DE2258722B2 - Halbleiterrelaisschaltung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiterrelaisschaltung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Für Telefon- und Fernschreibverbindungen werden vielfach elektromechanische Relais verwendet. Derartige Relais haben jedoch den Nachteil, daß ihre Ansprechzeit relativ groß ist, ferner daß im Bereich der Kontakte ein gewisser Verschleiß unvermeidbar erscheint, ferner daß eine gewisse ungewünschte Geräuschbildung zustandekommt und schließlich, daß die Schalteigenschaften in gewissem Maße von der Einbauposition abhängen.

Seit dem Aufkommen von Transistoren ist es demzufolge bereits bekannt, Festkörperrelais herzustellen, welche keine beweglichen Elemente aufweisen, so daß die oben genannten Nachteile elektromagnetischer Relais zum Entfallen kommen. Aus Halbleiterelementen

ίο bestehende Relais haben jedoch den ganz offensichtlichen Nachteil, daß im Gegensatz zu elektromagnetischen Relais keine galvanische Trennung der Eingangsund Ausgangskreise zustandekommt.

Da bekanntermaßen Gleichstromsignale — selbst wenn sie in Impulsform vorliegen — nur sehr schlecht über eine galvanische Trennung bewirkende Übertrager geleitet werden können, ist es bereits bekannt (siehe DE-AS 1117 168), das Eingangssignal zuerst einem Schwingungserzeuger in Form eines Schaltoszillators zuzuführen, der das impulsförmige Gleichstromsignal in ein Wechselstromsignal umwandeh, das dem eine galvanische Trennung durchführenden Übertrager zugeführt werden kann. Das von dem Übertrager abgegebene Wehcselstromsignal wird dann einer Gleichrichteranordnung in Form eines Graetzbrükkengleichrichters zugeführt, der das Wechselstromsignal erneut in ein entsprechendes Gleichstromsignal umwandelt. Zur Erzielung besserer Übertragungseigenschaften sind dabei im Eingangskreis in der Regel

jo Kippschaltungen in Form von Schmitt-Triggern vorgesehen, während auf der Ausgangsseite des Übertragers Schalttransistoren angeordnet werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, die bekannte Halbleiterrelaisschaltung so zu verbessern, daß sie als Differenz-

J5 Doppelkanalrelais bei Telefon- und Fernschreibverbindungen eingesetzt werden kann, und zwar so, daß jeder der beiden Kanäle auch einzeln betrieben werden kann, jeder der beiden Kanäle bei polarisiertem Betrieb des anderen Kanals als Vorspannungskreis ausgenutzt

■to werden kann und darüber hinaus auch beide Kanäle in polarisiertem Betrieb verwendet werden können.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die Kopplungsimpedanzen zwischen den beiden Steuereingängen bzw. zwischen den Steuereingängen und den Ausgängen der Schalterkreise sind relativ hoch. Da beide Schalterkreise gleich ausgebildet sind, können Temperatureinflüsse gering gehalten werden. Die Schalterkreise sind empfindlich und können ohne äußere Stromquellen mit dem Leitungsstrom des Telegraphennetzes betrieben werden.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 teilweise in Blockschemadarstellung das Relais nach der vorliegenden Erfindung, wobei die Differential-Wechselwirkung zwischen seinen Kanälen illustriert wird, und

Fig.2 ein Schaltschema einer bevorzugten Ausführungsform des Relais nach der vorliegenden Erfindung.

Das vor allem in der F i g. 1 dargestellte Telegraphenrelais 10 weist ein erstes und ein zweites Paar von Eingangsanschlüssen 124, 12ß bzw. 144, 14S auf. Der Anhang A bezeichnet dabei den positiven Anschluß, der Anhang ßden negativen Anschluß in jedem Paar.

Diese ersten und zweiten Eingangsanschlußpaare 124, 12ß bzw. 144, 14ß wirken auf erste und zweite

Ausgangsanschlußpaare 12C. 120 bzw. 14C 14£>. wobei die Ausgangsanschlüsse 12D und 14D in einem gemeinsamen Ausgangsanschluß für das erste und zweite Ausgangsanschlußpaar zusammengefaßt sind.

Der erste positive Eingangsanschluß 12Λ ist über eine polaritätsbestimmende Diode CR 1(1) mit dem Knoten AZI(I) und dieser über einen Eingangswiderstand R 1(1) mit einem ersten Eingangsanschluß SO \A eines ersten Schaltoszillators SO 1, welcher einen zweiten am ersten negativen Eingangsanschluß 12ß angeschlossenen zweiten Eingangsanschluß SO Iß aufweist, verbunden.

Eine Serienschaltung von Dioden QSl ist zwischen die Eingangsanschlüsse SOiA und SOiB des ersten Schaltoszillators 5Ol geschalten und wirkt wie eine Zenerdiode. Dadurch wird eine stabilisierte Eingangsspannung an den ersten Schaltoszillator SO 1 angelegt, wenn ein Signal der richtigen Polarität und mit einer in genügenden Amplitude und Größe zwischen dem ersten Eingangsanschlußpaar 12/4,12Sempfangen wird.

Die Ausgangsanschlüsse SO 1 Cund SO < Ddes ersten Schaltoszillators SO 1 sind mit den Anschlüssen der Primärwicklung eines ersten Kupplungstransformators Tl(I) verbunden. Ein Ende von dessen Sekundärwicklung ist über eine polaritätsbestimmende zweite Diode CR 2(1) mit der Basis Q 1(1)0 eines ersten Transistors Q 1(1) verbunden. Das andere Ende der Sekundärwicklung ist direkt an der Basis Q 2 (1)0 eines zweiten Transistors O 2(1) angeschlossen. Der ersten und der zweite Transistor bilden zusammen eine Darlingtonschaltung, jn

Der Kollektor O 1(I)C des ersten Transistors 01(1) ist direkt mit dem positiven Anschluß DBXP einer ersten Diodenbrücke DB 1 verbunden. Diese Diodenbrücke weist einen negativen Anschluß DBXN auf, welcher mit dem Emitter Q2(X)E des zweiten j> Transistors O 2(1) in der Darlington-Schaltung verbunden ist.

Der Kollektor Q X(X)C des ersten Transistors Ot(I) und der positive Anschluß DßlPder Diodenbrücke DBX sind über eine dritte Diode CR 3(1) mit dem Kollektor O 2(I)C des zweiten Transistors O2(1) verbunden.

Das erste Ausgangsanschlußpaar 12C und 12D besteht aus den beiden übrigen, diagonal gegenüberliegenden Anschlüssen an der Diodenbrücke DB1.

Der Betrieb (ein —aus) des ersten Schaltoszillators SO 1 wird durch einen ersten Schmitt-Trigger-Schaltkreis 57"! gesteuert. Dieser weist einen ersten Eingangsanschli.'ß STXA, einen zweiten, mit dem zweiten Eingangsanschluß SO X B des Schaltoszillators w SOl verbundenen Eingangsanschluß S7~10und einen direkt mit einem Steuereingang SOlEdes Schaltoszillators SO X verbundenen Ausgangsanschluß ST X Cauf.

Der erste Schmitt-Trigger-Eingang STiA ist über eine polaritätsbestimmende vierte Diode CR 4(1) mit v, einem Ende der Sekundärwicklung eines zweiten Kopplungstransformators Γ2(1) verbunden. Das andere Ende dieser Sekundärwicklung ist am ersten Schaltkreis-Knoten NX(X) zwischen der ersten polaritätsbestimmenden Diode CR X(X) und dem Eingangs- t>o widerstand R X(X) beim ersten Eingangsanschluß X2A des ersten Eingangsanschlußpaars X2A, X2Bangeschlossen.

Die Kathode der vierten Diode CRA(X) ist direkt mit der Sekundärwicklung des zweiten Kopplungstransfor- h5 mators Γ2(1) verbunden, während ihre Anode mit der einen Seite eines aus einem Kondensator Ct(I) und einem dazu parallel geschalteten Widerstand /?2(1) bestehenden Filternetzwerk, dessen andere Seite direkt am anderen Anschluß der Sekundärwicklung angeschlossen ist, verbunden ist.

Dies bewirkt, daß die von der Sekundärwicklung des zweiten Kopplungstransformators abgenommene Spannung an die Eingangsanschlüsse STiA und STiB des ersten Schmitt-Triggers STi angelegt wird und dabei der an das erste Eingangsanschlußpaar 12A 120 der Telegraphenrelaisschaltung 10 angelegten Signalspannung entgegenwirkt

Der erste Schmitt-Trigger-Schaltkreis STt wird daher wahlweise in Funktion der Differenz zwischen einer Signalvorspannung und einer Signaleingangsspannung, die an das erste Eingangsanschlußpaar i2A. X2B angelegt wird, betätigt.

Die Signalvorspannung wird der ersten Schmitt-Trigger-Schaltung STi aus einem ersten Vorspannungsoszillator BO1, dessen Ausgangsspannungsamplitude direkt proportional zu seiner Eingangssignalspannung ist, welche an die Eingangsanschlüsse BO XA und BO iB zugeführt wird, angelegt. Der erste Anschluß BOIA ist mit dem ersten Schaltkreisknoten N 1(2) beim ersten Eingangsanschluß 14/4 des zweiten Eingangsanschlußpaars 14/4, 140 verbunden. Der zweite Eingangsanschluß BOiB des ersten Vorspannungsoszillators BO XA ist direkt am zweiten Eingangsanschluß 140 des zweiten Eingangsanschlußpaars 14Λ, 140 angeschlossen.

Die Ausgangsanschlüsse BOlC und BOiD des ersten Vorspannungsoszillators 0Ol sind direkt mit den entsprechenden Anschlüssen der Primärwicklung des zweiten Kopplungstransformators T2(i) verbunden. Damit sind alle Schaltkreisverbindungen für den ersten Signalkanal des Telegraphenrelais 10 beschrieben.

Der zweite über das zweite Eingangssignalpaar XiA. 140 gespeiste Signalkanal ist im wesentlichen gleich aufgebaut wie der erste Signalkanal (gespeist über das erste Eingangssignalpaar 12Λ, 120Jl wobei mit dem Anhang 2 modifizierte Bezugszeichen verwendet werden, um entsprechende Schaltkreiselemente zu bezeichnen.

Während der zweite Kanal in F i g. 1 nur teilweise dargestellt ist, ist er in F i g. 2 in allen Details gezeigt. Er enthält einen zweiten Vorspannungsoszillator 0O2 und eine zweite Schmitt-Trigger-Schaltung STX welche mit dem ersten und zweiten Kanal in einer Weise, welche den Verbindungen des ersten Vorspannungsoszillators 0Ot und der ersten Schmitt-Trigger-Schaltung STX des ersten Signalkanals entspricht, verbunden sind.

Bevor das Schaltschema nach F i g. 2 im einzelnen beschrieben wird, wird die Funktionsweise der Schaltung nach F i g. 1 beschrieben. Bei einer ersten, als Typ »A« bezeichneten Funktionsweise, bei welcher an das Eingangsanschlußpaar 12/4, 120 ein Eingangssignal angelegt wird, um am Ausgangsanschlußpaar 12C, 12D im gleichen Signalkanal ein Ausgangssignal zu erzeugen, muß die Größe des Eingangssignals zwischen den Eingangsanschlüssen 12/4, 120 genügend groß sein, um den Schaltoszillator SO i in Betrieb zu setzen.

Sobald der erste Schaltoszillator SO 1 zu schwingen beginnt, ist seine Ausgangsspannung genügend groß, um über den ersten Kopplungstransformator T 1(1) den ersten der beiden in einer Darlington-Schaltung mi'einander verbundenen Transistoren 01(1) zum Leiten zu bringen. Infolge der Darlington-Schaltung wird bekanntlich auch der zweite Transistor O 2(1) zum Leiten gebracht, wodurch die Ausgangsanschlüsse I2C,

I2D auf ein Eingangssignal bestimmter Größe hin miteinander verbunden werden.

Es wird angenommen, daß bei der als Typ »A« bezeichneten Betriebsweise mit nur einem Signalkanal im Telegraphenrelais 10 die Schmitt-Trigger-Schaltung ST \ und der erste Vorspannungsoszillator BO 1 für den Zweck dieser Beschreibung nicht angeschlossen oder auf andere Weise außer Betrieb gesetzt worden seien.

Die Diodenbrücke DB1 zwischen den ersten Ausgangsanschlüssen 12C, 12D ermöglicht es, daß diese Ausgangsanschlüsse polaritätsunempfindlich sind, gewährleistet aber, daß nur eine positive Spannung an die Kollektoren des ersten und zweiten Transistors O 1(1) und Q 2(1) der Darlington-Schaltung, welche das Sperren und Einschalten dieser Ausgangsanschlüsse steuert, angelegt wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung schwingt der Schaltoszillator S01 bei ungefähr 1.5MHz. so daß sein Ausgangssignal zur Darlingtonschaltung über einen Transformator Ti, welcher infolge der hohen Arbeitsfrequenz des Schaltoszillators SO 1 räumlich klein und mit einer sehr geringen kapazitiven Kopplung zwischen der Primär- und der Sekundärwicklung (weniger als 1 pF) ausgeführt werden kann, zugeführt wird.

Die Eigenschaften des ersten Kopplungstransformators 7~1(1) gewährleisten somit einen hohen Grad an galvanischer Trennung zwischen dem Eingangsanschlußpaar 12/4. I2ß und dem Ausgangsanschlußpaar 12C. 12D.

Die zweite Diode CR 2(1) richtet das durch den ersten Schaltoszillator S01 erzeugte hochfrequente Signal gleich und erzeugt dadurch den zum Ansteuern des ersten Schaltiransistors 01(1) der Darlington-Schaltung notwendigen Strom. Die Darlington-Schaltung ist insofern modifiziert, als die dritte Diode CR 3(1) in die Schaltung eingefügt worden ist, so daß der zweite Transistor O 2(1) in die Sättigung getrieben, seine Verlustleistung aber doch auf einem annehmbar tiefen Betrag gehalten werden kann.

Die zwischen den Eingangsanschlüssen SOiA und SO S B des ersten Schaltoszillasors SO 1 eingeschaltete Serienschaltung von Dioden DS1 wirkt wie eine Zenerdiode niederer Spannung. Dadurch wird die Eingangsspannung des Schaltoszillators SO 1 begrenzt und seine Ausgangsleistung auf einem Betrag gehalten, welcher die Sättigung des zweiten Transistors O 2(1) in der Darlington-Schaltung gewährleistet, jedoch nicht so hoch ist, daß der Betrag der abgeleiteten und abgestrahlten Hochfrequenz unzulässig hoch wird. Wenn das Telegraphenrelais 10 für Differenz-Betriebsweise (Vorspannungsmodus) geschaltet ist. steuert die erste Schmitt-Trigger-Schaltung STl das Einschalten des ersten Schaltoszillators SO I. An den Eingangsanschlüssen STlM und Srißder Schmitt-Trigger-Schaltung liegt eine Eingangsspannung, welche der algebraischen Summe von zwei Spannungen entspricht, und zwar dem (positiven) Spannungsabfall zwischen den Schaltkreisknoten N 1(1) und dem Eingangsanschluß SO(I)S des ersten Schaltoszillators SOI (über dem Widerstand R 1 und der Diodenserieschaltung DS 1) gegenüber dem (negativen) Spannungsabfall der gleichgerichteten Ausgangsspannung des ersten Vorspannungsoszillators BO1 über dem Widerstand-Kondensator-Netzwerk /72(1) und Cl(I) bei der Sekundärwicklung des zweiten Kopplungstransformators Γ2(1).

Der Betrag der Ausgangsspannung des ersten Vorspannungsoszillators BO1 hängt ab vom Spannungsabfall über dem Eingangswiderstand R 1(2) und der zweiten Diodenserieschaltung DS2 im zweiten Signalkanal, d. h. zwischen dem zweiten Eingangsanschlußpaar 14/4, 14ß. Entweder kann die Signalstärke zwischen dem zweiten Eingangsanschlußpaar 144, 14ß oder eine Batterie mit fester oder variabler Spannung zwischen diesen Eingangsanschlüssen verwendet werden, um entweder die Differenz-Betriebsweise des Telegraphenrelais 10 oder eine Vorspannungs-Betriebsweise, wenn Batterien verwendet werden, zu bewirken.

Die Eingangsspannung der ersten Schmitt-Trigger-Schaltung S7" I isl demnach die Summe von zwei Spannungen, welche Funktionen der zwei Eingangssignalströme am ersten bzw. zweiten Eingangsanschlußpaar 12A 12ßbzw. 144.140sind.

!n dieser Hinsich! liegt die Funktion und der Zweck des zweiten Kopplungstransformators Γ2(1) darin, einen sehr hohen Grad an galvanischer Trennung zwischen den beiden Eingangsanschlußpaaren zu schaffen.

Die erste Schmitt-Trigger-Schaltung STi ist so aufgebaut, daß ihr Ausgang »abgeschaltet« ist und daher der erste Schaltoszillator SO 1 nicht in Betrieb gesetzt wird, bis der am ersten Eingangsanschhißpaar 12/4, 12ß fließende Strom jenen am zweiten Eingangsanschlußpaar 14/4. 14ß um einen kleinen, vorherbestimmten Prozentsatz übersteigt. Wenn die Schmitt-Trigger-Schaltungcn STX oder ST2 »eingeschaltet« sind, werden der erste oder zweite Schaltoszillator SO 1 oder SO 2 durch die resultierenden Ausgangsspannungen an den Anschlüssen S7~1C und ST2C vorgespannt und bewirken dadurch, daß ihre zugehörigen Ausgangsanschlußpaare über die Darlington-Schaltungen miteinander verbunden werden.

Für den zweiten Schaltoszillator SO 2, welcher in Fig. 2 gezeigt und im folgenden im einzelnen beschrieben ist, sind ein entsprechender Vorspannungsoszillator und eine Schmitt-Trigger-Schaltung vorgesehen. Auf dieser Stufe der Erklärung der Erfindung genügt es jedoch zu sagen, daß der erste und der in Fig. 1 nur teilweise gezeigte zweite Signalkanal symmetrisch aufgebaut sind und daß die beiden Sehmitt-Triggcr-Schaltungcn so aufgebaut sind, daß beide Ausgangsanschlußpaare 12C 12Dund I4C 14D abgeschaltet sind, wenn die Eingangsspannungen an den Eingangsanschlußpaaren gleich sind. Wenn dagegen ein Eingangsstrom am Eingangsanschlußpaar 12/4. 12ß bzw. 14-4. 14ß um einen kleinen Prozentsatz höher ist als der andere Eingangsstrom, wird der dem höheren Eingangsstrom entsprechende Ausgang über die Darlington-Schaltung in diesem Signalkanal leitend.

Beim Schaltkreisaufbau nach der vorliegenden Erfindung werden die Eingangsströme relativ zueinander verglichen. Beide Eingangsströme können über einen weiten Bereich (typisch z. B. von 5 bis 80 mA) variieren, ohne daß einer der Ausgänge eingeschaltet wird, solange die beiden Eingangssignale gleich groß sind.

Sowohl die Vorspannungsoszillatoren ßO 1 und SO 2 als auch die Schaltoszillatoren SOI und SO 2 sind im wesentlichen nach der »Colpitts«-Schaltung aufgebaut.

Die Schmitt-Trigger-Schaltungen sind im wesentlichen in bekannter Weise aufgebaut und enthalten in der Ausführungsform nach F i g. 2. wie im folgenden ausführlicher beschrieben werden wird, ein Steuerelement an ihrem Ausgang, um die positive Spannung am Eingang jedes der Schmitt-Trigger-Schaltungen SFl und ST2 abzuschneiden, wenn der Eingangsstrom

innerhalb eines gegebenen Betrags ist. Andererseits ist das Steuerelement so ausgebildet, daß die Schmitt-Trigger-Schaltungen ST1 und ST2 nicht auslösen, wenn der positive Hingangsbetrag nichl hoch genug ist, so daß die Ausgangsspannung der beiden Schniitt-Trigger-Schal- ^r> lungen ungenügend ist, um die Schaltoszillatoren .SO 1 in Betrieb zu setzen.

Mit dem in jeder Schmitt-Trigger-Schaltung STi und .ST2 enthaltenen Inverter kann das Schwingen der Schaltoszillatoren SOl und/oder SO2 abrupt unierbro- u ehen werden, wenn der Eingangsstrom zum Eingangsanschlußpaar 12A 12ß und/oder 14A, 140 vermindert wird. Damit wird verhindert, daß sie mit kleiner Amplitude weiterschwingen. Dies ist wichtig, weil durch die Schaltoszillatoren 5Ol und SO 2 der zweite Transistor O 2(1) und O 2(2) in den Darlington-Schaltungen entweder in die Sättigung getrieben oder völlig gesperrt werden. Wenn einer dieser zweiten Transistoren in einem Arbeitspunkt zwischen den beiden Schaltzuständen wäre, würde seine Verlustleistung übermäßig ansteigen.

Die Inverter in den Schmitt-Trigger-Schaltungen STI und ST2 ermöglichen demnach einen Betrieb des Telegraphenrelais 10 mit kleineren Eingangsströmen.

In Fig. 2 sind die verschiedenen Vorspannungs- und 2^r> Schaltoszillatoren und Schmitt-Trigger-Schaltungen, welche anhand von Fig. 1 beschrieben wurden, mit gestrichelten Linien umrandet und mit gleichen Bezugszeichen versehen wie in F i g. 1.

Außer an jenen Stellen, bei welchen besondere «1 Schaltkreiselemente eingefügt wurden, um spezielle Funktionen für das Telegraphenrelais 10 auszuführen, wird der Schaltkreisaufbau der Vorspannungsoszillatoren SOl und BO2, der Schaltoszillatoren SOI und SO2 und der Schmitt-Trigger-Schaltungen STi und r. S7"2 nur allgemein beschrieben, da es sich um bekannte Schaltungen handelt.

Der Schaltoszillator SO 1 enthält als aktives Element einen Transistor QA (1), der in einer »Colpitts«-Schaltung geschalten ist, um die Primärwicklung des ersten Kopplungstransformators T 1(1) anzusteuern.

Der erste Vorspannlingsoszillator BO1 enthält als aktives Element einen Transistor QB(\), welcher ebenfalls in einer »Colpitts-Schaltung« ausgelegt ist und mit der Primärwicklung des zweiten Kopplungstrans- a=> formators Γ2(1) verbunden ist.

Um zu verhindern, daß die Schaltoszillatoren durch eine übermäßige Eingangsspannung beschädigt werden können, ist zwischen den Eingängen des ersten und zweiten Eingangsanschlußpaars 12A 12/? und 144.14ß w als Schutzelement je eine erste Zenerdiode VRA (1) und VRA (2) angeordnet. Die Kathoden dieser beiden Zenerdioden sind jeweils mit dem Schaltkreisknoten /Vl(I) bzw. N 1(2), die Anoden mit den Eingangsanschlüssen 12ßbzw. 14ß verbunden. Auf ähnliche Weise sind zweite Zenerdioden VRB (1) und VRB (2) über den Ausgängen der Darlington-Schaltungen, d. h. zwischen den positiven und negativen Anschluß der Diodenbrükke DBi bzw. Dß2 geschaltet, um einer Beschädigung der Ausgänge der beiden Signalkanäle nach F i g. 2 bO vorzubeugen. Die Kathoden der zweiten Zenerdioden V7?ß(l) bzw. VRB (2) sind mit den positiven Anschlüssen DB1P bzw. DB IP der jeweiligen Diodenbrücke verbunden.

Parallel zu den ersten Zenerdioden VRA (1) bzw. VRA (2) an den Eingängen sind Kondensatoren C2(1) und C2(2) angeordnet, um Einschwingvorgäng= zu unterdrücken.

/wischen den linden der Sekundärwicklung der eisten Kopplungslransformaiorcn 7"l(t)und Tl{2)sind Kondensatoren C 3(1) und C 3(2) eingeschallet, so daß ein Resonanzkreis entsieht, durch welchen die von den Schalioszillutorcn .SOI und SO 2 abgegebene Spanniingsamplitudc vergrößert und eine möglicherweise vorhandene Hochfrequenzstörung auf einen zulässigen Betrag reduziert wird. Zwischen den Basisanschlüssen der ersten und zweiten Transistoren Q 1(1), 02(1) bzw. 01(2). 0²(2) sind je zwei in Serie geschaltene Tunneldioden TDSX und TOS2 eingeschaltet, um zu verhindern, daß die ersten und zweiten Transistoren in den Darlington-Schaltungen nicht durch zu große Spannungspitzen beschädigt werden können. Die Darlington-Schaltungen enthalten ferner Widerstände R 3(1) bzw. R 3(2), welche zwischen dem Basis- und dem Emitteranschluß des zweiten Transistors 02(1) bzw. 02(2) geschaltet sind. Diese Widerstände bei den zweiten Transistoren und die Tunneldioden bei den ersten Transistoren ermöglichen eine Gleichstromverbindung zwischen der Basis und dem Emitter bei den zweiten Transistoren. Damit wird es möglich, in der Darlington-Schaltung Transistoren mit kleinen, maximal zulässigen Spannungen zu verwenden.

Die Eingangswiderstände Λ 1(1) und /7 2(2) bei den Eingängen jedes Kanals sind (beispielsweise durch Mittelanzapfungen Nl(I) und N 2(2)) aufgespalten, so daß die an du- Vorspannungsoszillatoren BO X und ßO2 angelegte Versorgungsspannung größer als die direkt den Eingangsanschlüssen STXA und ST2A der Schmitt-Trigger-Schaltungen S7"l und 5T2 zugeführten positiven Spannungen ist.

Die Schaltoszillatoren SO X und SO2 enthalten je in einer »Colpitts-Schaltung« angeordnete einzelne Transistoren QA(X) und QA (2) als aktive Elemente. Die Basis QA (X)B bzw. QA (2)ß jedes dieser Transistoren ist durch eine Diodenserieschaltung DSA (X) und DSA (2) mit den dritten Eingangsanschlüssen SOXE und SO2E dieser Oszillatoren verbunden. Diese Eingangsanschlüsse sind direkt mit den Ausgangsanschlüssen STlC und ST2C der ersten und zweiten Schmitt-Trigger-Schaltung S7~l und ST2 verbunden. Die Diodenserieschaltung DSA (X) und DSA (2) ist leitend in der Richtung von den dritten Eingangsanschlüssen gegen die Basisanschlüsse.

Die dritten Eingangsanschlüsse SOlE bzw. SO2E sind mit den ersten Eingangsanschlüssen SO XA bzw. SO2A der Schaltoszillatoren SOl bzw. SO2 über Widerstände RA (l) bzw. RA (2) verbunden. Die ersten Eingangsanschlüsse sind ebenfalls über Widerstände RB(Y) bzw. RB(2) mit der Basis des Transistors QE(X) bzw. QE(2) verbunden. Diese Transistoren bilden die Inverterschaltung in der ersten und zweiten Schmitt-Trigger-Schaltung 57" 1 und ST2. Die Basis des Transistors QE(I) bzw. 0^(2) ist über einen weiteren Widerstand RC(X) bzw. RC(2) mit einem Zwischenknoten N 3(1) bzw. N 3(2) in der ersten bzw. zweiten Diodenserieschaltung 051 bzw. DS 2 verbunden. Die Emitter dieser Transistoren sind direkt an den Mittelanschlüssen N 2(1) bzw. N 2(2) der Eingangswiderstände R 1(1) und R 1(2) angeschlossen. Die Kollektoranschlüsse der Transistoren 0^(1) bzw. 0E(2) sind über Inverterlastwiderstände RD(X) bzw. RD (2) an der gemeinsamen Verbindung des ersten und zweiten negativen Eingangsanschlusses 12ß bzw. 14ß mit den Eingangsanschlüssen BO 2B bzw. BOtB des ersten und zweiten Vorspannungsoszillators ßO 1 und ßO 2 angeschlossen.

Außcrdcm sind die Kollektoren der Transistoren Q/:"(l) bzw. QE(2) mit dem an der positiven Spannung angelegten Ende der Eingangswiderstünde R 2(1) bzw. R 2(2) der ersten bzw. zweiten Schmitt-Trigger-Schaltung ST1 bzw. ST2 verbunden.

Mit diesen Verbindungen können die Transistoren im Inverter sowohl das Anlegen von Schaltspannungen an die Schmitt-Trigger-Eingänge als auch die Wirkungen der Spannungsabfülle über den Basiseingangswiderständen RA(I) bzw. RA (2) bei den dritten Eingängen κι SO 1 Ebzw. SO 2Eder Schaltoszillaloren steuern.

Die erste bzw. zweite Schmitt-Trigger-Schaltung STl bzw. ST2 enthält als aktive Elemente Eingangstransistoren QC(X) bzw. QC{2) und Ausgangstransistoren QD(X) bzw. QD(2), welche auf bekannte Weise zu einer im wesentlichen konventionellen Schmitt-Trigger-Schaltung verbunden sind.

Die Kollektoren der Ausgangstransistoren QD(X) bzw. QD(2) bilden die Ausgangsanschlüsse STlCbzw. ST2Cder Schmitt-Trigger-Schaltungen STX bzw. ST'2 κι und sind direkt mit den Eingangsanschlüssen SOXE bzw. SO 2Eder Schaltoszillatoren verbunden.

Nach dem Kippen der Schmitt-Trigger-Schaltung STX bzw. ST2 in den ein-Zustand durch den Vorspannungsoszillator SOl bzw. ßO2 wird die r> Ausgangsspannung an die Basis des Transistors QA (X) bzw. QA (2) in den Schaltoszillatoren 5Ol bzw. SO 2 über die Diodenserieschaltung DSA (X) bzw. DSA (2) angelegt.

Diese Ausgangsspannung weist eine genügende to Größe auf, um den dazugehörigen Schaltoszillator SO X bzw. SO2 vollständig einzuschalten, und um die damit über die Kopplungstransformatoren Tl(I) bzw. 7Ί(2) angeschlossenen Darlington-Schaltungen vollständig in die Sättigung zu treiben und dadurch das dazugehörige )^r> Ausgangsanschlußpaar 12C 12D bzw. 14C, 14D miteinander zu verbinden.

Ais Beispiel der möglichen Betriebsweise des Telegraphenrelais 10 nach F i g. 2 wird angenommen, daß eine Signalspannung über dem ersten Eingangsanschlußpaar 12/4, 12ß angelegt wird, welche um mindestens den Differenzbetrag, bei welchem das Relais 10 richtig anspricht, größer ist als die über dem zweiten Eingangsanschlußpaar X4A. 14Sangelegte Spannung.

Durch diese Eingangssignale werden die Vorspan- 4^r> nungsoszillatoren SOI bzw. SO 2 in Betrieb gesetzt, wobei ihre Ausgangssignalstärke streng linear direkt proportional zum Eingangssignal am zweiten bzw. ersten Eingangsanschlußpaar 14/4, 14ß bzw. X2A, X2B ist. w

Dadurch sind die über den Schmitt-Trigger- Eingang swidersiänden Ä2(l) bzw. R 2(2) anliegenden Spannungen direkt proportional zu den Eingangssignalen des jeweils anderen Kanals und entgegengesetzt proportional zu den Signalen in jeweils eigenen Kanal. Da das Eingangssignal am ersten Eingangsanschlußpaar 12/4. 12ßdas größere ist, ist das resultierende Eingangssignal zur ersten Schmitt-Trigger-Schaltung STi positiv, so daß diese Schaltung in ihrem ein-Zustand schaltet d. h. der Eingangstransistor OC(I) leitet und der Ausgangstransistor OD(I) sperrt. Durch die daraus resultierende Zunahme der Spannung am Kollektor, welcher mit der Basis des Transistors QA(X) verbunden ist, wird der erste Schaltoszilljtor SO X zum Schwingen gebracht. Dadurch wird die erste Darlingtonschaltung Q 1(1), Q 2(1) leitend, wodurch die Anschlüsse des ersicn Ausgangsanschlußpaares 12C, 12D miteinander mit Hilfe des in die Sättigung ausgesteuerten Ausgangstransistors Q2(1) miteinander verbunden weiden.

Wenn die beiden Eingangssignale zu den Eingangsanschlußpaarcn 124. I2/Jund XAA, X4Bgleich groß sind, ist die an den Eingängen der Schmitt-Trigger-Schaltungen S7"l bzw. .ST2 liegende Eingangsspanniing zu klein, um diese zum Kippen zu bringen. Ihre Ausgangstransistoren OC(I) und QE(2) sind daher leitend und bewirken, daß die Spannung an den Eingangsanschlüssen SOIE bzw. SO 2fc'der Schaltoszillatoren unterhalb der für das Einschalten der Schaltosziliatoren notwendigen Spannung ist.

Daher bleiben die beiden Ausgangstransistoren O 2(1) und Q 2(2) gesperrt und die Verbindung zwischen den Anschlüssen der beiden Ausgangsanschlußpaare 12C l2Dund 14C 14Dbleibt gesperrt.

Falls die relative Größe des Signals am zweiten Eingangsanschlußpaar 14/4, 14ß größer ist als jene am ersten Eingangsanschlußpaar 12/4,12ß. wird analog zur obig beschriebenen Betriebsweise der zweite Vorspannungsoszillator ßO2, die zweite Schmitt-Trigger-Schaltung ST2, der zweite Schaltoszillator SO 2 und die zweite Darlington-Schaltung betätigt, wodurch der Ausgangstransistor O 2(2) gesättigt und die Verbindung zwischen dem zweiten Ausgangsanschlußpaar 14C, 14D geschlossen wird.

Sowohl in der Differenz- wie auch in der Vorspannungsbetriebsweise wird beim Signalkanal, dessen Eingangssignal größer ist, die Verbindung zwischen seinen Ausgangsanschlüssen hergestellt. Falls beide Eingangssignale gleich groß sind, bleibt bei beiden Ausgangsanschlußpaaren die Verbindung offen.

Die Transistoren Qf(I) bzw. QE(2) in den Invertern verhindern das Anlegen einer resultierenden positiven Eingangsspannung an die Schmitt-Trigger-Schaltungen STX bzw. S7"2, da ihre Ausgangsspannungen über den Lastwiderständen RD(V) bzw. RD (2) ebenfalls die Eingangsspannung zu den Schmitt-Trigger-Schaltungen STl bzw. ST2 steuern.

Da die Basis-Emitter-Spannung der Transistoren QE(I) bzw. QE(2) der Inverter vom Spannungsabfall zwischen den Schaltkreisknoten N 2(1) und N 3(1) bzw. N 2(2) und N3(2), welcher proportional zum jeweiligen Eingangssignalstrom zum jeweiligen Kanal des Relais 10 ist, werden die Invertertransistoren eingeschaltet und verhindern die Anwendung einer resultierenden positiven Eingangsspannung an die Schmitt-Trigger-Schaltungen, wenn die Eingangsströme des Relais 10 unterhalb eines bestimmten Schwellwerts liegen. Dieser Schwellwert läßt sich durch geeignete Dimensionierung beliebig einstellen.

Durch diese Art der Steuerung der Ansprechschwelle der Schmitt-Trigger-Schaltungen in Abhängigkeit von der Eingangssignalgröße können auch die Schaltoszillatoren und ihre dazugehörenden Signalkanäle wählbar in Funktion der Eingangssignalstärke am Relais 10 außer Betrieb gesetzt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Halbleiterrelaisschaltung, deren Schalterkreis einen Oszillator, eine den Oszillator abhängig von einem Schwellwert eines Steuersignals ein- bzw. ausschaltende Schwellwertstufe und einen über einen galvanisch trennenden Übertrager und eine Gleichrichterstufe an den Oszillator gekoppelten Halbleiterschalter aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Schalterkreise vorgesehen sind, deren Schwellwertstufen (ST) über je einen zweiten Oszillator (BO) und eine dem zweiten Oszillator (BO) nachgeschaltete zweite Gleichrichterctufe (CR4, Cl) an den Steuersignaleingang (12, 14) des jeweils anderen Schalterkreises angeschlossen sind, derart daß die Halbleiterschalter (Qi, Q2, DB) der beiden Schalterkreise abhängig von den zugehörigen Steuersignalen wechselweise geöffnet bzw. geschlossen sind oder beide geöffnet sind, wenn sich die Steuersignale um weniger als einen vorbestimmten Differenzwert unterscheiden.

2. Halbleiterrelaisschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellwertstufe (Sauber eine Subtrahierstufe (N 1, R 2, SOB) an den zweiten Oszillator (BO) angeschlossen ist und auf die Differenz des Steuersignals des von ihr gesteuerten Schalterkreises und des Ausgangssignals des zweiten Oszillators fßCtyanspricht.

3. Halbleiterrelaisschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellwertstufe (ST) ein an den Steuereingang des von ihr gesteuerten Schalterkreises angeschlossenes Steuerelement ((^aufweist, welches Zustandsänderungen der Schwellwertstufe (ST) verhindert, wenn das Steuersignal kleiner als ein vorbestimmter Wert ist.

4. Halbleiterrelaisschaltung nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Oszillatoren (SOI, BO2) eine lineare Eingangssignal-zu-Ausgangssignalkennlinie haben.

5. Halbleiterrelaisschaltung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Steuersignaleingänge (12, 14) ein verstellbares Vorspannungselement aufweist, welches das Verhältnis des Eingangsstromes des zweiten Oszillators des einen Schalterkreises zum Steuereingangsstrom des anderen Schalterkreises und damit das Impulstastverhältnis des Schalterkreises ändert.

6. Halbleiterrelaisschaltung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an den Steuereingang des von der Schwellwertstufe gesteuerten Oszillators (SO) ein Steuerelement (DSA)angeschlossen ist, welches den Oszillator (SO) abschaltet, wenn das Steuersignal außerhalb einer vorbestimmten Grenze liegt.