DE1190034B - Elektronische Torschaltung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

H03k

Deutsche Kl.: 21 al -36/18

Nummer: 1190 034

Aktenzeichen: G 35805 VIII a/21 al

Anmeldetag: 28. August 1962

Auslegetag: 1. April 1965

Die Erfindung betrifft eine elektronische Torschaltung, die aus einem Transistor mit einer ersten und einer zweiten Elektrode, zwischen denen ein Strompfad in Abhängigkeit von einem Steuersignal hergestellt werden kann, welches auf eine Steuerelektrode des Transistors gegeben wird, wobei die erste und die zweite Elektrode durch einen ersten bzw. zweiten Gleichrichter mit einem gegebenen Punkt verbunden sind, und aus einem Netzwerk zum Anlegen des Steuersignals zwischen der Steuerelektrode des Transistors und dem gegebenen Punkt auf Grund eines Schaltungssignals besteht.

Torschaltungen gemäß dieser Erfindung können z. B. als Kanaltore in einem Sender eines Pulscodemodulation-Verbindungssystems verwendet werden. In einem solchen System arbeitet ein Gerät an der Sendeklemme, um eine Vielzahl ankommender Hörfrequenzsignale, die es über das System senden soll, abzunehmen. Hörfrequenzsignale werden abwechselnd in häufigen, regelmäßig wiederkehrenden Zeitpunkten abgenommen, indem jedes der Hörfrequenzsignale auf ein diesem Signal zugeordnetes Kanaltor geliefert wird und die Kanaltore in dem erforderlichen Wechsel mit der erforderten Frequenz geöffnet werden, um die ankommenden Leitungen, über die die Hörfrequenzsignale geliefert werden, wahlweise mit einer gemeinsamen Leitung in dem Gerät zu verbinden. Das auf dieser gemeinsamen Leitung erscheinende Signal ist dann ein pulsaraplitudenmoduliertes Signal, in dem jeder Puls ein Abbild eines der Hörfrequenzsignale ist, wobei die Amplitude und die Polarität des Pulses die Amplitude bzw. die Polarität ist, die das entsprechende Hörfrequenzsignal in dem Augenblick der Abnahme hatte, d. h. in dem Augenblick, in dem das entsprechende zugehörige Kanaltor geöffnet war.

Von jedem Kanaltor wird zweckmäßigerweise unter anderem gefordert, daß, bei offenem Kanaltor und wenn kein Signal zugeführt wird, die zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Kanaltores erscheinende Spannung so klein wie möglich sein soll. Diese Forderung wird bei bekannten Torschaltungen nicht immer zufriedenstellend erfüllt. Bekannte Torschaltungen benötigen eine getrennte Vorspannungsquelle, um den Transistor während der Abwesenheit eines Schaltsignals gesperrt zu halten. Außerdem sind bei bekannten Torschaltungen keine Mittel dafür vorgesehen, um eine mangelnde elektrische Symmetrie im Transistor auszugleichen, die eine Restspannung zwischen den Klemmen der Torschaltung auf Grund des Schaltsignals zur Folge hat.

In der vorliegenden Erfindung wird nunmehr eine Elektronische Torschaltung

Anmelder:

The General Electric Company Limited, London

Vertreter:

Dr.-Ing. H. Ruschke und Dipl.-Ing. H. Agular» Patentanwälte, München 27, Pienzenauer Str. 2

Als Erfinder benannt:

Peter Wells, Wembley, Middlesex

(Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 31. August 1961 (31 383) - -

elektronische Torschaltung vorgeschlagen, die diese Nachteile ausschließt und dadurch gekennzeichnet ist,

as daß das Netzwerk aus einem ersten und einem zweiten Pfad besteht, die parallel zwischen der Steuerelektrode und dem gegebenen Punkt liegen, daß der erste Pfad einen Gleichrichter und der zweite Pfad eine Kapazität in Reihe mit der Sekundärwicklung eines Übertragers aufweist, auf dessen Primärwicklung das Schaltsignal gegeben wird, und daß das Netzwerk derart bemessen ist, daß die Kapazität über den Gleichrichter aufgeladen wird, während das Schaltsignal vorhanden ist und die Torschaltung während

der Abwesenheit des Schaltsignals von einem Signal gesperrt gehalten wird, das von der in der Kapazität gespeicherten Ladung abgenommen wird. Diese Kapazität liefert demnach in dem genannten Zeitraum die obenerwähnte Vorspannung.

Bei der nunmehr vorgeschlagenen Torschaltung sind außerdem die erste und die zweite Elektrode über den ersten bzw. zweiten Gleichrichter mit den beiden entsprechenden Enden einer Impedanz verbunden, und eine Anzapfung an der Impedanz bildet

den genannten gegebenen Punkt und ist so gewählt, daß, wenn das Steuersignal bewirkt, daß die Torschaltung leitend ist, praktisch keine Spannungsdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Elektrode auf Grund des Steuersignals besteht.

Der Transistor der elektronischen Torschaltung ist vorzugsweise ein symmetrischer Transistor. Unter einem »symmetrischen Transistor« soll ein Transi-

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stör verstanden werden, der eine Basiselektrode und zwei weitere Elektroden besitzt, wobei die beiden weiteren Elektroden nur in der Art zu unterscheiden sind, in der sie polarisiert sind, so daß jede der weiteren Elektroden als Emitterelektrode arbeiten kann, wobei dann die andere weitere Elektrode als Kollektorelektrode arbeitet. Die Eigenschaften des Transistors sind etwa die gleichen, unabhängig davon, welche dieser beiden Anordnungen verwendet wird.

Zwei elektronische Torschaltungen gemäß der vorliegenden Erfindung werden jetzt als Beispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben, in der Fig. 1 die erste Torschaltung zeigt, und

Fig. 2 einen Teil der zweiten Torschaltung zeigt.

Wie in Fig. 1 zu sehen ist, enthält die erste Torschaltung einen symmetrischen Transistor 1 mit einer Basiselektrode 2 und zwei weiteren Elektroden 3 und 4, wobei die weitere Elektrode 3 mit einer Eingangsklemme 5 der Torschaltung und die weitere Elektrode 4 mit einer Ausgangsklemme 6 der Torschaltung verbunden sind. Die weitere Elektrode 3 ist außerdem über ein Gleichrichterelement 7 und eine parallel dazu liegende Kapazität 8 mit einem Ende eines Widerstandes 9 verbunden, und die weitere Elektrode 4 ist über ein Gleichrichterelement 10 und eine parallel dazu liegende Kapazität 11 mit dem anderen Ende des Widerstandes 9 verbunden.

Die Torschaltung besitzt ein Paar Steuerklemmen 12, die entsprechend mit den beiden Enden der Primärwicklung 13 eines Übertragers 14 verbunden sind, der eine Sekundärwicklung 15 aufweist. Die Wicklung 15 liegt in Reihe mit einer Kapazität 16 zwischen einem veränderlichen Anzapfungspunkt 17 an dem Widerstand 9 und einem Mittelpunkt 18. Der Punkt 18 ist mit der Basiselektrode 2 des Transistors 1 über eine Parallelschaltung einer Kapazität 19 und eines Widerstandes 20 verbunden.

Zwischen dem Anzapfungspunkt 17 und dem Punkt 18 liegt außerdem ein Widerstand 21 und ein Gleichrichterelement 22, die parallel zueinander liegen. Das Gleichrichterelement 22 liegt mit seiner Kathodenklemme am Punkt 18, während die Gleichrichterelemente 7 und 10 mit ihren Kathoden an den weiteren Elektroden 3 bzw. 4 des Transistors 1 liegen.

Der Betrieb der Torschaltung ist wie folgt: Um die Torschaltung durchlässig zu machen, wird ein Steuerimpuls geeigneter Polarität (negativ wenn der Basisbereich des Transistors 1 aus einem Material der η-Leitfähigkeit hergstellt ist) zwischen den Steuerklemmen 12 angelegt. Dieses hat zur Folge, daß die Sperrschicht zwischen der weiteren Elektrode 3 und der Basiselektrode 2 und die Sperrschicht zwischen der weiteren Elektrode 4 und der Basiselektrode 2 des Transistors 1 und außerdem die Gleichrichterelemente 7 und 10 in der Durchlaßrichtung unter Vorspannung liegen. Der anfänglich von dem Transistor 1 erforderte hohe Strom, um die gespeicherte Ladung in den Basisbereich zu schaffen, wird schnell von der Kapazität 19 geliefert. Danach wird für den Rest der Dauer des Steuerimpulses der an den Transistor 1 gelieferte Basisstrom durch den Widerstand 20 auf einen vergleichsweise kleinen Wert begrenzt, ist jedoch ausreichend groß, um jede der Transistorsperrschichten in der Durchlaßrichtung unter Vorspannung bei Anwesenheit des höchsten erwarteten Signalstromes zu erhalten.

Für die Dauer des Steuerimpulses liegt deshalb zwischen den Klemmen 5 und 6 ein Pfad mit einem niedrigen Widerstand über die weiteren Elektroden 3 und 4 des Transistors 1. Gleichzeitig wurden zwei Schleifen mit niedriger Impedanz für den Schaltstroni geschaffen, wobei diese Schleifen über die Gleichrichterelemente 7 und 10 und den Widerstand 9 führen, wobei der Strom zwischen diesen beiden Schleifen in Abhängigkeit von der Stellung der Anzapfung 17 an dem Widerstand 9 aufgeteilt wird. Um sicherzustellen, daß keine Spannung zwischen den Klemmen 5 und 6

ίο erscheint, wenn die Torschaltung leitend ist, und kein Signal an der Klemme 5 liegt, muß der Schaltstrom zwischen den beiden Schleifen im Verhältnis der Stromverstärkungen zwischen den weiteren Elektroden 3 und 4 und der Basiselektrode 2 des Transits stors 1 aufgeteilt werden.

Die Torschaltung bleibt für die Dauer des Steuerimpulses leitend, und während dieses Zeitraumes lädt sich die Kapazität 16 über das Gleichrichterelement 22.

ao Wenn der Steuerimpuls endet, wird eine Spannung an dem Widerstand 21 auf Grund der Entladung der Kapazität 16 liegen, wobei diese Spannung in umgekehrter Richtung zu der liegt, die vorher auf Grund des Steuerimpulses vorhanden war. Das bedeutet, daß

as die Sperrschicht zwischen der weiteren Elektrode 3 und der Basiselektrode 2 und die Sperrschicht zwischen der weiteren Elektrode 4 und der Basiselektrode 2 des Transistors 1 und auch die Gleichrichterelemente 7 und 10 in der Sperrichtung unter Vorspannung stehen. Die in dem Basisabschnitt des Transistors 1 gespeicherte Ladung wird schnell durch die Kapazitäten 8 und 11 entfernt. Der Pfad zwischen den weiteren Elektroden 3 und 4 des Transistors 1 wird deshalb schnell einen hohen Widerstand annehmen, so daß die Torschaltung gesperrt ist.

Die Spannung an dem Widerstand 21 wird zwK sehen den Gleichrichterelementen 7 und 10 und den Sperrschichten des Transistors 1 aufgeteilt, so daß es notwendig ist, daß die Impedanzen dieser Elemente so gewählt sind, daß jedes eine ausreichende Vorspannung in Sperrichtung hat. Insbesondere bestimmt die Sperrvorspannung an den Sperrschichten des Transistors 1 die Spitzensignalspannung, die an die Klemmen 5 und 6 angelegt werden kann, ohne daß die Torschaltung unerwünschterweise leitend wird. Da die Spannung an dem Widerstand 21 außerdem eine Folge der Entladung der Kapazität 16 ist, ist es notwendig, die Zeitkonstante lang im Vergleich zu dem Zeitraum zu machen, für den die Torschaltung erwünschtermaßen gesperrt bleiben soll.

Wenn die Torschaltung gesperrt ist, kann etwas Signalstrom von der Eingangsklemme 5 zu der Ausgangsklemme 6 über die Kapazitäten 8 und 11 fließen, so daß es zweckmäßig ist, die Werte der Kapazitäten 8 und 11 klein genug zu machen, um einen hohen Serienblindwiderstand für die Signalfrequenzen zu erhalten. Es ist nicht notwendig, daß der Transistor 1 symmetrisch ist, obwohl dies eine bevorzugte Anordnung ist. Wenn der Transistor 1 unsymmetrisch ist, wird das Verlangen nach Symmetrie durch die Stellung der Anzapfung 17 an dem Widerstand 9 kompensiert.

In der zweiten zu beschreibenden Torschaltung ist, wie Fig. 2 der Zeichnung zeigt, der Transistor 1 durch ein Paar ähnlicher Flächentransistoren 23 und 24 ersetzt, von denen jeder Basis-, Kollektor- und Emitterelektroden aufweist. In der zweiten Torschaltung treten die Transistoren 23 und 24 der F i g. 2 an

■die Stelle des Transistors! in Fig. 1. In der zweiten Torschaltung sind die Basiselektroden der Transistoren 23 und 24 miteinander und mit der Kapazität 19 und dem Widerstand 20 verbunden. Auf ähnliche Weise sind dann zweckmäßigerweise die KoI-lektorelektroden der Transistoren 23 und 24 miteinander verbunden, und die beiden Emitterelektroden sind an die Klemmen 5 und 6 angeschlossen. Nach einer anderen Möglichkeit können die Emitterelektroden der Transistoren 23 und 24 miteinander verbunden und die Kollektorelektroden an die Klemmen 5 bzw. 6 angeschlossen werden.

Der Betrieb ist ähnlich dem vorher beschriebenen, wobei alle vier Sperrschichten der Transistoren 23 und 24 in Durchlaßrichtung unter Vorspannung stehen, wenn die Torschaltung leitend ist, und mindestens die beiden Sperrschichten nahe den Klemmen 5 und 6 in Sperrichtung unter Vorspannung stehen, wenn die Torschaltung gesperrt ist.

Claims (7)

20 Patentansprüche:

1. Elektronische Torschaltung, bestehend aus einem Transistor mit einer ersten und einer zweiten Elektrode, zwischen denen ein Strompfad in Abhängigkeit von einem Steuersignal hergestellt werden kann, welches auf eine Steuerelektrode des Transistors gegeben wird, wobei die erste und die zweite Elektrode durch einen ersten bzw. zweiten Gleichrichter mit einem gegebenen Punkt verbunden sind, und aus einem Netzwerk zum Anlegen des Steuersignals zwischen der Steuerelektrode des Transistors und dem gegebenen Punkt auf Grund eines Schaltsignals, dadurch gekennzeichnet, daß das Netzwerk aus einem ersten und einem zweiten Pfad besteht, die parallel zwischen der Steuerelektrode und dem gegebenen Punkt liegen, daß der erste Pfad einen Gleichrichter und der zweite Pfad eine Kapazität in Reihe mit der Sekundärwicklung eines Übertragers aufweist, auf dessen Primärwicklung das Schaltsignal gegeben wird, und daß das Netzwerk derart bemessen ist, daß die Kapazität über den Gleichrichter aufgeladen wird, während das Schaltsignal vorhanden ist und die Torschaltung während der Abwesenheit des Schaltsignals von einem Signal gesperrt gehalten wird, das von der in der Kapazität gespeicherten Ladung abgenommen wird.

2. Elektronische Torschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Elektrode über den ersten bzw. zweiten Gleichrichter mit den beiden entsprechenden Enden einer Impedanz verbunden sind, daß eine Anzapfung an der Impedanz den gegebenen Punkt bildet und die Anzapfung so gewählt ist, daß, wenn das Steuersignal bewirkt, daß die Torschaltung leitend ist, praktisch keine Spannungsdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Elektrode auf Grund des Steuersignals besteht.

3. Elektronische Torschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor ein symmetrischer Transistor ist.

4. Elektronische Torschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor durch zwei gleichartige Transistoren ersetzt wird, von denen jeder eine Steuerelektrode und erste und zweite weitere Elektroden aufweist, daß die Steuerelektroden der beiden Transistoren miteinander verbunden sind und die Strompfade zwischen entsprechenden ersten und zweiten weiteren Elektroden der beiden Transistoren gegensinnig in Reihe geschaltet sind.

5. Elektronische Torschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitkonstante der Entladung der Kapazität lang im Vergleich zu der Periode ist, in der die Torschaltung gesperrt bleiben soll.

6. Elektronische Torschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Gleichrichter durch eine Kapazität überbrückt ist, deren Reaktanz sehr groß ist bei der Frequenz des zwischen den Eingangs- und Ausgangsklemmen angelegten Signals.

7. Kanaltor in einem Pulscodemodulation-Verbindungssystem, das durch eine Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche gebildet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1 041530,
1064608, 1061823.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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