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B e s c h r e i b u n q
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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Verringerung des
Anreizwiderstandes von Fernsprechgeräten mit einem Anreizzweig parallel zu schleifenstromführenden
Sschal tungstei len des Fernsprechgerätes.
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Im Fernsprechnetz der deutschen Bundespost werden vielfach Wählsternschalter
eingesetzt, um eine vorgegebene größere Anzahl von Hauptanschlüssen mit einer verringerten
Anzahl von Sprechwegen zu kombiniere Vom Wählsternschalter soll während eines Anreizintervalles
vor dem Aufbau der Sprechverbindung geprüft werden, welche Hauptanschlüsse jeweils
durch Abheben des Handapparates - d. h. durch Schließen des Gabelumschalters - betätigt
sind und eine Sprechverbindung herstellen wollen. Diese Prüfung soll mit einem sehr
kleinen Schleifenstrom, dem sogenannten Anreizstrom oder Identifizierungsstrom erfolgen,
um die Gleichspannungsquelle des Fernsprechnetzes nicht zu stark zu belasten. Damit
während des Anreizintervalles ein an den Wählsternschalter angeschlossenes Fernsprechgerät
deutlich als "angeschlossen" erkannt wird, wird von den Geräten, die an Hauptanschlüssen
des Fernsprechnetzes der Bundespost betrieben werden sollen, gefordert, daß der
Gleichstromwiderstand bei derartigen kleinen Schleifenströmen gewisse vorgeschriebene
Werte nicht überschreitet. Der während des Anreizintervalles vorgeschriebene kleine
Gleichstromwiderstand in den Fernsprechgeräten
wird als Anreizwiderstand
bezeichnet.
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Eine weitere Forderung der deutschen Bundespost besteht darin, daß
die Funktion der anzuschließenden Fernsprechgeräte unabhängig von der Polung der
Anschlußleitung sein muß.
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Um die genannten Forderungen zu erfüllen, ist es bekannt, zum Fernsprechqerät
einen Ohmschen Widerstand parallelzuschalten der den Widerstandswert der Parallelschaltung
unter den geforderten Anreizwiderstand bringt. Nachteilig ist es bei dieser bekannten
Schaltungsanordnung, die im Anreizzweig lediglich einen Ohmschen Widerstand enthält,
daß das Fernsprechgerät durch den zugeschalteten Ohmschen Widerstand eine steti,vorhandene
Bedämpfung erfährt, die während einer zustande gekommenen Sprechverbindung unerwünscht
Energie verbraucht.
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Aus DE-PS 31 14 367 ist ferner eine derartige Schaltungsanordnung
bekannt, die im Strompfad des Anreizzweiges zwei Feldeffekttransistoren vom selbstleitenden
Typ enthält, die bei kleinem Schleifenstrom, d. h. während des Anreizintervalles
leiten und damit einen geringen Durchlaßwiderstand aufweisen, und mit zunehmendem
Schleifenstrom ihren Arbeitspunkt gegensinnig ändern, so daß dann ein Feldeffekttransistor
einen hohen Widerstand im Strompfad des Anreizzweiges hat. Dadurch sind die Haupforderungen
der deutschen Bundespost erfüllt, und diese bekannte Schaltungsanordnung besitzt
außerdem bei ansteigendem Schleifenstrom, d. h. nach dem Zustandekommen einer Sprechverbindung,
einen hohen Widerstand im Anreiz zweig, der einen wesentlichen Energieverbrauch
der Schaltung verhindert.
Es hat sich jedoch gezeigt, daß diese
bekannte Schaltungsanordnung in Abhängigkeit von Streuungen der Kenndaten der verwendeten
Transistoren hinsichtlich ihrer Funktion ziemlich stark streut und insbesondere
manchmal nicht in der gewünschten Weise bei größerem Schleifenstrom ausreichend
sperrt.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Schaltungsanordnung der eingangs
genannten Art derart weiterzubilden, daß sie die vom Schleifenstrom durchflossenen
Schaltungsteile eines Fernsprechgeräts während des Anreizzustandes, d h. bei sehr
kleinen Schleifenströmen, niederohmig überbrückt, und bei Verlassen des Anreizzustandes,
d. h. bei zunehmenden Schleifenströmen auch bei Streuungen in dem Kenndaten der
verwendeten Bauteile zuverlässig ausreichend hochohmig wird.
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Diese Aufgabe wird bei der Schaltungsanordnung der eingangs genannten
Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens drei selbstleitende Feldeffekttransistoren
im Anreiz zweig in Serie liegen, daß der mittlere Feldeffekttransistor einen der
beiden äußeren Feldeffekttransistoren entgegengesetzten Leitungstyp besitzt, daß
das Gate des mittleren Feldeffekttransistors polungsunabhängig eine schleifenstromabhängige
Steuerspannung abgreift, und daß das Gate der beiden äußeren Feldeffekttransistoren
mindestens die Drain-Source-Spannung des mittleren Feldeffekttransistors-abgreifend
an den Anreizzweig gelegt ist.
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Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, daß beim Anwachsen
des Schleifenstroms der mittlere der drei selbstleitenden Feldeffekttransistoren
- polungsunabhängig - sperrt, und daß dadurch zusätzlich
einer der
beiden angeschlossenen äußeren Feldeffekttransistoren eine den Stromkanal sperrende
Steuerspannung an seinem Gate erhält. Dieser in den Sperrzustand ausgesteuerte äußere
Feldeffekttransistor erreicht -unabhängig von eventuellen Streuungen seiner Kenndaten
-rasch und zuverlässig einen vollständigen Sperrzustand, so daß die Gefahr eines
nicht ausreichend hohen Widerstandes im Stromkanal des Anreizzweiges beim Ansteigen
des Schleifenstroms (d. h. beim Vorliegen einer Sprechverbindung) sicher beseitigt
ist. Um die Polungsunabhängigkeit zu gewährleisten, ist die Schaltungsanordnung
spiegelsymetrisch zu dem mittleren Feldeffekttransistor aufgebaut. Das Gate des
mittleren Feldeffekttransistors erhält seine Steuerspannung jeweils mit einer solchen
Polarität, daß mit zunehmendem Schleifenstrom - und damit mit zunehmendem Strom
im Strompfad des Anreizzweiges - dieser Transistor zunehmend gesperrt wird. Dadurch
wird auch die Steuerspannung eines der äußeren Transistoren betragsmäßig größer
und sperrt diesen äußeren Transistor dann ebenfalls. Der andere äußere Transistor
wird gleichzeitig in einen zunehmend leitenderen Zustand gebracht. Bei einer Polungsumkehr
der Schaltungsanordnung bleibt die Funktion des mittleren Transistors unverändert,
während sich die Funktion der äußeren Transistoren ebenfalls umkehrt. Die Funktion
der Gesamtschaltung ändert sich dadurch nicht.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt in Serie
zu den drei Feldeffekttransistoren im Strompfad je ein Widerstand, der eine genauere
Einstellung der Steuerspannungen der Transistoren in deren Arbeitspunkt zuläßt.
Mittels dieser Widerstände ist es möglich, entweder die Steuerspannung des mittleren
Transistors als Summe aus Drain-Source-Spannung eines äußeren
Transistors
und des Spannungsabfalls an dem Widerstand vorzugeben, während die Steuerspannungen
der äußeren Transistoren jeweils nur die Drain-Source-Spannung des mittleren und
des anderen äußeren Transistors enthält. Alternativ kann jedoch auch die Steuerspannung
der äußeren Transistoren den Spannungsabfall an den eingefügten Widerständen mit
enthalten.
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Alternativ können jedoch die Gate-Anschlüsse der Feldeffekttransistoren
auch so an den Strompfad des Anreizzweiges angeschlossen sein, daß der mittlere
Transistor jeweils als Steuerspannung nur die Drain-Source-Spannung eines äußeren
Transistors abgreift, während die Gate-Anschlüsse der äußeren Transistoren die Drain-Source-Spannnung
des mittleren Transistors sowie des jeweils anderen äußeren Transistors und den
Spannungsabfall an einem Widerstand enthält.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale
der Unteransprüche gekennzeichnet.
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der
Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Schaltungsanordnung;
Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der Schaltungsanordnung; Fig. 3 eine dritte Ausführungsform
der Schaltungsanordnung; Fig. 4 eine vierte Ausführungsform der Schaltungsanordnung;
Fig. 5 eine fünfte Ausführungsform der Schaltungsanordnung; Fig. 6 eine sechste
Ausführungsform der Schaltungsanordnung;
Fig. 7 eine siebte Ausführungsform
der Schaltungsanordnung; und Fig. 8 eine achte Ausführungsform der Schaltungsanordnung.
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Die Fig. 1 - 8 zeigen acht verschiedene Ausführungsformen der Schaltungsanordnung,
die zur Verringerung des Anreizwiderstandes von Fernsprechgeräten 1 dient. Die Schaltungsanordnungen
besitzen alle einen Anreizzweig 2, der in seinem Strompfad 4 drei selbstleitende
Feldeffekttransistoren T1, T2, T3 besitzt, deren Drain-Source-Strecken in Serie
liegen. Der mittlere der drei Feldeffekttransistoren ist von dem einen Leitungstyp,
dargestellt ist jeweils der p-Leitungstyp. Die beiden anschließenden äußeren Feldeffekttransistoren
T1 und T3 sind vom anderen Leitungstyp, in den dargestellten Beispielen vom N-Typ.
An die beiden äußeren, Transistoren T1 und T3 schließt sich je ein Widerstand R1
bzw. R2 an.
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Die beiden freien Anschlüsse der Widerstände R1 und R2 bilden die
Enden des Strompfades des Anreizzweiges, der parallel zu Schleifenstrom führenden
Schaltungsteilen des Fernsprechgeräts liegt, die in den dargestellten Beispielen
als Fernsprechgerät 1 bezeichnet sind.
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Allen Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 1 - 8 ist gemeinsam, daß das
Gate des mittleren Feldeffekttransistors T2 polungsunabhängig eine schleifenstromabhängige
Steuerspannung abgreift. Für diesen Zweck ist das Gate des mittleren Feldeffekttransistors
T2 über eine vorgegeben gepolte Diode D1 so mit dem Anreiz zweig 2 verbunden, daß
mindestens die Drain-Source-Spannung des einen äußeren Feldeffekttransistors T1
abgegriffen wird.
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Ober eine entgegengesetzt gepolte Diode D2 wird mindestens die Drain-Source-Spannung
des anderen äußeren Feldeffekttransistors T3 abgegriffen. Je nach Polung der Schaltungsanordnung
liegt daher mindestens die Drain-Source-Spannung des Transistors T1 oder die Drain-Source-Spannung
des Transistors T3 als Steuerspannung (Gate-Source-Spannung) am Transistor T2 an,
der diese Steuerspannung somit polungsunabhängig zugeführt erhält. In den Schaltungsanordnungen
gemäß den Figuren 2, 4, 7 sind die beiden Anschlüsse des Gates des mittleren Transistors
T2 über je eine Diode, die einander entgegengesetzt gepolt sind, unmittelbar nach
den äußeren Transistoren T1, T3 mit dem Anreiz zweig verbunden und greifen daher
als Steuerspannung jeweils nur die Drain-Source-Spannung eines der Transistoren
T1, T 3 ab. In den Schaltungsanordnungen gemäß den Figuren 1 und 3 ist das Gate
des mittleren Transistors T2 über jeweils eine Diode so an den Anreizzweig gelegt,
daß zusätzlich zu der Drain-Source-Spannung eines äußeren Transistors T1, T3 noch
der Spannungsabfall an dem Widerstand R1 bzw. R2 als Source-Gate-Spannung abgegriffen
wird. In den Schaltungsanordnungen gemäß den Figuren 5, 6 sowie 8 ist der Gate-Anschluß
des mittleren Transistors T2 unsymmetrisch über jeweils eine Diode so an den Anreizzweig
2 gelegt, daß bei der einen Polung der Schaltungsanordnung nur die Drain-Source-Spannung
eines äußeren Transistors T1 bzw. T3, bei der anderen Polung dagegen die Drain-Source-Spannung
eines äußeren Transistors und die Spannung an einem Widerstand als Steuerspannung
am-Gate zur Verfügung steht.
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Das Gate der beiden äußeren Feldeffekttransistoren T1, T3 ist so an
den Anreizzweig gelegt, daß mindestens
die Drain-Source-Spannung
des mittleren Feldeffekttransistors T2 abgegriffen wird. In den Schaltungsanordnungen
gemäß Figur li 4 und 8 wird über geeignet gepolte Dioden D3, D4 jeweils nur die
Drain-Source-Spannung des mittleren Transistors T2 und des jeweils anderen äußeren
Transistors T1 bzw. T3 abgegriffen und als Steuerspannung an den betreffenden äußeren
Transistor T1 oder T3 gelegt. In den Figuren 2 und 3 enthält die von dem Gate der
äußeren Transistoren abgegriffene Steuerspannung außerdem noch einen am Serienwiderstand
R1, R2 abfallenden Spannungsanteil. In den Figuren 5, 6 und 7 greift das Gate eines
äußeren Transistors zusätzlich noch den Spannungsabfall an dem Widerstand R1 bzw.
R2 ab, die Steuerspannung des anderen äußeren Transistors enthält dagegen diesen
zusätzlichen Spannungsanteil nicht.
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Die Widerstände R1, R2 sind in einer alternativen Ausführungsform
(nicht dargestellt) variabel, um einen genauen Abgleich der Arbeitspunkte der drei
Transistoren T1, T2, T3 zu ermöglichen. Alternativ können die Widerstände R1 und
R3 auch vollständig entfallen.
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Unter Anreizzweig 2 wird der Strompfad aus Widerstand R1, den Drain-Source-Strecken
der Transistoren T1, T2, T3 und dem Widerstand R2 verstanden.
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Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnungen gemäß den Figuren 1 -
8 ist folgende: Während des Anreizintervalles, wenn der sogenannte Anreiz-oder Identifizierungsstrom
von z.B. 120 pA fließt, sind die drei in Serie liegenden Transistoren - aufgrund
ihrer selbstleitenden Bauart - leitend und besitzen einen
geringen
Durchlaßwiderstand in der Source-Drain-Strecke, wenn z.B. der Handapparat des Fernsprechgeräts
abgehoben und der Gabelumschalter dadurch geschlossen ist, wodurch das Herstellen
einer Sprechverbindung im Wählsternschalter signalisiert wird. Kommt eine Sprechverbindung
zustande, so erhöht sich der Schleifenstrom. Bei der Erhöhung des Schleifenstroms
nimmt die Steuerspannung des mittleren Transistors T2 (Gate-Source-Spannung), welche
mindestens die Drain-Source-Spannung eines äußeren Transistors T1 oder T3 und gegebenenfalls
einen Spannungsabfall über R1 oder R2 enthält, entsprechend zu und sperrt den mittleren
Transistor, wodurch dessen Drain-Source-Spannung ansteigt. Mit diesem Anstieg wächst
auch die Steuerspannung an einem der äußeren Transistoren T1, T3, so daß einer dieser
Transistoren in einen vollständigen Sperrzustand gesteuert wird und den Anreizzweig
in gewünschter Weise ausreichend hochohmig macht.
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Die Dioden D3 und D4 sind Schutzdioden. Der Leitungstyp der Transistoren,
entweder n-Kanal oder p-Kanal, ist tauschbar. Es müssen dann lediglich alle Dioden
entgegengesetzt gepolt werden.