnell schaltenden elektronischen Schaltern werden in den verschiedensten Zusammenhängen benö tigt. So ist ein Einsatz im Zusammenhang mit der Messung des Verhaltens elektronischer Schaltungen bei transienten Über gängen denkbar. Auf dem Gebiet der Fernsprechtechnik sind solche Messungen zur Ermittlung des Einschwingverhaltens und der Verzögerungszeiten von Indikationsschaltungen von Teil nehmeranschlußschaltungen zur Indikation der Schleifenschluß- oder Erdschlußfunktion von Bedeutung. Ganz generell kommt es beim Einsatz derartiger Schaltungsanordnungen darauf an, dass sich unterschiedliche Ein- und Ausschaltzeiten der dabei ver wendeten Transistoren nicht störend auf die jeweilige Funkti on auswirken.Circuit arrangements with fast switching electronic Switches are used in various contexts does. So is an application in connection with the measurement of the Behavior of electronic circuits in transient over gears conceivable. Are in the field of telephony such measurements to determine the transient response and the delay times of indication circuits from part slave connection circuits for the indication of the loop closing or earth fault function is important. In general, it comes when using such circuit arrangements on that different on and off times of the ver transistors did not interfere with the respective function on impact.
Andererseits sollen solche Schaltungsanordnungen mit elektro nischen Schaltern aber nicht nur schnell schalten können, sondern sie sollen auch vom Bauteileaufwand her möglichst günstig sein.On the other hand, such circuit arrangements with electro not only can switch switches quickly, but they should also be possible as far as the components are concerned be cheap.
Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine Schal tungsanordnung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass ein solches Schaltverhalten des verwendeten Schalters erreicht wird, dass dessen Ein- und Ausschaltzeiten möglichst kurz, in jedem Fall aber etwa gleich groß sind.The object of the invention is therefore a scarf training arrangement of the type mentioned in the introduction, that such switching behavior of the switch used is achieved that its on and off times as possible short, but in any case are about the same size.
Gelöst wird die vorstehend angegebene Aufgabe bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art erfindungsge mäß dadurch, dass die Basis-Emitter-Strecken des Foto- Bipolartransistors und des Bipolartransistors des Ausgangs verstärkers jeweils über einen Widerstand miteinander verbun den sind und dass die Widerstandswerte dieser Widerstände so aufeinander abgestimmt sind, dass die Ein- und Ausschaltzeiten der beiden Bipolartransistoren jeweils etwa denselben Wert aufweisen.The task specified above is solved by a Circuit arrangement of the type mentioned inven tion moderate because the base-emitter paths of the photo Bipolar transistor and the bipolar transistor of the output amplifier connected to each other via a resistor are and that the resistance values of these resistors are like this that the switch-on and switch-off times are coordinated of the two bipolar transistors each approximately the same Have value.
Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass auf relativ einfache Weise eine Schaltungsanordnung zur Ausführung schneller Schaltvorgänge mit einem besonders einfach aufge bauten elektronischen Schalter geschaffen ist, der mit seinen Ein- und Ausschaltzeiten keine störende Auswirkungen auf die Funktionen hat, für die er jeweils eingesetzt ist.The invention has the advantage that it is relative simple way to implement a circuit arrangement faster gear changes with a particularly easy set up built electronic switch that is created with its Switch-on and switch-off times have no disruptive effects on the Has functions for which it is used.
Durch Verwendung eines Optokopplers, der als lichtempfindli ches Element auf der Ausgangsseite einen Bipolartransistor enthält, liegt ein Schalter vor, der die gewünschte Schaltge schwindigkeit aufweist. Gegenüber der Ausführung eines Opto kopplers mit einem Feldeffekttransistor (FET) als Ausgangs stufe, mit dem eine hohe Stromverstärkung erzielt werden kann, weist ein solcher Optokoppler allerdings nur eine Stromverstärkung von etwa 1 auf. Dies wird jedoch durch die nachgeschaltete Ausgangsverstärkerstufe in Form eines Bipo lartransistors kompensiert, durch die außerdem noch ein erd freier Ausgang gebildet ist. Die letztgenannte Eigenschaft ist insbesondere im Zusammenhang mit einer Messung der oben genannten Art von Bedeutung.By using an optocoupler that acts as a photosensitive ches element on the output side a bipolar transistor contains, there is a switch that the desired Schaltge shows speed. Compared to the execution of an opto coupler with a field effect transistor (FET) as an output level with which a high current gain can be achieved can, such an optocoupler only has one Current gain of about 1. However, this is due to the downstream output amplifier stage in the form of a bipo Lartransistor compensated, through which also an earth free exit is formed. The latter property is particularly related to a measurement of the above mentioned kind of meaning.
Gemäß Anspruch 2 ist der Hauptstromstrecke des Bipolartran sistors des Ausgangsverstärkers eine zum Ausgangskreis gehö rende Diodenbrücke parallel geschaltet, womit der Schalter auch zum Schalten von Wechselströmen geeignet ist.According to claim 2 is the main flow path of the bipolar oil sistors of the output amplifier belongs to the output circuit Render diode bridge connected in parallel, with which the switch is also suitable for switching alternating currents.
Gemäß Anspruch 3 wird die Schaltungsanordnung gemäß der Er findung vorzugsweise zur Erzeugung transienter Schaltübergän ge im Zusammenhang mit der Messung des Verhaltens einer e lektronischen Schaltungsanordnung bei solchen Schaltübergän gen mit Hilfe eines Oszilloskops verwendet, wobei die Trig gersignale des Oszilloskops zur Auslösung des jeweiligen Schaltvorgangs des elektronischen Schalters herangezogen wer den. According to claim 3, the circuit arrangement according to the Er invention preferably for generating transient switching transitions ge in connection with the measurement of the behavior of an e electronic circuit arrangement in such switching transitions gene with the help of an oscilloscope, the Trig signals from the oscilloscope to trigger the respective Switching process of the electronic switch used who the.
Gemäß Anspruch 4 liegt im Steuerkreis des elektronischen Schalters ein Toggle-Flipflop, dessen Triggereingang die Triggersignale des Oszilloskops zugeführt erhält. Damit kön nen sowohl das Einschalt- als auch das Ausschaltverhalten ei ner elektronischen Schaltungsanordnung untersucht werden.According to claim 4 is in the control circuit of the electronic Switch a toggle flip-flop, the trigger input of which Trigger signals supplied to the oscilloscope. So that both the switch-on and switch-off behavior ner electronic circuitry are examined.
Gemäß Anspruch 5 ist zwischen der Ausgangsseite des Toggle- Flipflops und dem Eingang des Optokopplers ein Pegelumsetzer vorgesehen, der aus einer zu der das lichtemittierende Ele ment bildenden lichtemittierenden Diode des Optokopplers in Reihe liegenden Reihenschaltung eines Widerstandes und der Hauptstromstrecke eines Feldeffekttransistors vom Anreiche rungstyp besteht, dessen Gate-Elektrode vom Ausgangssignal des Toggle-Flipflops beaufschlagt ist. Eine solche Anpaß schaltung erfordert einerseits geringen schaltungstechnischen Aufwand, andererseits beeinträchtigt sie die Schaltgeschwin digkeit des elektronischen Schalters nur unwesentlich.According to claim 5 is between the output side of the toggle Flip-flops and the input of the optocoupler a level converter provided that the light emitting el element forming light-emitting diode of the optocoupler in Series connection of a resistor and the Main current path of a field effect transistor from the enrichment type exists, the gate electrode of the output signal of the toggle flip-flop is applied. Such an adjustment circuit requires on the one hand low circuitry Effort, on the other hand, it affects the switching speed the electronic switch is only insignificant.
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei spiels unter Bezugnahme auf eine Figur näher erläutert.The invention will now be described by way of an embodiment game explained with reference to a figure.
Die in der Figur dargestellte Schaltungsanordnung stellt eine Version der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mit einem elektronischen Schalter dar, wie sie im Zusammenhang mit der Messung des Verhaltens elektronischer Schaltungen bei tran sienten Übergängen zum Einsatz kommt.The circuit arrangement shown in the figure represents a Version of the circuit arrangement according to the invention with a electronic switches as they are related to the Measurement of the behavior of electronic circuits at tran sient transitions is used.
Der elektronische Schalter wird gebildet aus einem Opto koppler IC sowie aus einer diesem nachgeschalteten Verstär kerstufe in Form eines Bipolartransistors T2.The electronic switch is made up of an opto coupler IC and from an amplifier connected downstream core stage in the form of a bipolar transistor T2.
Der Optokoppler besteht aus einer eingangsseitigen licht- e mittierenden Diode DE und einem davon galvanisch getrennten ausgangsseitigen Fototransistor TA, bei dem es sich um einen Bipolartransistor handelt. The optocoupler consists of an input-side light centering diode DE and one of them galvanically isolated output-side phototransistor TA, which is a Bipolar transistor acts.
Die Stromverstärkung eines solchen Optokopplers mit bipolarem Ausgang beträgt nur etwa 1 im Gegensatz zu Optokopplern, die einen Feldeffekt-Transistor-Ausgang aufweisen und bei denen die Verstärkung etwa 100 beträgt. Solche Optokoppler mit FET- Ausgang würden jedoch nicht die geforderten kurzen Schaltzei ten ergeben können, die wesentlich kleiner als 1 ms sein müs sen. Der Ausgangstransistor T2, dessen Basis-Kollektor- Strecke der Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors TA parallel geschaltet ist und dessen Kollektor-Emitter- Strecke die eigentliche Schaltstrecke bildet, sorgt jedoch für eine ausreichende Stromverstärkung. Der Transistor T2 stellt einen erdfreien Ausgang des elektronischen Schalters zur Verfügung.The current gain of such an optocoupler with bipolar Output is only about 1 in contrast to optocouplers that have a field effect transistor output and in which the gain is about 100. Such optocouplers with FET However, the output would not have the required short switching times ten can result, which must be significantly less than 1 ms sen. The output transistor T2, whose base collector Path of the collector-emitter path of the transistor TA is connected in parallel and its collector-emitter Route forms the actual switching distance, however, ensures for sufficient current gain. The transistor T2 provides a floating output of the electronic switch to disposal.
Ein Basis und Emitter des Transistors TA verbindender Wider stand R5 und ein Basis und Emitter des Ausgangstransistors T2 verbindender Widerstand R6 sind so aufeinander abgestimmt, daß die Ein- und Ausschaltzeiten bei beiden Transistoren etwa gleich groß sind. Bei einem realisierten Ausführungsbeispiel weist der Widerstand R5 einen Widerstandswert von 18 kOhm und der Widerstand R6 einen Widerstandswert von 270 Ohm auf.A base and emitter of the transistor TA connecting the counter stood R5 and a base and emitter of the output transistor T2 connecting resistor R6 are coordinated so that the on and off times for both transistors are the same size. In a realized embodiment the resistor R5 has a resistance value of 18 kOhm and the resistor R6 has a resistance of 270 ohms.
Der Optokoppler IC wird über ein Toggle-Flipflop TFF ange steuert, das ist ein taktgesteuertes Flipflop in Form eines JK-Flipflops, dessen beide Eingänge J und K miteinander ver bunden und fest auf ein dem Binärwert 1 entsprechendes Poten tial, hier + 5 V gelegt sind. Ein solches Flipflop kippt bei jedem Triggerimpuls an seinem Takteingang Clk in die jeweils andere Lage. Ein den Rücksetzeingang Clr mit Erdpotential verbindender Kondensator C2 sorgt dafür, daß das Toggle-Flip flop beim Einschalten der Versorgungsspannung automatisch in einen Eingangszustand zurückgesetzt wird. Mit Hilfe eines Ta sters Ta, durch den der Rücksetzeingang Clr mit Erdpotential verbunden werden kann, läßt sich das Flipflop auch während des Betriebs zurücksetzen.The optocoupler IC is switched on via a toggle flip-flop TFF controls, that's a clock-controlled flip-flop in the form of a JK flip-flops, whose two inputs J and K ver bound and fixed to a pot corresponding to binary value 1 tial, here + 5 V. Such a flip-flop tips over each trigger pulse at its clock input Clk in each different location. A reset input Clr with earth potential connecting capacitor C2 ensures that the toggle flip flop automatically when the supply voltage is switched on an input state is reset. With the help of a Ta sters Ta, through which the reset input Clr with earth potential can be connected, the flip-flop can also during reset operation.
Zur Anpassung der Ausgangsspannung am Ausgang Q des Flipflops TFF an den durch die lichtemittierende Diode DE gebildeten Eingang des Optokopplers OK ist ein Pegelumsetzer vorgesehen, der durch die Reihenschaltung der Hauptstromstrecke eines Feldeffekttransistors T1 vom Anreicherungstyp und eines Wi derstandes R4 gebildet ist. Der Feldeffekttransistor T1 ist mit seiner freien Hauptelektrode an Erdpotential angeschlos sen, der dem Feldeffekttransistor abgewendete Anschluß des Widerstandes R4 liegt an der Kathode der lichtemittierenden Diode DE, deren Anode an der Versorgungsspannung +5 V liegt.To adjust the output voltage at the Q output of the flip-flop TFF on the DE formed by the light emitting diode A level converter is provided at the input of the optocoupler OK. which by connecting the main current path in series Enrichment type field effect transistor T1 and a Wi derstandes R4 is formed. The field effect transistor is T1 with its free main electrode connected to earth potential sen, the terminal of the field effect transistor Resistor R4 is on the cathode of the light emitting Diode DE, whose anode is connected to the supply voltage +5 V.
Der Kollektor-Emitter-Strecke des Ausgangstransistors T2 ist eine aus den Dioden D1 bis D4 gebildete Diodenbrücke parallel geschaltet, womit durch den Halbleiterschalter auch Wechsel ströme geschaltet werden können.The collector-emitter path of the output transistor T2 is a diode bridge formed from the diodes D1 to D4 in parallel switched, which means that the semiconductor switch also changes currents can be switched.
Zusätzlich kann zur Spannungsbegrenzung der Kollektor-Emit ter-Strecke des Transistors T2 noch eine Zenerdiode parallel geschaltet sein.In addition, the collector emit ter-path of the transistor T2 still a Zener diode in parallel be switched.
Wenn die dargestellte Schaltungsanordnung, wie angegeben, im Zusammenhang mit der Messung des Verhaltens einer elektroni schen Schaltung bei transienten Schaltungsübergängen einge setzt wird, wobei ein Oszilloskop zum Einsatz kommt und die Schaltstrecke des elektronischen Schalters in Form der Kol lektor-Emitter-Strecke des Transistors T2 die transienten Übergänge erzeugt, dann wird das Toggle-Flipflop TFF mit dem Triggersignal des Oszilloskops getriggert. Hiermit ist er reicht, daß der Meßvorgang gleichzeitig mit dem Schaltvorgang gestartet wird und damit die Totzeit des Meßobjekts erfaßt wird.If the circuit arrangement shown, as indicated, in Connection with the measurement of the behavior of an electroni circuit during transient switching transitions is set using an oscilloscope and the Switching distance of the electronic switch in the form of the col lector-emitter path of the transistor T2 the transients Transitions generated, then the toggle flip-flop TFF with the Trigger signal of the oscilloscope triggered. With this he is is enough that the measuring process simultaneously with the switching process is started and thus the dead time of the measurement object is detected becomes.
Claims (5)
dadurch gekennzeichnet,
dass die Basis-Emitter-Strecken des Foto-Bipolartransistors (TA) und des Bipolartransistors (T2) des Ausgangsverstärkers jeweils über einen Widerstand (R5; R6) miteinander verbunden sind
und dass die Widerstandswerte dieser Widerstände (R5, R6) so aufeinander abgestimmt sind, dass die Ein- und Ausschaltzei ten der beiden Bipolartransistoren (TA, T2) jeweils etwa den selben Wert aufweisen.1. Circuit arrangement for executing fast Schaltvorgän ge, which has a control circuit for receiving the switching processes causing input signals, an electronic switch and an output circuit emitting output signals for the relevant switching processes, the electronic switch containing an optocoupler (IC), the light-emitting Element (DE) is in the control circuit and its sen-side photosensitive element (TA) is a photo-to-bipolar transistor (TA) with which an output amplifier which is controlled by the light-sensitive element (TA) and consists of a single bipolar transistor (T2) earth free output is connected
characterized by
that the base-emitter paths of the photo bipolar transistor (TA) and the bipolar transistor (T2) of the output amplifier are each connected to one another via a resistor (R5; R6)
and that the resistance values of these resistors (R5, R6) are matched to one another such that the on and off times of the two bipolar transistors (TA, T2) each have approximately the same value.
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- 1997-01-22 DE DE1997102108 patent/DE19702108C2/en not_active Expired - Fee Related
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