DE1762547C3 - Elektronischer Schalter für Zeitmultiplex-Nachrichtensysteme, insbesondere für Vermittlungsstellen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrilft einen elektronischen Schalter für Zeitmultiplex-Nachrichtensysteme, insbesondere für Vermittlungsstellen, mit zwei entgegengesetzt hintereinandergeschalteten Transistoren, deren Basen und Emitter jeweils miteinander verbunden sind.

Eines der bei den Zeitmultiplex-Systemen häufig auftretenden Probleme besteht darin, elektronische Schalter mit großer Schallgeschwindigkeit zu verwirklichen, da dies eine der Bedingungen ist, die erfüllt werden müssen, um über eine einzige Leitung eine große Anzahl von Zeitkanälen zu übertragen. Dieses Problem tritt ebenso bei Zeitmultiplex-Fernsprechvermittlungsstellen auf.

Bei einem elektronischen Schalter zur obenerwähnten Anwendung ist die Schaltgeschwindigkeit sowohl durch dessen Schaltungsanordnung als auch durch die Eigenschaften der verwendeten aktiven Bauelementen (Dioden oder Transistoren) bedingt. Außer einer großen Schaltgeschwindigkeit muß der Schalter auch die folgenden elektrischen Eigenschaften aufweisen: sehr kleinen Durchlaßwiderstand zwischen den Klemmen, gute Isolierung gegen Erde, sehr kleine Restspannungen im eingeschalteten Zustand, hohen Widerstand zwischen den Klemmen im geöffneten Zustand. Darüber hinaus ist es erforderlich, daß die Bedingungen auch für den geöffneten Zustand bei Störungen sicher aufrechterhalten werden.

Die bisherigen Schalterausführungen benutzen als aktive Bauelemente sowohl Dioden als auch Transistoren. Werden Dioden angewendet, so benutzt man eine Brückenanordnung, die mittels Spannungsimpulsen gesteuert wird, welche zwischen die beiden, mit der Sprechleitung nicht verbundenen Brückenscheitelpunkte angelegt werden. Verwendet man Transistoren, so werden zwei entgegengesetzt hintereinandergeschaltete Transistoren benutzt, deren Basen bzw. Emitter miteinander verbunden sind und die über die Basis mittels Siromimpdsen gespeist werden. Damit die zweckmäßige Isolierung gegen Erde sowie die Entkopplung vom Steuerimpulsgenerator erzielt wird, steuert man in beiden Fällen den Schalter über einen Transformator.

Zur Gewährung der erforderlichen galvanischen Trennung der Gatterschaltung sieht eine etwas kompliziertere Lösung zwei Phototransistoren an Stelle der üblichen Transistoren vor, die dadurch geschaltet werden, daß man ei.ien Lichtstrahl auf ihre Basis lenkt.

Die besten Ergebnisse bringt die Zweitransistorenmethode, wenn man Transistoren mit kleinem Widerstand, großer Rückwärtsverstärkung und kleinen parasitären Kapazitäten, d. h. mit sehr guten Schalteigenschaften, verwendet. Nachteilig ist dabei jedoch der Entkopplungstransformator, welcher zum Vermeiden von zu großen Verzerrungen in den Steuerimpulsen besonders hochwertig sein und in besonderer Weise aufgebaut sein muß, seine Eigenschaften sollten also denjenigen eines Idealtransformators nahekommen. Trotz den Maßnahmen ist wegen der unerwünschten Kapazität zwischen Primär- und Sekundärwicklung die Entkopplung nicht zufriedenstellend. Außerdem sind weitere Maßnahmen zur Verringerung der Abmessungen des Transformators erforderlich, denn er muß neben Kleinstbauelementen angeordnet werden, die üblicherweise auf gedruckte Schaltungen montiert sind. Der Transformator wirkt sich daher stark auf die Kosten des ganzen elektronischen Schalters aus.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines elektronischen Schalters mit zwei entgegengesetzt hintereinandergeschalteten Transistoren bei dem der Entkopplungstransformator entfällt und alle damit verbundenen obenerwähnten Nachteile also beseitigt werden.

Diese Aufgabe wird bei einem elektronischen Schalter der eingangs erwähnten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß ein Kondensator und zwei Hilfsschalter, welche jeweils entgegengesetzte Lagen einnehmen und gemeinsam durch einen Steuerimpuls umgeschaltet werden und den Kondensator im Sperrzustand des elektronischen Schalters an eine konstante Ladespannungsquelle bzw. im Durchlaßzustand zur Entladung über die Basis-Emitter-Strecken der Transistoren schalten. Der Vorteil dieser Schaltung besteht darin, daß die Transistoren bei gesperrtem Schalter vollständig gesperrt sind und daß die Rückflanke der Abtastimpulse steiler wird, wodurch das Nebensprechen vom nächstfolgenden Kanal wesentlich vermindert wird. Die Transistoren werden dabei mittels eines Stromimpulses zur Sättigung gebracht, der durch die Entladung des Kondensators unmittelbar auf die beiden verbundenen Basen entsteht. Der Kondensator wird abwechselnd an die Anschlußklemmen einer

Quelle einer konstanten Spannung und zwischen Basen und Emitter der Transistoren über zwei elektronische Hilfsschalter geschaltet, deren Schaltzustand immer entgegengesetzt ist und die durch einen gleichen Impuls gesteuert werden. Die vollständige Entkopplung des elektronischen Schalters von der Spannungsquelle im Durchlaßzustand des elektronischen Schal'ers wird durch einen weiteren Hilfsschalter in der zweiten VerbinvÄingsleitung zwischen Spannungsquelle und Kondensator erreicht, wobei auch dieser Hilfsschalter vom gleichen Steuerimpuls wie die beiden anderen Schalter gesteuert wird.

Der Kondensator befindet sich im gemeinsamen Zweig elektrischer Kreise, der eine ist der Ladekreis, über den der Kondensator an der Spannungsquelle aufgeladen wird, wenn die beiden in diesem Kreis befindlichen Hilfsschalter geschlossen sind, der zweite Kreis ist der Entladekreis, mit Hilfe dessen der Kondensator sich über die Basis-Emitter-Strecken der Transistoren entlädt, wenn sieh der im Entladekreis befindliche Hilfsschalter schließt. Dies ist im Durchlaßzustand des elektronischen Schalters der Fall, der dabei zusammen mit dem Kondensator vollständig gegen Erde isoliert wird, weil die beiden Hilfsschalter des Ladekreises geöffnet sind. _2<j

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verläuft der Ladekreis, ausgehend von einer ersten Klemme der Spannungsquelle über den ers'en Hilfsschalter, den Kondensator, einen Widerstand mit einer in Reihe geschalteten Diode, der zwischen Basen und Emitter der Transistoren eingeschaltet ist und einen der Hilfsschalter, der die Basen der Transistoren mit der zweiten Klemme der Spannungsquelle verbindet: zu diesem Zweck wird diese Klemme nicht auf Erdpotential gehalten, sondern auf das Vorspannungspotential der Basen gebracht.

Wenn der zwischen die Emitter und die Basen eingeschaltete Widerstand vom Ladestrom oder von sonstigen Strömen durchflossen wird, entsteht an ihm ein Spannungsabfall, der den Sperrzustand der Transistören gewährleistet. Der Widerstand, dessen Größe sich nach der für die Ladung des Kondensators festgelegten Zeit bestimmt, ist normalerweise kleiner als es im Interesse eines ausreichenden Ba.sisstromes für die Transistoren erwünscht ist, deswegen wird zweckmäßig mit diesem Widerstand eine Diode in Reihe geschaltet, die dem Entladestrom einen großen Widerstand bietet. Der Ladestrom, der keinen wesentlichen Widerstand in der Diode vorfindet, erzeugt am Widerstand einen Spannungsabfall der den elektronischen Schalter rasch in den Sperrzustand umschaltet, so daß die zweite Flanke des Abtastimpulses steiler wird.

Damit der Ladestrom nicht begrenzt wird, liegt im Ladekreis der zweite Hilfsschalter, der den gesamten Widerstand des Ladekreises während des Sperrzustandes des elektronischen Schalters auf ein Minimum reduziert und ihn während des Durchlaßzustandes galvanisch trennt. Der Entladekreis wird dadurch gebildet, daß der nicht mit den Emittern verbundene Kondensatorbelag über den zweiten Hilfsschalter mit den Basen der Transistoren verbunden wird.

Die drei Hilfsschalter werden zweckmäßigerweise aus elektronischen Elementen gebildet.

Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen ergeben sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mi; den Darstellungen eines Ausführungsbeispieles der Erfindung. Es zeigt

Fiel das Prinzip des erfindungsgemäßen elektronischen Schalters;

F i g. 2 stellt eine praktische Ausführungsform der Erfindung.

Tn und Tn sind zwei n-p-n-Transistoren, die in Differenzschaltung mit untereinander verbundenen Basen bzw. Emittern geschaltet sind und die Gatterschaltungen des elektronischer. Schalters darstellen, welcher in der elektrischen Schleife wirkt, die den Generator der Sprechfrequenzen Gf. dessen inneren Widerstand fl^undden Lastwiderstand Ät/umfaßt.

Die drei Hilfsschalter sind durch die drei Kontakte a\, 32. ai dargestellt. Beim Ruhezustand ist ai geöffnet, und a\ und 32 sind geschlossen, so daß sich der Kondensator C auf die Differenz der von den der Gleichspannungsquellen £1 und £2 gelieferten Spannungen auflädt.

Wenn der Impuls Λ-eintrifft, öffnen sich die Kontakte si und 32 und schließt sich der Kontakt ai, der den Kondensator Czwischen die Basen und die Emitter der Transistoren Th und Tn schaltet, so daß diese bis in die Sättigung leitend werden.

Im leitenden Zustand des Schalters gewährleistet der geöffnete Kontakt 32 die Trennung von der Potentialquelle, während im gesperrten Zustand der geschlossene Kontakt 32 die Basen der Transistoren Tn und Tn auf dem negativen Potential £2 hält. Wenn beim gleichzeitigen Schließen der beiden Kontakte a\ und aj der Kondensator C an die Anschlußklemmen des die Spannung £1 und £2 liefernden Generators angeschaltet wird, tritt am Anfang ein starker Ladestrom auf, der einen großen Spannungsabfall am Widerstand R verursacht. Dieser Spannungsabfall führt rasch zum Sperren der beiden Transistoren Tn und Tn: der Abschaltimpuls weist somit eine sehr steile zweite Flanke auf. Nach dem Nullwerden des asymptotisch abnehmenden Ladestromes wird der Sperrzustand der beiden Transistoren Tn, Tn selbst beim Auftreten eventueller Störströme, welche am Emitterwiderstand Reinen Spannungsabfall verursachen,sichergestellt.

In der F i g. 2 sind die gleichen Symbole wie in F i g. I verwendet. Die Kontakte 31, a2, ai sind durch die Diode Ai und die Transistoren A2, Ai ersetzt. Bei Ruhezustand (Klemme Pam Erdpotential) leitet der Transistor A2 in der Sättigung, weil seine Basis über den Spannungsteiler positiv gegenüber dem mit der Spannungsquelle — £2 verbundenen Emitter vorgespannt ist. Der Punkt /1 befindet sich praktisch auf dem Potential £2, so daß die Diode Ai leitend wird und den Ladestrom für den Kondensator C durchläßt. Der Transistor Aj ist gesperrt, weil der Emitter auf dem Potential £1 liegt und die Basis sich wegen einer restlichen Potentialdifferenz an den Anschlußklemmen des Kondensators Ca auf einem gegenüber £1 leicht höheren Potential befindet. In diesem Zustand ist der elektronische Schalter gesperrt, d. h., die Transistoren Th und Tn sind gesperrt.

Wenn ein Stromimpuls Λ eingespeist wird, wird der Transistor A2 gesperrt, wogegen Ai in den Sättigungszustand übergeht und den Kondensator C, der auf eine Potentialdifferenz £' + £2 geladen ist, direkt zwischen die Punkte h, k schaltet.

Die Transistoren Tn, Tn erreichen den Sätiigungszustand, wodurch der Punkt k das durch die Sprechströme bedingte Potential annimmt, das gleich der Potentialdifferenz an den Anschlußklemmen des Kondensators C, nämlich £1 + £2 ist und die Diode Ai gesperrt wird.

Der Widerstand R in F i g. 1 muß einen ausreichend hohen Wert aufweisen, damit der auf die Basen von Tn, Tn eingespeiste Strom nicht nennenswert gedämpft

wird. Dadurch würde jedoch eine rasche Ladung des Kondensators Cvcrhinderl, so daß bei der Lösung nach Fig. 2 der Widerstand Ai durch den kleineren Widerstand A?' mit der in Reihe geschalteten Diode I) ersetzt wird, wobei die Diode D einen großen Widerstandswert gewährleistet, wenn die Transistoren über die Basen gesteuert werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Elektrischer Schalter für Zeitmultiplex-Nachrichtensysteme, insbesondere für VermittlungssteJ-len, mit zwei entgegengesetzt hintereinandergeschalteten Transistoren, deren Basen und Emitter jeweils miteinander verbunden sind, gekennzeichnet durch einen Kondensator (C) und zwei Hilfsschalter {au ai), welche jeweils entgegengesetzte Lagen einnehmen und gemeinsam durch einen Steuerimpuls (L) umgeschaltet werden und den Kondensator (C)im Sperrzustand des elektronischen Schalters an eine konstante Ladespannungsquelle (Ei, Ei) bzw. im Durchlaßzustand zur Entladung über die Basis-Emitter-Strecken der Transistoren (Tn, Tn) schalten.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eine, im Sperrzustand des elektronischen Schalters geschlossene Hilfsschalter (at) zwischen dem einen Pol (Ei) der Spannungsquelle (£1, E2) und dem einen Anschluß des Kondensators (C) liegt, dessen anderer Anschluß mit den Emittern der Transistoren (Tn, Tn) verbunden ist, daß zwischen die Emitter und die Basen der Transistoren ein Widerstand eingeschaltet ist und daß die Basen über einen dritten, im Sperrzustand ebenfalls geschlossenen und vom gleichen Steuerimpuls (u) geschalteten Hilfsschalter (32) mit dem anderen Pol (Ei) der Spannungsquelle verbunden sind.

3. Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der e^sle Hilfsschalter (ai) eine Diode (/4i) ist, daß zwischen die Emitter und die Basen der Transistoren (Tn, Tn) in Reihe mit dem Widerstand (R') eine weitere Diode (D) mit solcher Polung geschaltet ist, dall sie für den Ladestrom des Kondensators (C) einen niedrigen und für seinen Entladestrom einen hohen Widerstand hat, und daß der zweite und der dritte Hilfsschalter (<-», ai) Transistoren (Ai, Ai) sind, deren Basen der Steuerimpuls (L) zugeführt wird.