DE2430808A1 - Symmetrischer elektronischer halbleiterkoppelpunkt - Google Patents

Symmetrischer elektronischer halbleiterkoppelpunkt

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DE2430808A1
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DE
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DE2430808A
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Erich Dipl Phys Baechle
Heinrich Walk
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04QSELECTING
    • H04Q3/00Selecting arrangements
    • H04Q3/42Circuit arrangements for indirect selecting controlled by common circuits, e.g. register controller, marker
    • H04Q3/52Circuit arrangements for indirect selecting controlled by common circuits, e.g. register controller, marker using static devices in switching stages, e.g. electronic switching arrangements
    • H04Q3/521Circuit arrangements for indirect selecting controlled by common circuits, e.g. register controller, marker using static devices in switching stages, e.g. electronic switching arrangements using semiconductors in the switching stages

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Interface Circuits In Exchanges (AREA)

Description

  • "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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • 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.
  • 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.
  • Die Erfindung wird nun anhand der Figuren 1 - 2 näher erläutert.
  • 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.
  • 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.
  • Die Verbindungsleitung jeweils zweier Elemente T1 und T2 bzw.
  • T3 und T4 sind durch einen Kondensator C gekoppelt, der somit den Querzweig des Koppelpunktes bildet.
  • 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.
  • 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.
  • -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.
  • Wird die Steuerspannung abgeschaltet, dann sperren die Halbleiterelemente T1 bis 24.
  • 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.
  • Die Verwendung eines Kondensators im Querzweig des Koppelpunktes ist vor allem für eine wirtschaftliche Realisierung des Koppelpunktes in der Dickfilmtechnik geeignet.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • An die beiden Sekundärwicklungen des Übertragers sind die Steuer-Gates der Triac Tl und T2 bzw. T3 und 24 angeschlossen.
  • 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.
  • 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.
  • 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

Claims (3)

  1. P a t e n t a n s p r ü c h e Symmetrischer elektronischer Halbleiterkoppelpunkt zur Durchschaltung von Leitungen in Fernmeldeanlagen, insbesondere in öffentlichen Fernsprechvermittlungsanlagen, der aus zwei Längszweigen und einem Querzweig besteht und bei dem in seinem Durchla3zustGnd 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 übertrager aus ihrem Sperrzustand in den Zustand niedrigen Durchlaßwiderstandes uoerführbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die bidirektionalen Scha-ltelemente antiparallel geschaltete Thyristoren oder Triacs (T1...T4) sind, die von einem einzigen übertrager (Ue) je Koppelpunkt angesteuert werden und daß der Querzweig durch mindestens einen Kondensator gebildet ist, dessen Kapazität so bemessen ist, daB eine geforderte Sperrdämpfungsbedingung eingehalten wird.
  2. 2. Koppelpunkt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator aus der Serienschaltung zweier Kondensatoren (C1,C2 zusammengesetzt ist, deren gemeinsamer Verbindungspunkt auf Bezugspotential liegt.
  3. 3. Koppelpunkt nach Anspruch 1 oder 2, daaurch gekennzeichnet, daß in den Längszweigen antiparallel geschaltete Dioden (D1...D4) eingefügt sind.
    L e e r s e i t e
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11631523B2 (en) 2020-11-20 2023-04-18 Analog Devices International Unlimited Company Symmetric split planar transformer

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