DE2843213A1 - Schaltungsanordnung zur spannungsbegrenzung - Google Patents
Schaltungsanordnung zur spannungsbegrenzungInfo
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- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
- H02H9/04—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage
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Description
- Schaltungsanordnung zur Spannungsbegrenzung
- Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Spannungsbegrenzung insbesondereßfür Fernmelde-oder Fernsprechanlagen zum Schutz von an zweiadrigen Signal-bzw.Sprechadern angeschlossenen Einrichtungen wie elektronische Koppelkontakte, Sende-und Empfangseinrichtungen, usw. gegen Überspannungen, wobei aus Halbleitern gebildete steuerbare Ableitstrecken mit jeweils zwei Anschlüssen verwendet werden, deren Leitfähigkeit unterhalb einer bestimmten Schwellenspannung gering und oberhalb dieser hoch ist.
- Elektronische Einrichtungen, die an Signal-oder Sprechadern angeschlossen sind, wie beispielsweise elektronische Koppelpunkte, Sende-und Empfangseinrichtungen für MFV-(Mehrfrequenzverfahren-) Wahl usw.
- können durch auf den Leitungen auftretende Störspannungen beschädigt werden, besonders wenn diese Einrichtungen aus integrierten Schaltungen aufgebaut sind.
- Die Störspannungen können sowohl symmetrisch auf den beiden Adern auftreten, wobei diese auf der durch einen Übertrager von der zu schützenden Einrichtung (beispielsweise Koppelpunkt) getrennten Anschlußleitung durch Ruf strom, ummernschaltimpulse, Bremdspannungsbeeinflussung, Blitzschlag usw. erzeugt werden, als auch unsymmetrisch durch euf nur eine Ader eingestreut durch parasitäre Effekte und Streukapazitäten gebildet werden.
- Bestehen die zu schützenden Einrichtungen aus integrierten Schaltungen, so können diese nur geringe Signalspannungen in der Größenordnung von wenigen Volt verarbeiten. Uberspannungsspitzen, welche diesen Wert überschreiten, habe dagegen bereits einen Durchbruch der Halbleitersperrschichten der integrierten Schaltungen und damit deren Zerstörung zur Folge.
- Die Forderungen, die an eine Schaltungsanordnung zur Spannungsbegrenzung zu stellen sind, sind mit einfachen Bausteinen wie Dioden und Zenerdioden nicht ohne weiteres zu erfüllen, da bei normalen Signalspannungen eine möglichst geringer Ableitstrom und damit eine niedrige Einfügungsdämpfung gefordert wird, andererseits bei berschreiten der zulässigen Signalspannung ein ausreichender Ableitstrom zum Abflachen der Störspannungen erzielt werden soll.
- Eine derartige Schaltungsanordnung wird bereits in der DE-OS 26 54 419 beschrieben. Dabei wird von einer steuerbaren Halbleiterstrecke ausgegangen, die über ihre Steuerelektrode von einer Reihenschaltung mehrerer Dioden, deren eines Ende mit der Steuerelektrode und deren anderes Ende mit einem der beiden Anschlüsse der Halbleiterstrecke verbunden ist, oberhalb der Summenschleusenspannung der Dioden in den leitenden Zustand steuerbar ist.
- Dem Anspruch 5 lassen sich auch Hinweise entnehmen, durch welche Maßnahmen ein sehr scharfer Knick der Spannungsbegrenzung erzielt werden kann. Es werden jedoch keine Angaben darüber gemacht, wie die in der Zeichnung dargestellten Schutzschaltungen an den Signal-oder Sprechadern anzuschließen sind. Außerdem geht aus der Beschreibung auch nicht hervor, ob die dort erwähnten Schutzschaltungen auch zur Ableitung von unsymmetrischen Störspannungen geeignet sind.
- Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, eine-Schaltungsanordnung anzugeben, welche die beschriebenen Forderungen erfüllt und auch zur Ableitung von unsymmetrischen Störspannungen geeignet ist.
- Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß -vier gleichartige Ableitstrecken vorhanden sind, welche jeweils antiparallel paarweise mit dem einen Anschluß je an einer Signal-oder Sprechader angeschlossen sind, während der andere Anschluß aller Ableitstrecken an einem gemeinsamen Punkt zusammengefaßt ist.
- Der gleichartige Aufbau aller Ableitstrecken hat den Vorteil, daR nur steuerbare Halbleiter (Transistoren) gleicher Dotierung verwendet werden, wodurch die Ausbildung der Schaltungsanordnung als integrierte Schaltung auf einem gemeinsamen Substrat erleichtert wird.
- Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.
- Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, welches in der Zeichnung dargestellt ist.
- Es zeigt: Fig.1 das Blockschaltbild der Schaltungsanordnung zur Spannungsbegrenzung, Fig.2 die Schaltungsanordnung einer Ableitstrecke und Fig.3.den Anschluß der Schaltungsanordnung zur Spannungsbegrenzung an den Sprechadern einer Fernsprechvermittlungsanlage.
- Die in Fig.2 gezeigte Ableitstrecke wird aus den steuerbaren Halbleitern (Transistoren) T1 und T2 gebildet, welche in Form einer bekannten Emitterfolgerschaltung auch Darlington-Schaltung genannt miteinander verbunden sind. Die Kollektoren der beiden Transistoren mit der Dotierung NPh sind mit dem Anschluß 1 der Ableitstrecke A verbunden. Der Emitter des Transistor T2, dessen Basis am Emitter des Transistors T1 angeschlossen ist,liegt am Anschluß 2 der Ableitstrecke A. Weiterhin ist mit den Anschlüssen 1 und 2 der Ableitstrecke A eine Reihenschaltung bestehend aus den Dioden G1 bis G3 und dem Widerstand R verbunden und zwar derart, daß die Stromrichtung der Dioden derjenigen der beiden Transistoren (T1,T2) entspricht. Zwischen den Dioden G2 und G3 befindet sich ein Abgriff mit Verbindung zur Basis (Ba) des Transistors TI.
- Eine am Anschluß 1 der Ableitstrecke A anliegende positive Spannung bewirkt keine Veränderung des hochohmigen Zustandes der Ableitstrecke A, solange sie innerhalb der Summenschleusenspannne der Dioden D1,D2 und der Steuerstrecke gebildet aus V Transistoren T1 ,T2 bleibt. Unter Schleusenspannung einer Diode oder eines Transistors wird diejenige Spannung an der Diode bzw. an der Basis-Emitter-Strecke des Transistors verstanden, bei welcher die Diode bzw. der Transistor leitend wird.
- Dies ist bei Silizium-Halbleitern bei einer Spanriung von etwa 0,5 Volt am PN-0bergang der Fall.
- Bei dem in Fig.2 gezeigten Schaltungsbeispisl beträgt die Summenschleusenspannung bei vier PN-tibergängen ca. 2 Volt, d.h. unterhalb dieses Wertes bleiben die Transistoren T1 und T2 gesperrt und oberhalb dieser Spannung werden beide in den leitenden Zustand versetzt. Eine derartige Konfiguration ist demnach geeignet für Signalspannungen unterhalb von 2 Volt.
- Durch die Anordnung einer entsprechenden Anzahl Dioden zwischen dem Anschluß 1 der Ableitstrecke A und der Basis Ba des Transistors T1 läßt sich die Schaltungsanordnung fiir beliebige Signalspannungen auslegen.
- Die Reihenschaltung der Diode G3 und des Widerstandes R dient zur Erzeugung eines Nebenschlusses für die Transistoren T1 und T2 im Anlaufstrombereich der Dioden G1 und G2, wodurch bei Spannungen unterhalb der Summenschleusenspannung die Transistoren T1 und T2 mit Sicherheit gesperrt sind.
- Wenn auch bereits mit einem einzelnen Transistor anstelle der Darlington-Schaltung der gleiche Schutzeffekt erzielt wird, so gewährleistet die letztere Anordnung jedoch die Abführung einer wesentlich höheren Störleistung.
- Bei einer derartigen Ableitstrecke beträgt der Ableitstrom unterhalb der Summenschleusenspannung nur wenige Mikroampere, während im leitenden Zustand kurzzeitige Ströme in der Größenordnung von über einem Ampere abgeleitet werden können.
- In Fig.1 wird eine aus vier Ableitstrecken gebildete Schaltungsanordnung zur Spannungsbegrenzung gezeigt.
- Hierbei sind mit dem einen Anschluß jeweils zwei Ableitstrecen A mit entgegengesetzter Polarität an je einer der beiden Signal-oder Sprechadern a und b angeschlossen, während der zweite Anschluß aller vier Ableitstrecken A1 bis A4 an einem Punkt M zusammengefaßt ist..
- Steht nun zwischen den Adern a und b eine positive Spannung, so wird diese über die Ableitstrecken Al und A4 kurzgeschlossen, bei einer negativen Spannung werden die Ableitstrecken A2 und A3 aktiviert.
- Wird der gemeinsame Punkt M mit der Betriebserde verbunden, so werden auch unsymmetrische Störspannungen auf den Adern a und b nach Erde abgeleitet, wobei dann jeweils u.U. nur eine Ableitstrecke leitend wird.
- Die Verwendung der Schaltungsanordnung zur Spannungsbegrenzung zum Scnutz eines Koppelfeldes K, welches aus elektronischen Koppelpunkten gebildet wird, wird in Fig.3 gezeigt. Die Ein-und Ausgänge des Koppelfeldes KF sind dabei mit Obertragern Ue abgeschlossen, um die auf den kschluß-und Verbindungsleitungen liegenden Speisespannungen vom Koppelfeld KF fernzuhalten. Es sei angenommen, daß mit den Eingängen oder Zeilen die Anschlußleitungen, dargestellt durch den übertrager Uel in der eilr.ehmeranschlußschaltung, und mit den Ausgängen oder Spalten die Verbindungsleitungen, dargestellt durch den Ubertrager Ue2 in der Leitungsübertragung, verbunden sind.
- Die aus den Ableitstrecken A1 bis A4 gebildeten Schaltungsanordnungen zur Spannungsbegrenzung B sind sowohl eingangsseitig (B1) als auch'ausgangsseitig (B2) mit den Sprechadern a und b des Koppelfeldes : verbunden. Der Punkt M ist in beiden Fällen an Erde angeschlossen. Auf diese Weise ist das Koppelfeld KF gegen Störspannungen geschützt, die sowohl auf den hnschluß-als auch von den Verbindungsleitungen erzeugt werden. Auch werden unsymmetrische Störspannungen, die zwischen den Übertragern Ue1 und Ue2 auftreten, ebenfalls abgeleitet.
- wegen ihres einfachen Aufbaus und der Verwendung gleichartiger Anordnungen für jede Ableitstrecke ist die Schaltungsanordnung zur Spannungsbegrenzung auf einem Halbleiter-Chip leicht unterzubringen, zumal die Verlustleistung wegen des nur kurzzeitigen Auftretens von Störspannungen gering ist.
Claims (5)
- Schaltungsanordnung zur Spannungsbegrenzung Patentansprüche 1.Schaltungsanordnung zur Spannungsbegrenzung, insbesondere für Bernmelde-oder Bernsprechanlagen zum Schutz von an zweiadrigen Signal-bzw.Sprechadern angeschlossenen Einrichtungen wie elektronische Koppelkontakte, Sende-und Empfangseinrichtungen, usw. gegen Überspannungen, wobei aus steuerbarer IIa'bleitern gebildete Ableitstrecken mit jeweils zwei Anschlüssen verwendet werden, deren Leitfähigkeit unterhalb einer bestimmten Schwellenspannung gering und oberhalb dieser hoch ist, dadurch gekennzeichnet, daß vier gleichartige Ableitstrecken (Al bis A4) vorhanden sind, welche jeweils antiparallel paarweise mit dem einen Anschluß je an einer Signal-oder Sprechader angeschlossen sind, während der andere Anschluß aller Ableitstrecken an einem gemeinsamen Punkt (M) zusammengefaßt ist.
- 2.Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch Reennzeichnet, daß die Ableitstrecke (A) aus einer steuerbaren Strecke einer Halbleiteranordnung (TI,T2) gebildet wird, die über ihre Steuerelektrode (Ba) von einer Reihenschaltung mehrerer Dioden (G1,G2), deren eines Ende mit der Steuerelektrode (Ba) und deren anderes Ende mit dem einen Anschluß (1) der Halbleiteranordnung (T1,?2) verbunden ist, daß oberhalb der Summenschleusenspannung der Dioden und der teuerstrecke die Halbleiteranordnung (rl,T2) in den leitenden Zustand steuerbar ist und daß eine weitere Reihenschaltung einer Diode (G7) und eines Widerstandes (R) mit dem einen Ende mit der Steuerelektrode (Ba) und mit dem anderen Ende mit dem zweiten Anschluß (2) der Halbleiteranordnung (T1,T2j verbunden ist, wobei die Polarität sowohl der Halbeiteranordnung als auch aller Dioden (G1 bis G3) gleichsinnig ist.
- 3.Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame Punkt (M) mit der Betriebserde der Anlage verbunden ist.
- 4.Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß diese auf einem Halbleiter-Chip als integrierter Baustein mehrfach angeordnet ist.
- 5.Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingänge (Zeilen) und die Ausgänge (Spalten) eines zweiadrigen Koppelfeldes (KF) bestehend aus elektronischen Koppelpunkten mit Schutzschaltungen (B) beschaltet sind.
Priority Applications (2)
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