DE2557209A1

DE2557209A1 - Ansteuerverfahren und -anordnung fuer sprechwegschalter

Info

Publication number: DE2557209A1
Application number: DE19752557209
Authority: DE
Inventors: Mitsuo Matsuyama; Shinzi Okuhara
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1974-12-20
Filing date: 1975-12-18
Publication date: 1976-06-24
Also published as: CA1047634A; US4025726A; DE2557209C2; JPS576833B2; JPS5172212A

Description

Ansteuerverfahren und -anordnung für SprechwegschaIter

Die Erfindung betrifft Spreohwegschalter in Nachrichtenübertragungsanordnungen, z.B. in automatischen Fernsprechvermittlungsanordnungen, und insbesondere ein Verfahren und eine Anordnung zur Gatt er-Ansteuerung von Sprechwegschaltern, die PNPN-Schalter als Schaltglieder verwenden.

In einer herkömmlichen automatischen Fernsprechvermittlungsanordnung werden der Freiton (akustisches Rufsignal), der Sprechstrom, die Wählimpulse, das Gebührenzählsignal und weitere wichtige Signale über einen Sprechwegschalter bestimmten Einrichtungen zugeführt* dieser Sprechwegschalter kann z. B. ein Schalter mit mechanischen Kontakten sein, normalerweise ein Kreuzschienen- oder Koordinatenschalter. Im Zuge

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der Entwicklung elektronischer Fernsprechvermittlungsanordnungen wurden jedoch bereits alle äußeren Ansteuerschaltungen, die zur Ansteuerung des Sprechwegschalters dienen, durch elektronische Schaltungen ersetzt, und es ist deshalb wünschenswert, auch den Sprechwegschalter aus elektronischen Bauelementen aufzubauen, um das Gesamtvolumen der Vermittlungsanordnung weiter zu verringern, ihre Betriebseigenschaften zu verbessern, die Gerätekosten zu senken usw.

Es wurde bereits ein Sprechwegschalter entwickelt, wobei Gasentladungsröhren als Schaltglieder verwendet werden. Durch Fortschritte auf dem Gebiete der Halbleitertechnik, insbesondere bei integrierten Schaltungen, ist es nun möglich, einen Halbleiter-Sprechwegschalter zu realisieren. Für einen derartigen Halbleiter-Sprechwegschalter eignet sich besonders ein PNPN-Schalter als Schaltglied. Der Sprechwegschalter ist dabei aus mehreren PNPN-Schaltern aufgebaut, die im allgemeinen matrixförmig angeordnet sind. Eine aus m und η PNPN-SchaItern aufgebaute Matrix, die also aus ( m χ n) PNPN-SchaItern besteht, benötigt eine PNPN-Schalter-Ansteuerschaltung an jedem Kreuzungspunkt der (m χ n)PNPN-Schalter, d. h. die Anzahl dieser PNPN-Schalter-Ansteuerschaltungen ist gleich der Anzahl der PNPN-Schalter selbst. Wenn jedoch das Schalterfeld aus (1 χ η) PNPN-Schaltern besteht, deren Anoden zusammengeschaltet sind, wird ein rufender Teilnehmer mit einem gerufenen Teilnehmer über eine einzige Signal-Eingangs leitung und eine Signal-Ausgangsleitung im Schalterfeld verbunden, so daß in diesem Fall nur ein Schaltglied aus den (1 χ η) PNPN-Schaltern des Schalterfeldes betätigt werden muß. Somit benötigt das aus (1 χ η) PNPN-Schaltern bestehende Schalterfeld nur eine A ns teuer schaltung. Dieses Verfahren weist gegenüber dem Verfahren mit einer An-

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steuerschaltung für jeden Kreuzungspunkt der PNPN-Schalter Vorteile hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit, der einfachen Steuerbarkeit usw. auf.

Die Größe der aus den (1 χ n) PNPN-S cha It er η bestehenden Schalterfeldes, dem eine Ansteuerschaltung zugeordnet ist, d. h. der Wert von n, wird so gewählt, daß die Schalterbefestigung und der Aufbau der Anordnung am günstigsten ist.

Obwohl das genannte Ansteuerverfahren nützlich und effektiv ist, weist es den Nachteil auf,daß die Anzahl der zusammenschaltbaren Stufen von Sprechwegschaltern mit PNPN-Schaltern begrenzt ist und einen Grenzwert nicht überschreiten kann.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Anordnung zur Gatt er-Ansteuerung anzugeben, wodurch Sprechwegschalter, die PNPN-Schalter als Schaltglieder verwenden, über eine größere Anzahl von Mehrfachstufen als bisher möglich zusammengeschaltet werden können, wobei die Sprechwegschalter leicht steuerbar sind, obwohl die Anzahl der Ansteuerschaltungen beträchtlich kleiner ist, und wobei eine Gatter-Jlnsteuerschaltung für Sprechwegschalter einen Gatt er-Ansteuerstrom abhängig von Änderungen eines Mindest-Gatter-Ansteuerstroms der PNPN-Schalter infolge von Temperaturschwankungen bei der Fertigung steuern und die PNPN-Schalter mit geringer elektrischer Leistung ansteuern kann.

Die Aufgabe der Erfindung wird für ein Verfahren und eine Anordnung zur Gatter-Ansteuerung von Sprechwegschaltern mit (m χ n) PNPN-Schaltern als Schaltgliedern, in denen (1 χ η) PNPN-Schalter in jedem Schalterfeld anodenseitig zusammengefaßt

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sind, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die (1 χ n) PNPN-Schalter an deren Steuergatter zusammengefaßt und über entsprechende Dioden im wesentlichen mit einer einzigen Ansteuerleitung verbunden sind, und daß eine einzige geregelte Konstantstromquelle, deren Ausgangsstrom durch eine äußere Steuersignalquelle schaltbar ist, an diese Ansteuerleitung angeschlossen ist, um in das Steuergatter jedes PNPN-Schalters einen Konstantstrom einzuspeisen.

Durch die Erfindung wird also ein Verfahren und eine Anordnung zur Gatter-Ansteuerung von Sprechwegschaltern angegeben, die (m χ η) PNPN-Schalter als Schaltglieder verwenden, wobei (1 χ n) PNPN-Schalter in jedem Schalterfeld anodenseitig zusammengefaßt und mit ihren Steuergattern über entpjsrechende Dioden im wesentlichen an eine einzige gemeinsame Gatteransteuerleitung angeschlossen sind, und wobei eine einzige geregelte Konstantstromquelle, deren Ausgangsstrom durch eine äußere Steuersignalquelle schaltbar ist, an diese gemeinsame Gatteransteuerleitung angeschlossen ist, um in das Steuergatter jedes PNPN-Schalters einen Konstantstrom derart einzuspeisen, daß in jede Mehrfach-SchaItstufe ein gleichgroßer Gatterstrom eingespeist werden kann, und daß jeder PNPN-Schalter stabil und zuverlässig angesteuert wird.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 den grundsätzlichen Aufbau eines bereits entwickelten Sprechwegschalters mit PNPN-SchaIterη als Schaltglieder zur Herstellung der Sprechwegej

Fig. 2 eine bereits entwickelte Ansteuerschaltung für Sprechwegschalter nach Fig. Ij

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Pig. 3 die Schaltung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Anordnung zur Gatter-Ansteuerung; und

Fig. 4 bis 7 Schaltungen weiterer Ausführungsbeispiele der Erfindung.

Vor der genauen Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung sei zunächst ein in Pig. I dargestellter, bereits entwickelter Sprechwegschalter erläutert, der PNPN-Schalter als Schaltglieder zur Herstellung von Sprechwegen verwendet, sowie ein in Pig. 2 dargestelltes bereits entwickeltes Verfahren zur Gatter-Ansteuerung eines derartigen Sprechwegschalters.

Fig. 1 zeigt an einem Modell, wie Sprechwege durch einen bereits entwickelten Sprechwegschalter-Aufbau hergestellt werden; der Sprechwegschalter-rAufbau besteht in diesem Fall aus vier PNPN-Schaltern 101 bis 104, die in Form einer Matrix aus zwei mal zwei Schaltern angeordnet sind.

Nach Fig. 1 verbindet eine gemeinsame Anodenleitung 1 die Anoden der PNPN-SchaIter 101 und 102 über einen Anschluß A₁ und einen Transformator 2 mit einer gemeinsamen Gleichspannungsquelle 3. Eine ähnliche Verbindung besteht für die PNPN-Schalter 103 und 104. Eine gemeinsame Kathodenleitung verbindet die Kathoden der PNPN-Schalter 101 und 103 über einen Anschluß K₁, einen Transformator 5* einen Stromeinstellwiderstand 6 und einen Stromschalter 7 mit Erde. Die PNPN-Schalter 102 und 104 sind in ähnlicher Weise an Erde angeschlossen. Ein Steuergatter 8 des PNPN-Schalters ist über eine Diode 9 mit einer gemeinsamen Gatteransteuerleitung 10 verbunden, die wiederum an einen ersten Gatter-An-

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steuereingang G₁ angeschlossen ist. Die Diode 9 dient zur Verhinderung eines Sperrstroms aus der Kathode des PNPN-Schalters 101. Zwischen der Kathode und dem Steuergatter 8 des PNPN-SchaIters 101 liegt ein Widerstand 11, der ein Fehlzünden des PNPN-SchaIters 101 infolge des "Geschwindigkeitseffekts" verhindert. Das Steuergatter des PNPN-SchaIters ist in ähnlicher Weise über eine Diode 16 und eine gemeinsame Gatteransteuerleitung 14 an einen zweiten Gatter-Steuereingang Gp angeschlossen; ferner fet ein weiterer Widerstand 15 dem PNPN-Schalter 103 zugeordnet. Die Steuergatter der PNPN-Schalter 102 und 104 sind ebenfalls an die entsprechenden Eingänge G-, und G₂ angeschlossen.

Wenn nun der Schalter 7 eingeschaltet wird und dadurch eine Gleichspannung aus der Gleichspannungsquelle 3 zwischen der Anode und der Kathode des nichtleitenden PNPN-Schalters 101 anliegt, tritt an der Anode des PNPN-Schalter 101 ein positives Potential und an der Kathode nähe rungs weise Erdpotential auf. Wenn danach am Gattersteuereingang G₁ ein Steuerimpuls in die gemeinsame Gatteransteuer leitung 10 und damit; indas Steuergatter des PNPN-SchaIters 101 eingespeist wird, fließt ein Gatterstrom vom Steuergatter zur Kathode des PNPN-Schalters 101 und schaltet den PNPN-Schalter 101 durch, so daß ein Gleichstrom in Pfeilrichtung (VoIl-Linie) fließt. Wenn der PNPN-Schalter 101 eingeschaltet ist, hält er sich selbst und ermöglicht einen ständigen Stromfluß, bis der Schalter 7 wieder geöffnet wird, obwohl zu diesem Zeitpunkt kein Steuerimpuls mehr vorhanden ist. Dadurch wird ein in einer Signalquelle 12, die einem Handapparat eines rufenden Teilnehmers entspricht, erzeugtes Signal über den Transformator 2 übertragen und dem Gleichstrom aus der Gleichspannungsquelle 3 überlagert und danach über den

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PNPN-Schalter lOl und den Transformator 5 an eine Last 13 übertragen, die einen Handapparat eines gerufenen Teilnehmers darstellt. Gleichzeitig erhöht sich das Kathodenpotential V_K(ein) des leitenden PNPN-SchaIters 101 nahezu bis zum Anodenpotential des PNPN-Schalters 101,da der Spannungsabfall in Durchlaßrichtung des PNPN-Schalters 101 nach dessen Durchschalten in den leitenden Zustand klein ist.

Als nächstes sei der Fall betrachtet, daß der PNPN-Schalter 104 durchgeschaltet wird, um einen strichliniert dargestellten Sprechweg herzustellen. In diesem Fall muß ein über die gemeinsame Gatteransteuer leitung 14 in das Steuergatter des PNPN-Schalters 104 eingespeister Gattersteuerimpuls V_ß kleiner als das genannte Kathodenpotential V_K(ein) sein, so daß der PNPN-Schalter 103 nicht fehlgezündet wird, oder daß kein unerwünschter Rausch- bzw. Störstrom auf dem bereits hergestellten Sprechweg (inVollinie) auftritt. Während des Durchschaltens des PNPN-Schalters 104 kann ein Sperrstrom über den an den PNPN-Schalter 103 angeschlossenen Widerstand 15 aus der Leitung 4 in die Leitung fließen, doch läßt sich dieser unerwünschte Sperrstrom mit Hilfe der Diode 16 verhindern. Mehrere Matrizen, deren jede wie in Fig. 1 angeordnet ist, sind für v^rmittlungsaufgaben über mehrere Stufen zusammengeschaltet.

Fig. 2 zeigt, wie in einer bereits entwickelten Vermittlungsanordnung Sprechwege hergestellt werden, wobei drei Sprechwegschalter hintereinander bzw. in Kaskade geschaltet sind. Drei in Fig. 2 gezeigte PNPN-Schalter 201, 301 und 4oi stellen jeweils einen PNPN-Schalter in einzelnen Sprechwegschaltern dar, deren jeder wie in Fig. 1 aufgebaut ist, d.h. eine Vielzahl weiterer (nicht gezeigter)

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PNPN-Schalter 1st matrixförmig an die Anode und Kathode jedes PNPN-Schalters 201, 301 und 40l angeschlossen.

In Pig. 2 ist das Steuergatter des PNPN-Schalters 201 über eine Diode 9 ^an eine gemeinsame Gatteransteuerleitung 20 angeschlossen, die allen PNPN-SchaIterη gemeinsam ist, deren Anoden in derselben Matrix zusammengeschaltet sind. Diese gemeinsame Gatteransteuer leitung 20 ist über einen Gatterstrom-Stellwiderstand 21 mit einem Gattersteuereingang G₁₁ verbunden, an den ein Gatt er st euer impuls V_Q angelegt wird. Die übrigen PNPN-Schalter 301 und 401 sind in ähnlicher Weise angeschaltet.

Wenn nun ein Gattersteuerimpuls V_G gleichzeitig an die dreitstufig angeordneten PNPN-Schalter 201, 301 und 401 angelegt wird, wird zuerst der in der letzten Stufe liegende PNPN-Schalter 401, dessen Kathodenpotential fast auf Erdpotential liegt, durchgeschaltet, danach die PNPN-Schalter und 302 in dieser Reihenfolge, so daß ein Sprechweg hergestellt wird. Im folgenden wird der Spannungswert des Gattersteuerimpulses Vp und der Widerstandswert des Widerstands diskutiert*

Wenn die PNPN-Schalter leiten, fällt an ihnen eine Durchlaßspannung von 1 bis 1,5 V ab. Das Kathodenpotential des PNPN-S cha lter s 201 in der ersten Stufe, der am weitesten vom PNPN-Schalter 401 in der letzten Stufe entfernt ist, ist am höchsten, so daß das zum Durchschalten dieses PNPN-Schalters 201 benötigte Potential ebenfalls am größten ist. Somit muß der Spannungswert des Gattersteuerimpulses V« groß genug sein, um den PNPN-Schalter 201 in der ersten Stufe zuverlässig durchzuschalten, indem der durch den Gatterstrom ver-

ursachte Spannungsabfall am Widerstand 21 überwunden wird. Andererseits muß die über den Gattersteuereingang G₁₁ an die gemeinsame Gatteransteuerleitung 20 angelegte Spannung kleiner als das Kathodenpotential des leitenden PNPN-Schalters 201 sein, damit ein Störstrom durch andere bereits hergestellte Sprechwege verhindert wird, bzw. damit ein bereits beschriebenes Fehlzünden von nichtleitenden PNPN-Schaltern vermieden wird. Diese Bedingung muß auch für den PNPN-Schalter 401 in der letzten Stufe erfüllt sein, wo das Kathodenpotential am niedrigsten ist. Da sich die Kathodenpotentiale der PNPN-Schalter 201, 301 und 401 in den entsprechenden Stufen voneinander um einen durch den Durchlaßrichtungs-Spannungsabfall an den PNPN-Schaltern gegebenen Betrag unterscheiden, müssen die Spannung des Gattersteuerimpulses v\j und der Widerstandwert des Widerstands 21 in jeder Stufe derart gewählt sein, daß der in den PNPN-Schalter in der ers ten Stufe eingespeiste Gatterstrom nicht kleiner als erforderlich ist, und daß der in den PNPN-Schalter 401 in der letzten Stufe eingespeiste Gatterstrom nicht wesentlich größer als nötig ist.

Diese drei Bedingungen widersprechen sich und eine gleichzeitige Erfüllung dieser einander entgegenlaufenden Bedingungen läßt sich nicht erzielen, wenn die Anzahl der Wegschalter gegenüber der in Fig. 2 gezeigten Anzahl erhöht werden soll« Das Zusammenschalten der Wegschalter über vier bis acht Stufen, damit eine Vermittlungsanordnung hoher Kapazität gebildet wird, ist nur sehr schwer möglich, oder die entsprechenden Stupfen müssen in einem derartigen Fall mit verschieden großen Gatt erst euer impuls en angesteuert werden, ferner müssen die Widerstände 21 in den entsprechenden

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Stufen verschiedene Widerstandswerte aufweisen.

Aus der obigen Beschreibung geht hervor, daß bei dem bereits entwickelten Verfahren zur Gatteransteuerung von Sprechwegschaltern mit PNPN-Schaltern als Schaltgliedern verschieden große Gatterströme über verschieden eingestellte Widerstände zur Gatteransteuerung eingespeist werden müssen, indem verschieden große Gattersteuerimpulse an die entsprechenden Stufen angelegt werden, wenn die Wegschalter über viele Stufen zusammengeschaltet sind. Das bereits entwickelte Verfahren zur Gatteransteuerung weist deshalb sowohl technische als auch wirtschaftliche Nachteile auf, da ein Zusammenschalten der Sprechwegschalter über viele Stufen schwierig ist, wobei eine unnötige Erhöhung der Anzahl der Teile mit unterschiedlichen Eigenschaften und eine unerwünschte Vergrößerung des Zeitaufwands für den Entwurf wegen der verschiedenen Entwurfsschritte, die für die einzelnen Stufen benötigt werden, unvermeidlich sind.

Durch die Erfindung werden die genannten Nachteile vermieden und es wird ein neues undjverbessertes Verfahren zur Gatteransteuerung sowie eine Anordnung der eingangs genannten Art geschaffen, wobei Sprechwegschalter ohne jegliche praktische Schwierigkeit über viele Stufen zusammengeschaltet werden können una ein konstanter Gatterstrom in jede dieser Stufen einspeisbar ist.

Fig. 3 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung zur Gatteransteuerung von Sprechwegschaltern. Um die Darstellung zu vereinfachen, sind in Fig. 3 anodenseitig zusammengeschaltete PNPN-Schalter 501, 601 und 701 aus einer Anzahl von Schaltern, die drei Matrizen bilden, dargestellt.

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Nach Pig. 3 verbindet eine gemeinsame Anodenleitung 1 die Anoden der PNPN-Schalter 501, 601 und γ01 über einen ersten Anodenanschluß A, und einen Transformator 2 mit einer gemeinsamen Gleichspannungsquelle 3. Eine gemeinsame Kathodenleitung 4 verbindet die Kathode des PNPN-Scharters über einen ersten Kathodenanschluß K₁, einen Transformator 5, einen Stromsteilwiderstand 6 und einen Stromschalter 7 mit Erde. Die Kathodender übrigen PNPN-Schalter 601 und 701 sindin ähnlicher Weise geerdet.

Die PNPN-Schalter 501, 601 und 701 sind mit ihren Steuergattern 8 im Vielfach über entsprechende Dioden 9 mit einer einzigen gemeinsamen Gatteransteuer leitung 10 verbunden. Diese gemeinsame Gatteransteuerleitung 10 ist über einen ers. ten Gattersteuereingang G₁ an eine geregelte Konstantstromquelle 30 angeschlossen. Diese geregelte Konstantstromquelle 30 weist auf einen Stromspeisetransistor einen Gatterstrom-Stellwiderstand 32, zwei Spannungsklemmdioden 33 und 34, einen Strombegrenzungswiderstand 35* einen Steuertransistor 36 sowie eine Gleichspannungsquelle 37· Zwischen der Kathode und dem Steuergatter 8 jedes PNPN-Schalters 501, 601 und 70I liegt ein Widerstand 11.

Im Betrieb wird der dem PNPN-Schalter 501 zugeordnete Schalter 7 eingeschaltet und legt die Spannung der Gleichspannungsquelle zwischen der Anode und der Kathode des PNPN-Schalters 501 an, wenn dieser PNPN-Schalter 50I durchgeschaltet werden soll. Danach wird ein in Fig. 3 gezeigter Steuerimpuls an die Basis 38 des Steuertransistors 36 angelegt und macht diesen leitend. Dadurch wird ein Basisstrom in die Basis des Transistors 31 eingespeist, so daß auch dieser eingeschaltet wird. Da gleichzeitig eine Spannung am Widerstand 32 mit Hilfe der Klemmdioden 33 und 34 auf einen kon-

stanten Pegel festgeklemmt wird, wird auch der Emitterstrom des Transistors 3I konstant gehalten, so daß der Kollektorstrom dieses Transistors 31 ebenfalls ein Konstantstrom ist, der das Produkt aus dem konstanten Emitterstrom und dem cv-Stromverstärkungsfaktor des Transistors in Basisschaltung ist. Der Kollektorstrom des Transistors 31 fließt über die gemeinsame Gatteransteuerleitung 10, die einen Sperrstrom verhindernde Diode 9 und den Widerstand 11 in die Kathode des PNPN-Schalters 501. Sobald der Spannungsabfall am Widerstand 11 größer als die Durchlaßrichtungs-Sättigungsspannung des pn-Übergangs zwischen dem Steuergatter 8 und der Kathode des PNPN-Schalters 501 ist, fließt ein Gatterstrom in das Steuergatter 8 des PNPN-Schalters 501 und schaltet diesen ein.

Das Bas is potential des Transistors 31 wird durch die Spannung der Gleichspannungsquelle 37 und den Spannungsklemmpegel der Dioden 33 und Jk bestimmt. Wenn also die Spannung der Gleichspannungsquelle 37 derart gewählt ist, daß das Basispotential des Transistors 31 tiefer als das Kathodenpotential des leitenden PNPN-Schalters 501 ist, ist es völlig unmöglich, daß ein Störstrom in bereits hergestellte Sprechwege eingespeist wird, oder daß irgendein nichtleitender PNPN-Schalter fehlgezündet wird. Dadurch läßt sich die Anzahl der zusammenschaltbaren Stufen auf einen Wert erhöhen, der durch Teilen der Differenz zwischen der Kathodenspannung des PNPN-Schalters im leitenden und im nichtleitenden Zustand durch den Durchlaß-Spannungsabfall

gegeben ist
am PNPN-Schalter.Außerdem läßt sich der Gatterstrom in allen Stufen gleichgroß halten.

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Pig. 4 bis 7 zeigen weitere Ausführungsbeispiele der in der erfindungsgemäßen Anordnung zur Gatteransteuerung von Sprechwegschaltern verwendeten geregelten Konstantstromquelle.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist der geregelten Konstantstromquelle 30 nach Fig. 3 ein npn-Transistor 40 hinzugefügt. Die Arbeitsweise des Ausführungsbeispiels nach Fig.4 stimmt mit jener der geregelten Konstantstromquelle 30 nach Fig.3 völlig ttoerein, jedoch sind die in der Ausgangsstufe angeordneten Transistoren 31 und 40 zu einer Darlington-Schaltung zusammengefaßt. Diese Anordnung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Stromquelle in integrierter Form aufgebaut ist, da in diesem Fall der pnp -Trans is tor 31 einen lateralen Aufbau hat, wobei sein Stromverstärkungsfalctor nicht über einen bestimmten Grenzwert erhöht werden kann.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig.5 sind die Dioden 33 und 34 in der geregelten Konstantstromquelle 30 nach Fig.3 durch eine Spannungsregeldiode 50 ersetzt. Auch die Arbeitsweise dieses Ausführungsbeispiels nach Fig.5 stimmt mit jener der geregelten Konstantstromquelle 30 nach Fig.3 völlig überein, jedoch benötigt die in Fig. 5 gezeigte Schaltung nur eine Diode zur Spannungsklemmung.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig.6 sind der Transistor der Widerstand 32 sowie die Dioden 33 und 34 der geregelten Konstantstromquelle 30 nach Fig. 3 durch zwei Transistoren und 61 sowie durch einen Widerstand 62 ersetzt. Der Transistor 61 ist dabei zur Basis und zum Emitter des Aus-

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gangstransistors 6o derart parallel geschaltet, daß der Kollektorstrom des Transistors 61 durch Vergrößerung bzw. Verkleinerung des Kollektor^usgangsstroms des Transistors vergrößert oder verkleinert werden kann, wodurch der Kollektor-Ausgangsstrom des Ausgangs trans is tors 6o konstant gehalten wird. Dadurch ist der Strom durch den Widerstand im wesentlichen gleich dem Kollektor-Ausgangsstrom des Ausgangstransistors 60, wenn der Stromverstärkungsfaktor des Transistors 60 etwa gMchgroß zum Stromverstärkungsfaktor des Transistors 61 gewählt wird.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 sind der Transistor der Widerstand 32 sowie die Dioden 33 und 34 in der geregelten Konstantstromquelle 30 nach Fig. 3 durch eine Stromregeldiode 70 und einen Transistor 71 ersetzt. Die Arbeitsweise dieses Ausführungsbeispiels ist derart, daß durch Einspeisen eines Steuerimpulses in die Basis 38 des Transistors 36 die Transistoren 36 und 7I durchgeschaltet werden, wodurch auch die Stromregeldiode 70 leitet und einen Konstantstrom in die gemeinsame Gatteransteuer leitung 10, die an die Steuergatter der PNPN-Schalter angeschlossen ist, einspeist. Das Steuergatter jedes PNPN-SchaIters in jeder der zusammengescharceten Stufen kann mit einem konstanten Gatterstrom versorgt werden, da der die Stromregeldiode durchfließende Strom unabhängig von der an die Diode angelegten Spannung konstant gehalten wird.

Aus der vorhergehenden Beschreibung ist ersichtlich,daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren sowie der erfindungsgemäßen Anordnung zur Gatteransteuerung von Sprechwegschaltern 1 χ η PNPN-Schalter in jedem Schalterfeld, die anodenseitig zusammengefaßt sind, mit ihrem Steuergatter über entsprechende Dioden im wesentlichen an eine gemeinsame Gatteransteuer-

leitung angeschlossen sind, und daß eine einzige geregelte Konstantstromquelle, deren Ausgangsstrom durch eine äußere Steuersignalquelle geschaltet werden kann, an diese gemeinsame Gatteransteuerleitung angeschlossen ist und inüas Steuergatter jedes PNPN-Schalters einen konstanten Gatterstrom einspeist. Dadurch läßt sich die Ansteuerung verglichen mit dem bereits entwickelten Verfahren zur Ansteuerung mit einer Konstantspannung stabil und zuverlässig durchführen. Dieser stabile und zuverlässige Betrieb ist darauf zurückzuführen, daß der in jede Stufe eingespeiste Gatterstrom gleichgroß ist. Die erfindunsgemäße Anordnung zur Gattersteuerung von Spreehwegschaltern nach dem beschriebenen Verfahren kann zudem in einfacher Weise entworfen und gefertigt werden, wobei eine unnötige Zunahme von Teilen mit unterschiedlichen Eigenschaften vermieden wird, so daß auch die zum Entwurf benötigte Zeit nicht unnötig erhöht wird.

Da die erfindungsgemäße Gatteransteuerschaltung außerdem zentral an die Kreuzungspunkte der η PNPN-Schalter angeschlossen ist, ist die Anzahl dieser Ansteuerschaltungen wesentlich kleiner als bei den bereits entwickelten Anordnungen, so daß die Ansteuerschaltungen zusammen mit den PNPN -S cha It er η integriert werden können, ohne daß sich die Herstellungskosten merklich erhöhen.

Wenn die geregelte Konstantstromquelle nach Pig.3 und in Form einer integrierten Halbleiterschaltung aufgebaut wird, lassen sich bestimmte, weiter unten genannte Vorteile erzsielen. Wenn in Fig. 3 der Gatteransteuer strom I _t ist, kann der Kollektorstrom des Transistors 31 nach folgender

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Gleichung (1) abgeschätzt werden:

τ j^ ^VFD3 + ^VFD4 - ^VBE
I_gt ^ .

mit Vp-p-j ^V _FD4 = Durchlaßspannungen der Dioden 33 und 34,

^VBE ⁼ ^¹¹¹'⁰¹¹ laßspannung zwischen Basis und Emitter des Transistors 31»

^ = o6 -Stromverstärkungsfaktor des Transistors Jl, und Rp = Widerstandswert des Widerstands 32.

Der Mindest-Gatteransteuerstrom I _t, _mi_n des an den Widerstand 11 angeschlossenen PNPN-SchaIters 501 beträgt dabei

I (2),

mit: V _k = Spannungsabfall zwischen Gatter und Kathode des PNPN-SchaIters 501, und

R₁ = Widerstandswert des Widerstands 11.

Wenn die geregelte Konstantstromquelle nach Fig. 3 in ähnlicher Weise in eine integrierte Halbleiterschaltung umgesetzt wird, gilt:

^VBE ^> ^Vgk

mit: V₁-, =^0,7 V für Siliziumsubstrat.

X¹

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2 5 is 7 7 O 9 - 17 -

Einsetzen der Gleichung (3) in Gleichung (1) ergibt sich:

J? r

^Χ2 ^λ

Durch Einsetzen von oC^'l in Gleichung (1') ergibt sich

Igt «

Die Gleichung (1") bedeutet, daß der Gatteransteuerstrom I , in der Änsteuerschaltung durch die Durchlaßspannung der Diode und den Widerstand bestimmt ist, ebenso wie der Mindest-Gatteransteuerstrom I . . der PNPN-Schalter durch

gt· min

die Gleichung (2) bestimmt ist.

Mit Hilfe der Halbleiter-Integrationstechnik ist es möglich, Schwankungen im Verhältnis von Widerstandswerten oder von Dioden-Durchlaßspannungen innerhalb eines Chips kleinzuhalten. Ferner können die im vorhergehenden Ausftihrungsbeispiel genannten Dioden 33 und 34 durch PN-Übergänge von Transistoren ersetzt werden, die als Zweipol-Bauelemente verwendet werden, außerdem kann die Anzahl der Dioden beliebig, jedoch nicht kleiner als zwei sein.

Wenn, wie bereits gesagt wurde, die in Fig. 3 und k dargestellte erfindungsgemäße Gatter-Ansteueranordnung für Sprechwegschalter als integrierte Hal.bleiterschaltung aufgebaut wird, kann der Widerstandswert des Widerstands 32 zur

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- Io -

Einstellung des Gatterstroms I. dadurch bestimmt werden, daß eine sehr kleine Toleranz eingefügt wird, um Änderungen desoG-stromverstärkungsfaktors ⁹^₁ des Transistors 31 zu berücksichtigen, so daß der Gatteransteuerstrom der PNPN-Schalter bei temperaturbedingten Änderungen des Mindest· Ga tterans teuer Stroms geregelt werden kann; somit ist es also nicht erforderlich, den Gatteransteuerstrom dadurch festzulegen, daß ein Toleranzbereich zur Berücksichtigung von Änderungen des Mindest-Gatteransteuerstroms tvor — gegeben wird.

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Claims

Patentansprüche

Gatter-Ansteuerverfahren für mehrere Sprechwegschalter mit m χ η PNPN-SchaItern als Schaltglieder, in denen je ein PNPN-Schalterfeld darstellende 1 χ η PNPN-Schalter anodenseitig gemeinsam an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen werden,

geken nzeichnet durch

Anschließen von Steuergattern (8) der je ein PNPN-Schalter· feld darstellenden 1 χ η PNPN-Schalter (501, 6θ1, 701) über entsprechende Dioden (9) im wesentlichen an eine einzige gemeinsame Gatteransteuer leitung (10);

Anschließen der gemeinsamen Gatteransteuer leitung (10) an eine einzige geregelte Konstantstromquelle (30), deren Ausgangsstrom durch eine äußere Steuersignalquelle geschaltet werden kann; und

Einspeisen eines Konstantstroms aus der geregelten Konstantstromquelle (50) in das Steuergatter (8) jedes PNPN-SchaIters (501, 601, 701) derart, daß dieser eingeschaltet wird (Fig. 5).
2. Gatter-Ansteueranordnung für mehrere Sprechwegschalter mit m χ η PNPN-SchaItern als Schaltglieder, in denen je ein PNPN-Schaltfeld darstellende 1 χ η PNPN-Schalter anodenseitig gemeinsam an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen sind,

geke η nzeichnet durch

eine Gatteransteuerschaltung mit einem Verbindungsglied zum Anschließen von Steuergattern (8) der je ein PNPN-S cha lterfeld darstellenden 1 χ η PNPN-Schalter (501, 601, 701)

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über entsprechende Dioden (9) im wesentlichen an eine einzige gemeinsame Gatteransteuerleitung (10); und

mit einer einzigen geregelten Konstantstromquelle die an die Gatteransteuerleitung (10) angeschlossen ist und deren Ausgangsstrom durch eine äußere Steuersignalquelle schaltbar ist (Fig. 3).
3. Ansteueranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,daß die Gatteransteuerschaltung aufweist:

einen ersten und einen zweiten Transistor (31* 36); einen ersten und einen zweiten Widerstand (32, 35); eine erste und eine zweite Diode (33* 3²O; und eine Gleichspannungsquelle (37)* wobei angeschlossen sind:

der erste Transistor (31) emitterseitig über eine Reihenschaltung aus dem ersten Widerstand (32) und der Gleichspannungsquelle (37) an Erde, basisseitig an den Kollektor des zweiten Transistors (36) und über die Reihenschaltung aus der ersten und der zweiten Diode (33* 3²O an den Verbindungspunkt zwischen dem ersten Widerstand (32) und der Gleichspannungsquelle (37)* und kollektorseitig an die gemeinsame Gatteransteuerleitung (10), die mit den Steuergattern (8) der PNPN-Schalter (501, 60l, 701) verbunden ist, und

der zweite Transistor (36) emitterseitig an Erde, und mit der Basis (38) an die äußere Steuersignalquelle (Fig. 3).
4. Ansteueranordnung nach Anspruch 3* dadurch gpkennzeichnet, daß das Basispotential des ersten Transistors (31) im leitenden Zustand der PNPN-Schalter (501, 601, 701) niedriger als das Kathodenpotential der PNPN-Schalter (501, 60, 701) gewählt ist (Fig. 3).

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5. Ansteueranordnung räch Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Transistor (31) in der geregelten Konstantstromquelle (30) durch zwei Transistoren (31, 40) in Darlington-Schaltung ersetzt ist (Fig. 3, 4).
6. Ansteueranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Diode (33, 34) in der geregelten KonstantetromqueHe (30) durch eine Spannungsregeldiode (50) ersetzt sind (Fig. 3, 4, 5).
7. Ansteuer,^a nordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die geregelte Konstantstromquelle (30) aufweist:

einen ersten, zweiten und dritten Transistor (60, 36, 61);

einen ersten und zweiten Widerstand (62, 35)j und

eine Gleichspannungsquelle (37), wobei angeschlossen sindj

der erste Transistor (6o) emitterseitig über eine Reihenschaltung aus dem ersten Widerstand (62) mit der Gleichspannungsquelle (37) an Erde, basisseitig über den zweiten Widerstand (35) an den Kollektor des zweiten Transistors (36), und kollektorseitig an die gemeinsame Gatteransteuerleitung (10), die mit den Steuergattern (8) der PNPN-Schalter (501, 60,1 701) verbunden istj

der zweite Transistor (36) emitterseitig an Erde, und mit seiner Basis (38) an die äußere Steuerspannungsquelle; und

der dritte Transistor (61) kollektorseitig an die Basis und basisseitig an den Emitter des ersten Transistors (60), sowie emitterseitig an den Verbindungspunkt der Reihenschaltung des ersten Widerstands (62) mit der Gleichspannungsquelle (37) (Fig. 3, 6).

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8. A nst eueranor dnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die geregelte Konstantstromquelle (30) aufweist:

einen ersten und zweiten Transistor (71, 36);

einen Widerstand(35);

eine Stromregeldiode (70); und

eine Gleichspannungsquelle (37), wobei angeschlossen sind:

der erste Transistor (71) emitterseitig über die Gleichspannungsquelle (37) an Erde, basisseitig über den Widerstand (35) an den Kollektor des zweiten Transistors (36), und kollektorseitig an einen Anschluß der Stromregeldiode (70);

der zweite Transistor (36) emitterseitig an Erde, und mit seiner Basis (38) an die äußere Steuersignalquelle; und

die Stromregeldiode (70) mit ihrem anderen Anschluß an die gemeinsame Gatt eranst euer leitung (10), die mit den Steuergattern (8) der PNPN-Schalter (501, 601, 701) verbunden ist (Fig. 3,7).
9. Gatter-rA nst eueranor dnung für mehrere Sprechwegschalter mit PNPN-SchaIterη als Schaltglieder ,

gekennzeichnet durch

eine integrierte Halbleiterschaltung mit einem Transistor (31), einem Widerstand (32) und zwei PN-Übergang en (33, 3²O, wobei angeschlossen sind·

der Emitter des Transistors (31) an ein Ende des Widerstands (32) und die beiden PN-Übergänge (33, 3²J-) in Reihe zwischen dem anderen Ende des Widerstands (32) und der Basis des Transistors (31), und wobei verwendet werden:

das andere Ende des Widerstands (32) als Anschluß für eine

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Gleichspannungsquelle (37), der Basisanschluß des Transistors (31) zum Einspeisen eines äußeren Steuersignals, und der Kollektoranschluß des Transistors (31) als Anschluß : von.. Steuergattern(8) der PNPN-Schalter (501, 601, 701) (Fig. 3).
10. Ansteueranordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der PN-tJbergänge zwei Dioden verwendet werden.
11. Gatter-Ansteueranordnung für mehrere Sprechwegschalter mit PNPN-Schaltern als SchaItglieder,

geke nnzeichnet durch

eine integrierte Halbleiterschaltung aus zwei Transistoren (31, 40), einem Widerstand (32) und zwei Dioden (33, 34), wobei die beiden Transistoren (31* 40) aus einem ersten Transistor (31) und einem zweiten Transistor (40) zu einer Darlington-Schaltung zusammengeschaltet sind, von der angeschlossen sind: ein Emitter an ein Ende des Widerstands (32), eine Reihenschaltung der beiden Dioden (33, 34) zwischen dem anderen Ende des Widerstands (32) und einem Basisanschluß der Darlington-Schaltung (31* 40), und wobei verwendet werden: das andere Ende des Widerstands (32) als Anschluß für eine Gleichspannungsquelle (37)* der Basisanschluß der Darlington-Schaltung (31, 40) zum Einspeisen eines äußeren Steuersignals, und ein Kollektoranschluß der Darlingtonschaltung (31, 40) zum Anschließen von Steuergattern (8) der PNPN-Schalter (501, 60I, 701) (Fig. 3, 4).

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