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"Symmetrischer elektronischer Halbleiterkoppelpunkt" Die Erfindung
betrifft einen symmetrischen elektronischen Halbleiterkoppelpunkt zur Durchschaltung
von Leitungen in Fernmeldeanlagen, insbesondere in öffentlichen Fernsprecavermittl-ngsanlagen,
der aus zwei Längszweigen und einem Querzweig besteht und bei dem in seinem Durchlaßzastand
niedrigen Längswiderständen ein hoher Querzweigwiderstand und in seinem Sperrzustand
hohen Längszweigwiderständen ein niedriger Querzweigwiderstand zugeordnet ist und
bei dem ferner als Längswiderstände bidirektionale Schaltelemente vorgesehen sind,
die durch eine angeschaltete Steuerwechselspannung über einen galvanisch trennenden
Ubertrager aus ihrem Sperrzustand in den Zustand niedrigen Durchlaßwiderstandes
überführbar sind.
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Durch die US-PS 2 816 238 ist die Anwendung von Dransistoren als Koppelpunkte
bekannt. Bei der dort beschriebenen Anordnung ist ein transistor als T-Glied verwendet.
Seine Emitter-Kollektor-Strecke liegt in Längszweig und ein an seiner Basiselektrode
angescnlossener Widerstand im Querzweig der druchzuschaltenden Leitung. Durch über
den Widerstand der Baiselektrode zugeführte Steuerpotentiale ist de@ Widerstand
des Längszweiges wahlweise auf einen hohen oder einen niedrigen Wert umschaltbar.
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Diese bekannte Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß ständig ein
Strom im Querzweig aufrechterhalten werden muß, um den Längszweigwiderstand im Durchlaßzustand
des Koppelpunktes niedrig zu halten. Außerdem ist die über den Längswiderstand geführte
Leitungsader über den Querzweig mit der Steuerspannungsquelle galvanisch verkoppelt.
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Durch die deutsche Offenlegungsschrift 2 064 489 wurde ein elektronischer
halbleiterkoppelpunkt bekannt, der im Längs- und Querzweig einer T-Konfiguration
insgesamt fünf gleichartige, bidirektionale Schaltelemente besitzt, die durch eine
angeschaltete Steuerwechselspannung über einen individuellen, den Steuerkreis von
Leitungskreis galvanisch trennenden Wandler und eine uleichrichteanordnung
aus
ihrem Sperrzustand in den Zustand großer Leitfänigkeit- überführbar sind. Dabei
besteht jedes dieser bidirektionalen Schaltelemente aus der einander gegensinnigen
Reihenschaltung der mmitter-Kollektor-Strecken zweier Transistoren mit jeweils einer
unter derartiger Polung parallel geschalteten Diode, daß die Diode die Emitter-Eollektor-Strecke
des Transistors, der invers betrieben wird, kurzschließt. Der galvanisch trennende
Wandler ist ein übertrager oder ein Piezowandler.
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Diese Schaltung hat den Nachteil, daß sie sehr aufwendig ist und daß
an eine Integration in einer Mikrominiaturtechnik wegen der vielen Übertrager nicht
zu denken ist. Eine kostengünstige Realisierung des Xoppelpunktes ist daher ausgeschlossen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen symmetrischen elektronischen
Halbleiterkoppelpunkt der eingangs genannten Art anzugeben, der die Nachteile des
Standes der TechMk vermeidet. Insbesondere soll er als Relaiskontakt-Ersatz in öffentlichen
Fernsprechvermlttlungsanlagen dienen und folgende Forderungen erfüllen: Er soll:
a)
Sperrspannungen von mindestans 200 V im Sperrzustand und Gleichströme bis zu 80
mA im Durchlaßbetrieb auf Dauer aushalten b) Gleichstrom, auch kleine Gleichströme
bis zu 10/uAIfür Leitungsprüfzwecke, in beiden Richtungen durchlassen c) wenig Geräusch
und Funkstörspannung erzeugen d) eine Sperrdämpfung > 11 N für die obere Sprachfreauenz
von 3400 Hz und 600 Ohm-Abschluß und eine geringe Durchlaßdämpfung im Sprachband
aufweisen e) eine echte galvanische Trennung zwischen Steuerkreis und Leitungskreis
besitzen und f) in Vergleich zum mechanischen Relaiskontakt kostengünstig sein.
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Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 genannte Erfindung gelöst.
Der erfindungsgemäße Koppelpunkt genügt außer den bekannten Vorteilen elektronischer
Koppelpunkte gegenüber mechanischen den in der Aufgabe genannten Forderungen und
ist in Dickfilm-Technik herstellbar, sodaß er wenig Platz beansprucht.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind
in den Unteransprüchen angegeben.
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Wird der Querwiderstand aus der Serienschaltung zweier Kondensatoren
zusammengesetzt, deren gemeinsamer Verbindungspunkt geerdet ist, werden die durch
den Koppelpunkt verursachten Symmetriestörungen vermindert, die eine Eerabsetzung
seiner Sperrdämpfung bewirken könnte.
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Werden in die Längs zweige in jeder Ader antiparallel geschaltet Dioden
eingefügt, so wird die Sperrdämpfung des Koppelpunktes zusätzlich verbessert. Die
Einfügung aieser Dioden ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Sperrkapazität
der Längszweigelemente so groß ist, daß deren Sperrwiderstande eine Einhaltung der
geforderten Sperrdämpfung unmöglich machen.
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Die Erfindung wird nun anhand der Figuren 1 - 2 näher erläutert.
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Es zeigen: Figur 1 symmetrischer Halbleiterkoppelpunkt mit Triacs
in den Längs zweigen und einem Kondensator im Querzweig gemäß der-Erfindung Figur
2 .tusführungsbeispiel des symmetrischen erfindungsgemäßen Halbleiterkoppelpunktes
einschließlich Steuerschaltung.
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In Figur 1 stellen die Halbleiterelemente T1...T4 antiparallel geschaltete
Thyristoren dar, von denen die in Reihe geschalteten Elemente T1 und T2 in dem einen
Längszweig 1-2 und die in Reihe geschalteten Elemente T3 und T4 in dem anderen Längs
zweig 3-4 eines symmetrischen Koppelpunktes liegen. Die Steuerstrecken der Thyristoren
T1 und T2 sind an einer ersten Sekundärwicklung eines Übertragers Ue, die Steuerstrecken
der Thyristoren T3 und T4 an einer zweiten Sekundärwicklung des Übertragers Ue angeschlossen.
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Die Verbindungsleitung jeweils zweier Elemente T1 und T2 bzw.
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T3 und T4 sind durch einen Kondensator C gekoppelt, der somit den
Querzweig des Koppelpunktes bildet.
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Zum Einschalten des Koppelpunktes wird über den Übertrager an die
Steuerstrecken der F£albleiterelemente 1 bis 4 eine so hohe Wechselspannung gelegt,
daß die Halbleiterelemente leitend sind.
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Der Übertrager wird von der Steuerschaltung vorteilhafterweise mit
Rechteckimpulsen relativ hoher Frequenz, beispielsweise f # 250 kHz, im Tastverhältnis
1:1 so lange gespeist, w-e über den Koppelpunkt eine Verbindung bestehen soll. Impulse
dieser Folge frequenz erzeugen im Leitungsweg nur eine geringe Funkstör spannung,
so daß die gestellten Forderungen sicher erfüllt werden.
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-Die dauernd anliegende Impulssteuerspannung ist insbesondere für
die Leitungsprüfung notwendig, weil in diesem Fall Prüfströme <1%uÄ auftreten
können, die der Thyristor sperren würde, da -sein Haltestrom bei diesem Stromwert
weit unterschritten ist.
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Wird die Steuerspannung abgeschaltet, dann sperren die Halbleiterelemente
T1 bis 24.
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I: Querzweig des Koppelpunktes ist ein Kondensator C vorgesehen. Dessen
Kapazität ist so gewählt, daß gerade die Sperrdämpfungsbeidingungen im Sprachband
erfüllt sind. beine Eapazität ist dann in der Regel so klein, daß seine Querableitung
für den durchgeschalteten Koppelpunkt vernachlässigbar ist.
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Die Verwendung eines Kondensators im Querzweig des Koppelpunktes ist
vor allem für eine wirtschaftliche Realisierung des Koppelpunktes in der Dickfilmtechnik
geeignet.
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Statt antiparallel geschalteter Thyristoren können auch diesen, in
ihren Schalteigenschaften entsprechende Triacs verwendet werden. Diese haben den
besonderen Vorteil, daß sie
preisgünstig mit hoher Sperrspannung
herstellbar sind und die schaltung vereinfachen. Da die Sperrkapazitäten derzeitiger
Tria@s mit so hohen Sperrspannungen und relativ großen maximalen Betriebs strömen
im gesperrten Fall des Koppelpunktes so groß sind, daß der Kondensator im Querzweig
eine Kapazität > 10 nF haoen muß, damit die Sperrdämpfungsbedingung eingehalten
werden kann, wird der Durchlaßdämpfungsbeitrag des Querzweiges zu groß. Abhilfe
für diesen Fall schaffen je zwei antiparallel geschaltete Dioden D1 bis D4 in den
Langszweigen des Koppelpunktes, wie in Figur 1 gezeigt.
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In Figur 2 ist ein erfindungsgemäßer Koppelpunkt mit seiner ausführlichen
Steuerschaltung dargestellt. Die Steuerschaltung gibt durch den dauernd betriebenen
Impulsgenerator 20, bestehend aus zwei über den Widerstand R3 und den Kondensator
C3 rückgedoppelten NAND-Gattern G4 und G5, positive Rechteckimpulse mit der Folgefrequenz
von 260 kHz im Tastverhältnis 1:1 ab. Diese Impulse gelangen über WAND-Gatter G3,
UND-Gatter G1 und den Widerstand R1 an den BasisanschluR des Transistors Ts1 und
steuern diesen leitend, falls an der Ansteuerklemme S ebenfalls eine positive Spannung
vorhanden ist.
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In der Impulspause ist der Transistor Ts2 in Betrieb, dessen
Basis
anschluß über den Widerstand R2 vom UND-Gatter G2 ausgesteuert wird, falls wieder
an S eine positive Spannung anliegt.
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Diese Steuerimpulse gelangen über die Kollektoren der Transistoren
Ts1 und Ts2 an die beiden Enden der mittenangezapften Primärwicklung des Übertragers
Ue, dessen Mittenanzapfung über den Begrenzungswiderstand R4 an eine Gleichspannung
U angeschlossen ist.
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An die beiden Sekundärwicklungen des Übertragers sind die Steuer-Gates
der Triac Tl und T2 bzw. T3 und 24 angeschlossen.
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Die Sperrdämpfung des Koppelpunktes ist durch die antiparallel geschalteten
Diodenpaare D1 und D2 bzw. D3 und D4 erhöht. in diesem zweidrähtig symmetrisch durchgeschalteten
Leitungssystem tritt durch die Diodenpaare in den beiden Adern a und b eine Unsymmetrie
im Aufbau des Koppelpunktes auf, die sich durch eine Richtungsabhängigkeit der Sperrdämpfung
bemerkbar macht, d. h., daß die Sperrdämpfung für die thoertragungsrichtung von
1 nach 2 gegenüber der Sperrdämpfung für die Übertragungsrichtung von 2 nach 1 unterschiedlich
ist. Das Diodenpaar bewirkt jedoch durch seine Durchlaßcharakteristik ein unverständliches
Nebensprechen, das als Geräusch zu werten ist. Die Geräuschforderung der DBP wird
jedoch in diesem Fall bei maximalem Übertragungspegel sicner eingehalten.
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Weil in diesem zweidrähtig symmetrischen Leitungssystem die auch den
gesperrten Schalter verursachten Symmetrie störungen zu einer Verminderung der Sperrdämpfung
fünren können, ist der Kondensator C von Figur 1 hier in zwei in Reihe geschaltete
Kapazitäten C1 und C2 aufgeteilt, deren Verbindungspunkt auf Bezugspotential liegt.
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Im Ausführungsbeispiel wurde folgende Schaltungsdimensionierung gewählt:
R1 3 kot Cl 2 nF R2 3 K# C2 2 nF R3 220Jt C3 4,7 nF U = 5V R4 68 # Übertrager: Ferrit-Ringkernübertrager
R 2,5; Al # 350 Primärwicklung w1 = 42 Windungen Sekundärwicklungen w2 = w3 = 9
Windungen Triacs : Usperr = 400 V; Imax = 4 A (Firma TAG, Zürich) Dioden D1 bis
D4 : 1 N 4151 z. B. der Firma AEG-TELEFUNKEN