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Anordnung zur Übertragung digitaler Signale auf
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einer Übertragungsstrecke Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung
zur Übertragung digitaler Signale auf einer Übertragungsstrecke, deren Ein- und
Ausgänge iiber je einen optoelektronischen Koppler an einen Sender bzw. Empfänger
angeschlossen sind.
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Durch eine galvanische Trennung von Sender und Empfänger kann bei
Übertragungsstrecken eine größere Sicherheit gegen Störungen erreicht werden. Fiir
eine solche Trennung lassen sich optoelektronische Koppler verwenden, die jeweils
eine Lumineszenzdiode als strahlungsemittierendes Element und einen Fototransistor
als Strahlungsempfänger aufweisen. Die maximal mögliche Übertragungsfrequenz auf
der Strecke hängt stark von der Abschaltzeit des Fototransistors ab.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs
erwähnten Gattung derart weiterzuentwickeln, daß die Übertragungsfrequenz mit einfachen
Mitteln erhöht werden kann.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die sendeseitigen
Enden der Leitungen der Übertragungsstrecke je an den Drain-Anschluß eines Feldeffekttransistors
und an einen mit dem Source-Anschluß des Feldeffekttransistors verbundenen niederohmigen
Widerstand angeschlossen sind, daß der Gate-Anschluß
des Feldeffekttransisotrs
an den Hollektor eines Fototransistors des sendeseitigen optoelektronischen Hopplers
gelegt ist, dessen leitender bzw. nichtleitender Zustand den Schaltzustand des Feldeffekttranistors
in umgekehrtem Sinn beeinflußt und dessen Hasiaspannung bei Strahlungsempfang auf
einem an der Grenze der Sättigung oder unterhalb dieser Grenze liegenden Wert durch
eine an ein vorgegebenes Potential gelegte Diode gehalten ist, und daß die Basis
eines in Hollektorschaltung angeordneten Fototransistors des empfangsseitigen optoelektronischen
Hopplers an eine weitere Diode angeschlossen ist, die an ein vorgebbares Potential
gelegt ist, durch das die Basisspannung bei Strahlungsempfang auf einen Wert an
der Grenze der Sättigung oder unterhalb dieser Grenze gehalten wird. Die Anordnung
am sendeseitigen Eingang hat bei hoher Maximalfrequenz eine große Leistungsverstärkung.
Sie eignet sich daher für Übertragungsstrecken mit größeren Entfernungen zwischen
Sender und Emofänger. Weiterhin wird die Schaltzeit des Fototransistors auf der
Empfängerseite wesentlich vermindert. Mit der vorstehend erläuterten Schaltung werden
durch die Beseitigung der Sättigung der Fototransistoren die Abschaltzeiten verkürzt.
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Bei-eine4zweckma.ßigen Ausführungsform ist vorgesehen, daß beim empfängerseitigen
optoelektronsichen Koppler die Basis des Fototransistors über einen Widerstand an
einen Abgriff eines Spannungsteilers gelegt ist, dessen Abgriffspannung für einen
nachgeschalteten Differenzverstärker die Referenzspannung ist, während der andere
Eingang des Differenzverstärkers mit dem Signal am Emitter des Fototransistors beaufschlagt
ist, und daß die Diode mit einem weiteren Abgriff des Spannumgsteilers verbunden
ist, an dem ein unterhalb der Grenze der Sättigung für den Fototransistor liegendes
Potential abgreifbar ist.
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Diese Anordnung zeichnet durch ihren einfachen Aufbau aus.
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Eine zweckmaßige Ausfiihrungsform besteht darin, daß beim sendeseitigen
optoelektronischen Koppler die Basis des Fototransistors einerseits einer einen
hochohmigen Widerstand und andererseits über die Diode und den niederohmigen Widerstand
an eine der Leitungen der Übertragungsstrecke gelegt ist, daß parallel zum niederohmigen
Widerstand eine Diode angeordnet ist und daß der Gate-Anschluß des Feldeffekttransistors
über einen Widerstand mit der anderen Leitung verbunden ist.
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Der Feldeffekttransistor arbeitet im Schalterbetrieb. Werden dem Fototransistor
keine Lichtsignale zugeführt, dann ist der Schalter geschlossen. Der Stromverbrauch
des Fototransistors im leitenden Zustand, in dem der Feldeffekttransistor gesperrt
ist, liegt wesentlich unter dem über den leitenden Feldeffekttransistor fließenden
Strom. Mit der Anordnung läßt sich daher ein großer Signalhub erreichen.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines in einer Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert aus dem sich weitere Merkmale sowie Vorteile
ergeben.
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Eine Anordnung zur Übertragung digitaler Signale auf einer aus zwei
Leitungen 1,2 bestehenden Übertragungsstrecke enthält einen ersten optoelektronischen
Koppler 3, dessen Eingang an einen nicht dargestellten Sender angeschlossen ist.
Die beiden Leitungen 1,2 der Übertragungsstrecke sind ausgangsseitig mit einem zweiten
optoelektronischen Koppler 4 verbunden, dem ein Empfanger 5 nachgeschaltet ist.
Der nicht dargestellte Sender speist die Lumineszenzdiode 6 des Kopplers 3. Der
Fototransistor 7 des Kopplers 3 ist mit dem Ermittler an die Leitung 2 angeschlossen.
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Der Kollektor des Fototransistors 7 steht mit dem Gate-AnschluB eines
Feldeffekttransiators 8 in Verbinduny, dessen Drain-Anschluß an die Leitung 1 gelegt
ist. Der Source-Anschluß des Feldeffekttransistors 8 ist über einen Widorstand 9
an die Leitung 2
angeschlossen. Parallel zum Widerstand 9 liegt
eine Diode 10.
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Zwischen der Leitung 1 und dem Gate-Anschluß ist ein weiterer Widerstand
11 angeordnet. Die Basis des Fototransistors 7 ist einerseits iiber einen Widerstand
12 an die Leitung 2 und andererseits über eine Diode 13 an den Source-Anschluß des
Feldeffekttransistors 8 gelegt.
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Eine Energiequelle 1 speist die aus den Leitungen 1,2 bestehende Übertragungsstrecke.
Die Leitung 1 wird vom positiven Pol der Energiequelle 14 versorgt. Die Diode 10
ist in Bezug auf die Polarität der an der Leitung 1 anstehenden Spannung in Durchlassrichtung
gepolt. Die Diode 13 ist mit ihrer Anode an die Basis des Transistors 7 und mit
ihrer Kathode an den Source-Anschluß angeschlossen.
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Die empfängerseitigen Leitungsenden 15,16 stehen je mit der Lumineszenzdiode
17 des Kopplers 4 in Verbindung. Der Fototransistors 18 ist mit seinem Emitter über
einen Widerstand 19 an Bezugspotential, z.B. Masse 20, gelegt. Der Kollektor des
Fototransistors 18 ist an den positiven Pol 21 einer nicht näher dargestellten Gleichspannungsquelle
angeschlossen. Zwischen der dem Pol 21 und Bezugspotential 20 ist ein aus drei Widerständen
22,23,24 bestehender Spannungsteiler mit zwei Abgriffen 25,26 angeordnet. Die Basis
des Fototransistors 18 ist über einen Widerstand 2 8 mit dem Abgriff 26 zwischen
den Widerständen 23,24 verbunden. An den zwischen den Widerständen 22,23 angeordneten
Abgriff 25 ist eine Diode 27 mit ihrer Kathode angeschlossen. Die Anode der Diode
27 liegt an der Basis des Fototransistors 18.
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Wenn die Lumineszenzdiode 6 keine Strahlung aussendet, befindet sich
der Fototransistor 7 in nichtleitendem Zustand. Der Feldeffekttransistor 8 ist über
den Widerstand 11 an seinem Gate-Anschluß mit positivem Potential beaufschlagt und
befindet sich in leitendem Zustand; in dom der Drain-Source-Strom einer den niederohmig
ausgebildeten Widerstand 9 bzw. die Diode 10 fließt.
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Dieser Strom bringt die Lumineszenzdiode 17 zur Abgabe von Strahlung,
die den Fototransistor 18 leitend steuert.
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Das Verhältnis der Widerstände 22,23 zu dem Widerstand 24 ist so gewählt,
daß der Fototransistor 18, ohne daß er einer Strahlung ausgesetzt ist, einer für
die Sperrung ausreichendes Basispotential erhält. Das Basispotential nimmt durch
die Bestrahlung der Kollektor-Basis-Grenzschicht zu. Hierdurch wird die Diode 27
leitend und begrenzt das Basispotential auf einen Wert, der um den Spannungsabfall
in Durchlaßrichtung größer als das Potential des Abgriffs 25 ist Das Potential des
Abgriffs 25 ist durch eine entsprechende Auswahl der Werte der Widerstände 22,23
so eingestellt, daß die Summe aus diesem Potential und dem Spannungsabfall in Durchlaßrichtung
an der Diode 27 den Grenzwert für die Sättigung des Fototransistors 27 nicht übersteigt.
Der Transistor 27 wird daher unabhängig von der Dauer und der Stärke der von der
Lumineszenzdiode 18 ausgebender Strahlung nicht gesättigt. Am Emitter des leitenden
Fototransistors 18 steht dann ein Potential zur Verfügung, das um den Spannungsabfall
am Widerstand 19 höher als das Bezugspotential ist.
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Wenn die Lumineszenzdiode 6 Strahlung aussendet, wird der Fototransistor
7 leitend und legt den Gote-Anschluß des Feldeffekttransistors 8 an das Potential
der Leitung 2. Der Feldeffekttransistor 8 wird dadurch gesperrt. Der Stromfluß über
die Leitungen 1,2 wird somit unterbrochen, so daß die Lumineszenzdiode 17 nicht
mehr strahlt. Da der Fototransistor 18 nicht im Sättigungsbereich betrieben wird,
geht seine ßasisspannung sehr schnell auf das vom Abgriff 26 vorgegebene Potential
zurück. Am Fototransistor 18 steht dann am Emitter das Potential des Abgriffs 26
an, vermindert um die Basis-Emitter-Flußspannung und den durch den ßaissstrom erzeugten
Spannungsabfall am Widerstand 28.
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Der Feldeffekttransistor 8 schaltet die Spannung auf der Leitung 1,2
mit sehr kurzen Anstiegs- und Abfallflanken. Im Sperrzustand des Feldeffekttransistors
8 fällt das Potential am Source-Anschluß ab, Durch den Anstieg der Basisspannung
des bestehenden Fototransistors 7 wird die Diode 13 leitend. Es fließt ein Strom
über die Diode 13 und den Widerstand 9, der niederohmig ausgebildet ist. Der Wert
des Widerstands 9 ist so bemessen, daß der von der Basis des Fototransistors 7 ausgehende
Strom einen Spannungsabfall erzeugt, der kleiner als die Durchlaßspannung der Diode
10 ist. Infolgedessen kann die ßasisspannung des leitenden Fototransistors 7 auf
einen Wert ansteigen, der nur geringfügig über der Durchlaßspannung der Diode 13
liegt. Dies bedeutet, daß der Fototransistor 7 nicht gesättigt wird.
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Setzt die Strahlung der Lumineszenzdiode 6 aus, dann geht der Fototransistor
7 schnell wieder in den nichtleitenden Zustand
über. Durch die
Vermeidung der Betriebsweise in der Sättigung bei beiden Fototransistoren 7, 18
kann die Übertragungsfrequenz fiir digitale Signale auf den Leitungen 1, 2 erhöht
werden. Beide Fototransistoren arbeiten im Transistorbetrieb, so daß darüber hinaus
eine hohe Signalverstärkung erreicht wird.
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Ein Differenzverstärker 29 ist mit neuen Eingängen jeweils an den
Abgriff 26 und den Emitter des Fototransistors 18 angeschlossen.
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Der Abgriff 26 liefert die Referenzspannung für den Differenzverstärker
29.