DE2704144B1 - Schaltungsanordnung zur UEbertragung von Signalen ueber eine Leitung in ueberspannungsgefaehrdeter Umgebung - Google Patents

Description

• Der lichtemittierenden Diode LED ist eine Diode D antiparallel geschaltet, wodurch Überspannungen, die
• die lichiemittierende Diode LED in Sperrichtung beanspruchen könnten, abgeleitet werden. Um dabei die antiparallel geschaltete Diode D vor Überstrom zu schützen, ist der Widerstand R 5 vorgesehen, der so dimensioniert ist, daß er auch die lichtemittierende Diode LED vor zu hohen Strömen bewahrt.
• Die antiparallel geschaltete Diode D bezieht ständig aus einer Spannungsquelle US2 über einen hochohmigen Widerstand R6 Strom in Flußrichtung. Dadurch werden Restströme des Transistors T kompensiert.
• Außerdem entsteht für die lichtemittierende Diode LED eine Schwelle, die den Störpegelabstand der Schaltungsanordnung zur Signalübertragung (RStr weiter vergrö-Uert.
• Die Gefahr von ljberspannungseinwirkung auf die l.eitung Ltg. kann dann störend sein, wenn die Ader zwischen den Anschlüssen 1-1' betroffen ist. Ist dagegen die andere, geerdete Leitungsader von einer Überspannungseinwirkung betroffen, so werden lediglich die Potentialverhältnisse auf der gesamten Schaltungsanordnung Signalübertragung ÜStr verschoben; die Sende- und Empfangseinrichtungen bleiben aufgrund der galvanischen Trennung in den Optokopplern OK 1 und OK 2 verschont.
• Für den Fall, daß die llochspannungseinwirkung auf die Ader zwischen den Leitungsanschlüssen 1-1' erfolgt, ist ein Überspannungsableiter H direkt an den Leitungsanschlüssen 1-2 vorgesehen, der bei Spannungen, die einen bestimmten Wert (einige hundert Volt) erreicht haben, zündet und die Spannung zur Erde abführt.
• Bevor es jedoch zur Zündung kommt, steht auf der Leitung die Zündspannung an. Außerdem ist beim Zünden mit Wanderwellen zu rechnen. Für diesen Fall ist zum Schutz der Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors T eine Zenerdiode Z vorgesehen, die verhindert, daß eine zerstörende Spannung auskommt.
• Die Zenerdiode ist ihrerseits gegen Überstrom durch den Widerstand R4 geschützt. Des weiteren ist der Widerstand R 3 vorgesehen, der den Transistor 7: wenn er gerade leitend ist, vor Überstrom schützt.

Claims (6)

1. Patentansprüche: 1. Schaltungsanordnung zur Übertragung von Signalen über eine Leitung in überspannungsgefährdeter Umgebung, mit einem einseitig geerdeten Überspannungsableiter in einem Querzweig und einem Optokoppler bei einer Empfangseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (Ltg.) über einen anderen Optokoppler (OK 1) mit einer Sendeeinrichtung (S) verbunden ist, daß zwischen dem anderen Optokoppler (OK 1) und der Leitung (Ltg.) ein Signalverstärker (Transistor p geschaltet ist, daß mindestens eine schwellwertbildende Spannungsquelle (US 1, UX 2) vorgesehen ist, daß weitere spannungsbegrenzende Mittel (Zenerdiode 2; Diode D) im Querzweig vorgesehen sind und daß strombegrenzende Mittel (Widerstände R 3, R 4, R 5) im Längszweig vorgesehen sind.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch I,dadurch gekennzeichnet, daß die spannungs- und strombegrenzenden Mittel (Zenerdiode Z, Überspannungsableiter H, Diode D; Widerstände R 4, R 5) im Quer-und Längszweig eine Kettenschaltung bilden.
3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der mindestens einfach vorgesehenen schwellwertbildenden Spannungsquellen (US1) zwischen Signalübertrager (Optokoppler OK I) und Signalverstärker (Transistor T) geschaltet ist.
4. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der mindestens einlach vorhandenen schwellwertbildenden Spannungsquellen (US2) mit dem Optokoppler (OK2) verbunden ist.
5. 5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die spannungsbegrenzenden Mittel (Zenerdiode 7 Überspannungsableiter H, Diode D) im Querzweig außer einem Überspannnungsableiter (H) mindestens eine Diode (D) und eine Zenerdiode (Z) enthalten, wobei die Diode (D) bei signalfreier Schaltungsanordnung in Flußrichtung beansprucht wird.
6. 6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die strombegrenzenden Mittel im Längszweig Widerstände (R 3, R 4, R 5) sind.

   Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Übertragung von Signalen über eine Leitung in überspannungsgefährdeter Umgebung, mit einem einseitig geerdeten Überspannungsableiter in einem Querzweig und einem Optokoppler bei einer Empfangseinrichtung.

   Aus dem »Technical Disclosure Bulletin«, IBM, Vol. 16, No. 4, Sept. 73, S 1323-1324 ist ein Schleifen und Rufstromdetektor für eine Telefon-Anschlußleitung bekannt, in die zum Schutz gegen Überspannungen einseitig geerdete Überspannungsableiter eingefügt sind. Da handelsübliche Überspannungsableiter erst bei mehreren hundert Volt ansprechen, besteht gegen eingekoppelte Störimpulse von wenigen Volt gar kein Schutz.

   Fernerhin ist aus der FR-OS 22 51 975 ein Verbindungssatz bekannt, in dem eine Widerstands-Zenerdiodenkombination verwendet wird, die einen transistori- sierten Schaltkreis vor Überspannungen schützt.

   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Signale mit einer Leitung in überspannungsgefährdeter Umgebung zu übertragen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im Anspruch 1 genannten Mitteln gelöst.

   Die Optokoppler bewirken eine galvanische Trennung der Leitung sowohl von der Sende- als auch von der Empfangseinrichtung, so daß durch Überspannungseinwirkung bedingte Potentialverschiebungen, soweit diese die gesamte Leitung betreffen, keine Störungen in den angeschlossenen Einrichtungen und bei den übertragenen Signalen auslösen. Der Signalvetstärker hebt den Signalpegel vor der Leitung an, wodurch empfangsseitig der Störabstand verbessert wird. Die spannungs- und strombegrenzenden Mittel sind Bestandteil des Signalverstärkungskreises; sie schützen bei geeigneter Dimensionierung alle an der Übertragung beteiligten Elemente und sie sind an der Schwellwenbildung beteiligt.

   Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die spannungs- und strombegrenzenden Mittel im Quer-und Längszweig der Schaltungsanordnung eine Kettenschaltung bilden. Durch die Kettenschaltung wird eine programmierte stufenweise Abschwächung der Oberspannungseinflüsse sichergestellt.

   Eine andere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß eine der mindestens einfach vorgesehenen schwellwertbildenden Spannungsquellen zwischen Signalübertrager und Signalverstärker geschaltet ist. Dadurch wird einerseits der Störspannungsabstand nochmals erhöht und andererseits wird die stabile Arbeitsweise des Optokopplers und des signalverstärkenden Pegelwandlers gegenüber Temperatur- und Betriebsspannungsänderungen verbessert.

   Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.

   Die Figur zeigt eine Schaltungsanordnung zur Signalübertragung ÜStr von einer Sendeeinrichtung S zu einer Empfangseinrichtung E Die Sendeeinrichtung Sbeeinflußt über einen Lichtemitter einen Phototransistor PT eines Optokopplers OK 1. Der Arbeitswiderstand des Phototransistors, der mit seinem Emitter verbunden ist, ist eine aus zwei Widerständen R I und R 2 gebildete Spannungsteilerschaltung, deren geteilte Spannung einem in Emitterschaltung arbeitenden Transistor T an seiner Basis zugeführt wird. In den Basis-Emitter-Kreis ist eine den Transistor Tsperrende Spannungsquelle US 1 eingefügt, so daß der Transistor T erst dann leitend werden kann, wenn das vom Phototransistor PTgelieferte Signal einen Mindestpegel (Schwellwert) aufweist.

   Beide Maßnahmen, Spannungsteilung und Einfügen einer Signalschwelle, erhöhen die Sicherheit gegenüber Störspannungen und temperaturbedingten Dunkelstromänderungen des Phototransistors PT: Der Kollektorstrom des Transistors T durchfließt, vom Pluspol einer Betriebsspannungsquelle UB kommend. eine überspannungsgefährdete Leitung Ltg. auf einer Ader zwischen Leitungsanschlüssen 2-2', eine lichtemittierende Diode LED eines Optokopplers OK 2, wobei das Signal ausgekoppelt wird, einen Widerstand R 5, eine Ader der überspannungsgefährdeten Leitung Ltg. zwischen Anschlüssen 1'-1 und Widerstände R3, R4.