DE2431164A1 - Halbleiter-wegschalter - Google Patents

Description

• Halbleiter-Wegschalter Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen transistorisierten bzw Etalbleiter-Kamal-Schalter für Fernsprechverm ittlung sstellen.
• Die meisten Versuche, die bisher zur Transistorisierung der in Fernsprechverm ittlungs stellen verwendeten Kanal- Schalter unternommen wurden, beruhen auf der Verwendung von pnpn-Schaltern (die auch als Thyristoren oder gesteuerte Halbleitergleichrichter bezeichnet werden).
• Ein pnpn-Schalter hat eine verhältnismäßig kleine Impedanz in seinem leitenden Zustand und einen hohen Trennwiderstand im abgeschalteten Zustand; und wenn er einmal mit sogar einem kleinen Ansteuersignal eingeschaltet worden ist, bleibt er leitend, H bis der Last- oder Haupt-Strom unterbrochen ist, d. h., der Schalter ist sepbsthaltend. i3ies bedeutet, daß ein derartiger pnpn-Schalter sehr geeignet ist, wenn er als elektronische Vorrichtung im Sprechweg einer Rernsprechvermittlungsstelle verwendet wird. Da jedoch bei einer E?ernsprechverrnittlungsstelle der Ruf (Wecksignal) in der Form einer hohen Wechseispannung vorliegt, muß der Sprechweg einen Strom in positiver oder negatXrer Richtung ermöglichen, und da darüber hinaus der Strom gewöhnlich durch Wählen und Auflegen unterbrochen wird, muß der Kanaischalter selbst während dieser Betriebsarten geschlossen werden. Daher kann die selbsthaltende Wirkung des pnpn-Schalters bei derartigen Anwendungen nicht voll ausgenutzt werden, und bisher werden Wähl- und Rufsignale gesondert verarbeitet, wobei lediglich ein Sprechsignal kleines Signal), das einem Gleichstromsignal überlagert ist, durch den pnpn-Schalter verarbeitet wird.
• Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Halbleiter-Kanalschalter anzugeben, der direkt Sprechsignale, Wähl- und Auflegsignale sowie Rufsignale zusammen verarbeiten kann.
• Die Erfindung sieht mehrere pnpn-Schalter vor, deren jeder Strom in positiver oder negativer Richtung erlaubt und die in Kreuzpunkten zwischen Zeilen und Spalten der Sprechwege so angeordnet sind, daß sie eine Matrix bilden. Der Gatter- Ansteueranschluß jedes pnpn-Schalters ist mit einem hochohmigen Gatterstromglied verbunden, das das Ein- und Ausschalten des Schalters steuern kann. Mehrere Einrichtungen sind vorgesehen, um wahlweise die Gatterstromglieder ein- und auszuschalten, so daß der Gatterstrom kontinuierlich in den Gatteranschluß jedes gewünschten pnpn-Schalters wenigstens so lange eingespeist ist, wie der entsprechende Kreuzpunkt der Matrix elektrisch überbrückt werden soll.
• Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Grundschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung, Fig. 2 ein Grundschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung, und Fig. 3 einen abgeglichenen 2 x 2-Schalter, der erfindungsgemäß hergestellt ist.
• In der Fig. 1, die ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen H albleiter-Kanalschalters zeigt, ist ein gattergesteuerter Zweirichtungspnpn-Schalter 1 mit seinen Hauptanschlüssen T1 und T2 jeweils mit Sprechwegen X. und Y. verbunden und in einem Kreuzpunkt einer Spalte 1 J und einer Zeile einer. Kanal-Matrix angeordnet, wobei jeder der übrigen pnpn-Schalter (nicht dargestellt) an jeweils einen Kreuzungspunkt der Matrix vorgesehen ist. Der Gatteranschluß G des Schalters 1 ist über eine Diode 2 zur Verhinderung eines Sperrstroms mit einem Gatterstromglied 3 verbunden, das wechselstrommäßig hochohmig ist. Die Diode 2 kann weggelassen werden, wenn das Gatterstromglied 3 selbst mit Einrichtungen ausgerüstet ist, die den Sperrstrom unterbrechen.
• Das Gatterstromglied 3 ist durch einen Speicher 4 gesteuert, der durch ein Kreuzpunkt-Wählglied 5 setz- und rücksetzbar ist. Bei dem in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Speicher 4 ein Flipflop, und das Kreuzpunkt-Wählglied 5 ist eine Schaltung, die den Speicher in Übereinstimmung mit dem logischen Produkt der Signale in den Wählkanälen x. und y. oder x und y setzen oder rücksetzen kann.
• 1 J 1 J Wenn die Impuls signale gleichzeitig in den Wahlkanälen x. und yj auftreten, ist der Speicher 4 so gesetzt, daß das Gatterstromglied 3 beginnt, kontinuierlich einen Ansteuerstrom zu liefern, um den Schalter 1 einzuschalten. Wenn der Speicher 4 entsprechend dem logischen Produkt aus den Signalen in den Wahlkanälen x. und y. rückgesetzt ist, un -1 J terbricht das Gatterstromglied 3 die Einspeisung des Ansteuerstromes.
• Der Schalter 1 muß jedoch durch eine andere Maßnahme geöffnet werden, da er einen selbsthaltenden Betrieb hat, wie oben erläutert wurde.
• In den meisten praktischen Fällen wird der Sprechstrom durch den Gabelumschalter einer Fernsprechstelle nach Abschluß eines Gesprächs unterbrochen, und es ist keine besondere Steuerung erforderlich. Die oben beschriebenen Grundanordnungen, von denen eine in der Fig. 1 gezeigt ist, sind in der Form einer (m x n)-Matrix zusammengefaßt, wobei jedes Paar ein- und auslaufender Sprechwege in der Form einer abgeglichenen Schaltung verdrahtet ist.
• Die einzelnen Teile der in der Fig. 1 gezeigten Anordnung werden im folgenden näher erläutert.
• Ein gattergesteuerter Zweirichtungs-pnpn-Schalter ist ein Bauelement, das einen Steuer-Gatter-Anschluß aufweist und Strom in zwei Richtungen erlaubt; ein typisches Beispiel hierfür ist ein Triac. Die ausschließliche Verwendung des pnpn-Schalters beruht darauf, daß er den Vorteil einer niedrigen Leitungsimpedanz und eines hohen Trennwiderstandes aufweist, wie oben erläutert wurde, so daß er überlegene Eigenschaften gegenüber einem Transistor oder anderem Bauelement hat, da er eine hohe Durchbruchs spannung bei einem Strom in jeder Richtung besitzt, wenn er in einer erfindungsgemäßen Schaltung eingesetzt wird, bei der ein Wechselstrom sowie ein Gleichstrom auftreten, und da seine selbsthaltende Eigenschaft für eine gewisse Verteilung der Potentiale in den Sprechkanälen verwendet werden kann, wie weiter unten näher erläutert wird.
• Das Vorsehen einer Speichereinrichtung wie des Speichers 4, obwohl der Schalter selbsthaltend ist, ist dadurch bedingt, daß das Gatterstromglied 3 immer in Betrieb sein muß, um unmittelbar Strom für die Sprechwege einzuspeisen, ohne daß Impulse wiederum vom Wahlkanal empfangen werden, wenn die Sprechwege selbst dann in einem Fall wiederhergestellt werden, wenn der Schalter 1 ausgeschaltet ist, da der Kanalstrom vorübergehend Null wird, was auf dem Auflegen oder Wählen oder einem vorübergehenden Verschwinden des Stromes wie bei einem Wechselstrom beruht.
• Der Zweck des hochohmigen Gatterstromgliedes 3 liegt darin, einen Streufluß des Sprechsignals über das Gatter G oder in ein anderes Glied während des Gespräches zu unterbinden, für das das Glied 3 in Betrieb ist, und die Amplitude oder Änderung des Wertes des Gatter-oder Ansteuerstromes verursacht keine Schwierigkeit, wenn sie groß genug ist, um den Schalter zu betätigen. Im allgemeinen genügt ein einfach ausgelegtes Konstantstromglied dafür.
• Das Kreuzpunkt-Wählglied 5 kann so ausgelegt sein, daß es durch ein anderes Wählglied gesetzt und rückgesetzt wird, wie dies beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 der Fall ist, oder es kann automatisch rückgesetzt werden, wenn ein anderer Kreuzpunkt ausgewählt wird, was von den Zwecken des Kanal-Schalters abhängt. Das Gatterstromglied 3 und der Speicher 4 sind für jeden Kreuzpunkt vorgesehen, während ein Teil des Kreuzpunkt-Wählgliedes 5 gemeinsam für eine Matrix der Sprechwege verwendet werden kann.
• Bei einer Schaltung, die eine gewöhnliche Wechselstromquelle verwendet, kann ein pulsierender Gatter- oder Ansteuerstrom synchron mit dem Wechselstrom verwendet werden, der gewöhnlich für den Zweirichtungs-pnpn-Schalter eingespeist wird. Da jedoch das Wecksignal oder die Wähl- und Auflegsignale gewöhnlich asynchron zum Wechselstrom sind oder unerwartet auftreten, muß das Steuerglied, das die Impuls steuerung durch kontinuierliche Überwachung dieser Signale durchführt, unbedingt bei einer komplizierten Schaltung vorgesehen sein, so daß diese nicht leistungsfähig ist.
• Wenn der Speicher 4 gesetzt ist und der pnpn-Schalter leitend wird, überschreiten die Potentiale bei den Kanälen Xi und Y. manchmal die obere Grenzspannung, die durch das Gatterstromglied 3 erhalten wird. Dieser Zustand tritt auf, wenn die Anschlüsse X. und Y.
• 1 j jeweils mit einer Quelle einer hohen positiven Spannung und einem Lastwiderstand verbunden sind. In diesem Fall wird die leitung zwischen den Anschlüssen X. und Y. lediglich durch die selbsthaltende 1 J Wirkung des Schalters 1 aufrechterhalten, und der Ansteuer- oder Gatterstrom ist im wesentlichen Null, obwohl das Gatterstromglied 3 in Betrieb ist und in einem Grenzfall der Sperrstrom ohne die Diode 2 fließt. Es ist jedoch für den Gatterstrom möglich, unmittelbar zu fließen, wenn der pnpn-Schalter 1 aus dem einen oder anderen Grund ausgeschaltet ist. Deshalb schließt in der vorliegenden Beschreibung "Verursachen eines kontinuierlichen Gatterstroms" den Zustand ein, bei dem das Glied 3 so arbeitet, daß es den Gatterstrom einspeist, obwohl der Gatterstrom tatsächlich nicht fließen kann.
• Die Fig. 2 zeigt den Aufbau einer Grundeinheit eines erfindungsgemäßen Halbleiter-Kanalschalters als zweites Ausführungsbeispiel, wobei die Grundeinheit einem Kreuzpunkt des Kanalschalters zugeordnet ist, wie dies anhand der Fig. 1 erläutert wurde. In der Fig. 2 sind gen wöhnliche pnpn-Schalter 11 und 12, deren jeder einen Gattersteueranschluß besitzt, antiparallel miteinander verbunden, um einen Zweirichtungs-pnpn-Schalter zu bilden. Dioden 21 und 22 sind mit den jeweiligen Gatteranschlüssen der pnpn-Schalter 11 und 12 verbunden, um einen Sperrstrom zu verhindern. Ein Gatterstromglied 3 entspricht dem Gatterstromglied der Fig. 1, wobei jedoch der Speicher 4 und das Kreuzpunkt-Wählglied 5 durch ein Setz-Vorzugs-Flipflop 6 ersetzt sind. Wenn bei diesem Aufbau Impulssignale gleichzeitig auf den Wahlkanälen x. und yj auftreten, ist das Setz-Vorzugs-Flipflop 6 so gesetzt, daß das Gatterstromglied 3 beginnt, einen kontinuierlichen Gatterstrom zu erzeugen, um die Schalter 11 und 12 einzuschalten. Wenn wiederum ein Impuls signal auf dem Wahlkanal yj für die Auswahl eines anderen Kreuzpunktes auftritt, wird das Setz-Vorzugs-Flipflop 6 rückgesetzt. Die in der Fig. 2 gezeigte Schaltungsanordnung benötigt keinen Wahlkanal zur Rücksetzung ( entsprechend dem Kanal x. in Fig. 1), und sie hat deshalb den Vorteil, daß die Anzahl der Kühlkanäle verhältnismäßig klein für ihre Kapazität ist, so daß die Anordniing sehr nützlich für die Verwendung in einem Halbleiter-Kanalschalter in einer elektronischen Ferjisprechvermittlung ist. Diese Einheiten, von denen eine in der Fig. 2 gezeigt ist, sind in der Form einer (m x n)-Matrix für jedes Paar eines ankommenden und abgehenden Sprechweges in der Form einer abgeglichenen Schaltung vorgesehen.
• Die Fig. 3 zeigt einen Fall, bei dem die erfindungsgemäßen Einheiten in der Form einer abgeglichenen (2 x 2) -Matrix verdrahtet sind.
• In der Fig. 3 ist das Kreuzpunkt-Wählglied usw. weggelassen, um diese Figur zu vereinfachen. Wie aus der Fig. 3 hervorgeht, ist der Kanalschalter gewöhnlich in der Form einer m x n-Matrix aufgebaut, wobei jedes Paar aus einem ein- und auslaufenden Weg (Leitung A und Leitung B) in einem abgeglichenen Glied verdrahtet ist. In diesem Fall muß ein Speicher M für jeden Kreuzpunkt vorgesehen werden, aber da die Potentiale bei den Leitungen A und B voneinander verschieden sind, müssen jeweils für die Leitungen A und B zwei getrennte Gatterstromglieder vorgesehen sein.
• Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, kann der erfindungsgemäße Halbleiter-Weg-Schalter auf die gleiche Weise wie ein mechanischer Kanalschalter zusammen mit dem Sprechsignal Ruf-, Wähl- und Auflegsignale verarbeiten.
• Darüber hinaus wird bei den obigen Ausführungsbeispielen angenommen, daß der pnpn-Schalter durch Einspeisung eines Stromes in das Gatter eingeschaltet ist; aber wenn gewünscht wird, daß der Schalter durch Ableitung des Stromes vom Gatter eingeschaltet wird, so ist lediglich erforderlich, den Richtungssinn des Gatterstromgliedes und der zugeordneten Dioden umzukehren. Weiterhin braucht jedes derartige Bauelement nicht in der Form eines integriert hergestellten Teiles vorliegen, sondern kann lediglich aus einzelnen Teilen zusammengesetzt sein, die miteinander durch Drähte verbunden sind.

Claims (7)

1. Patentansprüche

   (ip Halbleiter-Wegschalter mit einem gattergesteuerten Halbleiter-Zweirichtung s-Schaltglied einschließlich einem Gatteranschluß zwischen zwei Punkten, zwischen denen ein Sprechweg aufzubauen ist, gekennzeichnet durch ein hochohmiges Gatterstromglied (3), das mit dem Gatteranschluß des Schaltgliedes (1) verbunden und für eine Ein-Aus-Steuerung geeignet ist, einen Speicher (4), der das Gatterstromglied (3) im Ein- oder Aus-Zustand hält, und ein Steuerglied (5) zum Setzen und Rücksetzen des Speichers (4), wobei das Gatterstromglied (3) in seinem Ein-Aus-Zustand gemäß dem Setzen und Rücksetzen des Steuergliedes (5) steuerbar ist, so daß der Sprechweg offen bzw. geschlossen ist.
2. 2. Halbleiter-Wegschalter mit mehreren pnpn-Schaltern, deren ieder einen Stromfluß in jeder Richtung, d. h. in positiver oder negativer Richtung ermöglicht, gekennzeichnet durch mehrere hochohmige Gatterstromglieder (3), die in ihrem Ein-Aus-Betrieb steuerbar sind, mehrere Speicher (4), die die Gatterstromglieder (3) in ihren Ein-oder Aus-Zuständen halten, und Wählglieder (5), die die Speicher (4) setzen und rücksetzen, wobei die pnpn-Schalter (11, 12) an den Kreuzpunkten der Sprechwege angeordnet sind, wobei der Gatteranschluß jedes pnpn-Schalters (11, 12) mit jedem Gatterstromglied (3) verbunden ist, und wobei die Gatterstromglieder (3 Y über jeden der Speicher (4) mit jedem der Wählglieder (5) verbunden sind.
3. 3. Halbleiter-Wegschalter mit mehreren pnpn-Schaltern, deren jeder einen Stromfluß in jeder Richtung, d. h. in positiver oder negativer Richtung, ermöglicht, gekennzeichnet durch mehrere hochohmige Gatterstromglieder (3), die in ihrem Ein-Aus-Betrieb steuerbar sind, und mehrere Setz-Vorzugs-Flipflops (6), um die Gatterstromglieder (3) auszuwählen und im Ein- oder Aus-Zustand zu unterhalten, wobei die pnpn-Schalter (11, 12) an den Kreuzpunkten der Sprechwege angeordnet sind, wobei der Gatteranschluß jedes pnpn-Schalters (11, 12) mit jedem der Gatterstromglieder (3) verbunden ist, und wobei jedes der Gatterstromglieder (3) an jedes der Setz-Vorzugs-Flipflops (6) angeschlossen ist.
4. 4. Halbleiter-Wegschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gatteranschluß jedes pnpn-Schalters (11, 12) mit dem entsprechenden Gatterstromglied (3) über eine sperrstromverhindernde Diode (21, 22) verbunden ist.
5. 5. Halbleiter-Wegschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Flipflop für jeden Speicher (4) vorgesehen ist.
6. 6. Halbleiter-F,reg schalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gatteranschluß jedes pnpn-Schalters (11, 12) mit dem entsprechenden Gatterstromglied (3) über eine sperrstromverhindernde Diode (21, 22) verbunden ist.
7. 7. Halbleiter-Wegschalter, bei dem Sprechwege als ankommende und abgehende leitungen in abgeglichenen Schaltungen verdrahtet und in einer Matrix mit Zeilen und Spalten angeordnet sind, gekennzeichnet durch gattergesteuerte Halbleiter-Zweirichtungs-Schaltglieder (1), die zwischen einem Zeilen-Kanal A und einem Spalten-Kanal A und zwischen einem Zeilen-Kanal B und einem Spalten-Kanal B an den Kreuzpunkten der Zeilen- und Spalten-Kanäle vorgesehen sind, wobei der Gatteranschluß jedes Schaltgliedes (1) mit einem hochohmigen Gatterstromglied (3) verbunden ist, das in seinem Ein-Aus-Betrieb steuerbar ist, einen Speicher (4), der gemeinsam mit zwei Gatterstromgliedern (3) verbunden ist, die an zwei Schaltglieder angeschlossen sind, die an den Kreuzpunkten vorgesehen sind, um die Gatterstromglieder (3) in ihrem Ein- oder Aus-Zustand zu halten, und Sprechwege bei den Kreuzpunkten der Zeilen- und Spaltenleitungen, die durch Ein- oder Aus-Steuerung der Speicher (4) geöffnet oder geschlossen sind.