FI93062C - Virtapeilisovitelma - Google Patents

Description

93062

Virtapeilisovitelma

Keksinnön kohteena on virtapeilisovitelma, joka on tarkoitettu signaalitiellä esiintyvän kaksisuuntaisen vir-5 ran monitorointia varten, joka virtapeilisovitelma käsittää ensimmäisen puolijohdekytkimen, joka käsittää ohjaus-elektrodin ja päävirtatie-elektrodit ohjauselektrodin virran ollessa sovitettu ohjaamaan päävirtatie-elektrodien kautta kulkevaa virtaa, resistanssin, joka on sovitettu 10 ohjauselektrodin ja signaalitien välille, resistanssin, joka on sovitettu erään päävirtatie-elektrodin ja signaalitien välille ja resistanssin, joka on sovitettu signaa-litielle.

Virtapeili on laite joka antaa tietyn lähtövirran 15 tulovirran funktiona. Virtapeilisovitelmaa voidaan käyttää kaikissa elektronisissa laitteissa joissa tarvitaan kaksisuuntaista virran peilausta. Virran peilausta tarvitaan esimerkiksi analogisten puhelinkeskusten merkinantojohtimien virtaa tutkittaessa. Virtapeiliä käyttämällä saa-20 daan tieto monitoroitavassa johtimesta kulkevasta virrasta siirretyksi esimerkiksi johonkin vastukseen, jonka yli esimerkiksi komparaattorilla tutkitaan onko kyseisellä johtimella esiintyvä virta suurempi kuin jokin raja-arvo.

Tunnetun tekniikan mukaiset virtapeilisovitelmat . 25 ovat sellaisia jotka käyttävät kahta eri piiriä tai kyt kentää eri suuntaan kulkevien virtojen mittaukseen. Tunnetuissa virtapeileissä vaaditaan siis oma erillinen sovi-telma kunkin suuntaisen virran mittaukseen. Tunnetut ratkaisut ovat sellaisia, että ne käsittävät esimerkiksi 30 transistorin, jonka kannalta ja emitteriltä on vastukset .. mitattavalle johtimelle eli signaalitielle. Lisäksi sig naalitiellä on mittavastus ja transistorin kanta-emitte-rinliitoksen yli on kytketty diodi, jotta toisen suuntainen virta ei aiheuttaisi ylijännitettä ko. liitokseen.

35 Toinen vaihtoehtoinen ratkaisu on laaja vastuksilla tot- 2 93062 eutettu jännitejako, johon on kytketty esimerkiksi komparaattori .

Tunnetut ratkaisut sisältävät useita ongelmia, sillä niillä ei ole mahdollista samalla virtapeilisovitelmal-5 la mitata eri suuntaisia virtoja signaalitiellä, eli esimerkiksi merkinantojohtimella.

Tämän keksinnön tarkoituksena on tuoda esiin uuden-tyyppinen virtapeilisovitelma, joka välttää tunnettuihin ratkaisuihin liittyvät ongelmat.

10 Tämä tarkoitus saavutetaan keksinnön mukaisella virtapeilisovitelmalla, jolle on tunnusomaista, että virtapeilisovitelma edelleen käsittää sinänsä tunnetun toisen puolijohdekytkimen, joka käsittää ohjauselektrodin ja päävirtatie-elektrodit, että toisen puolijohdekytkimen 15 ohjauselektrodi on kytketty ensimmäisen puoli johdekytkimen siihen erääseen päävirtatie-elektrodiin, joka on kytketty resistanssin kautta signaalitielle, että toisen puolijohdekytkimen eräs päävirtatie-elektrodi on kytketty ensimmäisen puolijohdekytkimen ohjauselektrodiin ja resis-20 tanssin kautta signaalitielle, ja että kummankin puolijoh-dekytkimen eräät muut päävirtatie-elektrodit on kytketty yhteen.

Keksinnön mukainen virtapeilisovitelma perustuu siihen ajatukseen, että toisen puolijohdekytkimen sopival- .. 25 la kytkennällä voidaan aikaansaada ns. bipolaarinen vir- > · « tapeili.

Keksinnön mukaisella ratkaisulla saavutetaan useita etuja, koska keksinnönmukainen sovitelma pystyy bipolaari-seen mittaukseen eli sillä voidaan mitata virta sen suun-30 nasta riippumatta. Uudessa sovitelmassa ei myöskään tar- vita suojadiodeja.

• ·

Keksintöä selitetään seuraavassa lähemmin viitaten oheiseen piirustukseen, jossa kuvio 1 esittää keksinnön mukaista virtapeiliso-35 vitelmaa.

II

93062 3

Kuvion 1 mukaisesti virtapeilisovitelma on sovitettu monitoroitavan signaalitien 1 yhteyteen. Signaalitie voi olla esimerkiksi DC-merkinantojohdin analogisessa puhelinkeskuksessa. Signaalitiellä 1 esiintyvän kaksisuun-5 täisen virran Ιχ monitorointia varten virtapeilisovitelma käsittää ensimmäisen puolijohdekytkimen 2, joka käsittää ohjauselektrodin 3 ja päävirtatie-elektrodit 4 ja 5. Edullisesti kyse on NPN- puolijohdetransistorista, kuten kuvioissa, tai PNP- puolijohdetransistorista. Ohjaus-10 elektrodi 3 tarkoittaa kantaa B, ja päävirtatien elektrodit 4 ja 5 tarkoittavat emitteriä E ja kollektoria C. Kuten transistorille on ominaista, niin ohjauselektrodin 3 virralla ohjataan päävirtatie-elektrodien 4 ja 5 kautta kulkevaa virtaa eli kuviossa mittavirtaa IB, joka tulee 15 olemaan funktio signaalitien 1 virrasta Ιχ. Sovitelma edelleen käsittää resistanssin Rl, joka on sovitettu ensimmäisen transistorin eli puolijohdekytkimen 2 ohjauselektrodin 3 ja signaalitien 1 välille. Edelleen sovitelma käsittää resistanssin R3, joka on sovitettu erään päävirtatie-elek-20 trodin eli emitterin 4 ja signaalitien 1 välille ja lisäksi sovitelma käsittää resistanssin R2, eli mittavastuksen, joka on sovitettu signaalitielle 1.

Virtapeilisovitelma edelleen käsittää sinänsä tunnetun toisen puolijohdekytkimen 6, joka sekin on edulli-25 sesti transistori kuten ensimmäinenkin puolijohdekytkin 2. Toinen puolijohdekytkin eli transistori luonnollisesti käsittää ohjauselektrodin 7 eli kannan B ja päävirtatie-elektrodit 8 ja 9 eli emitterin E ja kollektorin C. Edelleen keksinnön mukaisesti toisen puolijohdekytkimen 6 oh-30 jauselektrodi 7 on kytketty ensimmäisen puolijohdekytkimen ·; 2 siihen erääseen päävirtatie-elektrodiin 4, eli emitte- rille, joka on kytketty resistanssin R3 kautta signaali-tielle 1. Edelleen, toisen puolijohdekytkimen 6 eräs pää-virtatie-elektrodi eli emitteri 8 on kytketty ensimmäisen 35 puolijohdekytkimen 2 ohjauselektrodiin 3 eli kannalle B ja 93062 4 resistanssin Rl kautta signaalitielle. Lisäksi kummankin puolijohdekytkimen 2 ja 6 eräät muut päävirtatie-elektro-dit 5 ja 9 eli käyttännössä kollektorit C on kytketty yhteen.

5 Resistanssin R2 eli mittavastuksen tarkoitus on muodostaa jännite-ero vastuksen yli, jolla aikaansaadaan virta jommalle kummalle transistorille 2 tai 6 riippuen signaalitiellä olevan virran Ιχ suunnasta. Aluksi tarkastellaan tilannetta, jossa virran Ιχ suunta on pisteestä a 10 pisteeseen b eli vasemmalta oikealle. Tällöin virta Ιχ aiheuttaa R2:een jännitehäviön, josta seuraa jännite-ero a:n ja b:n välille eli a tulee positiivisemmaksi. Kun mittavastuksen R2 jännite U(R2) ylittää transistorin 2 kan-ta-emitteri -jännitteen, niin silloin pisteestä a resis-15 tanssin Rl:n kautta saadaan ohjausjännite/virta ensimmäisen transistorin eli puolijohdekytkimen 2 kannalle B eli ohjauselektrodille 3. Ohjausvirta menee transistorin 2 kanta-emitteri -liitoksen kautta R3:lle ja edelleen pisteeseen b. Toinen transistori 6 on estosuuntaan biasoitu. 20 Transistorien kollektorit on kytketty yhteen kol- lektorilinjassa eli mittavirtalinjassa J. Mittavirtalin-jassa on vastus R4 ja jännitelähteestä U(s) (source) saadaan mittavirtaa Ie, kun transistorin 2 kytkintoiminto toimii saadessaan ohjauselektrodilleen eli kannalleen B oh-·;· 25 jauksen. Mittavirtalinjassa J eli kollektorilinjassa tulee menemään sellainen virta, joka aikaansaa tasapainotilan. Resistanssien R2 ja R3 suhde tulee määräämään virransiir-tokertoimen virtojen Ιχ ja I välillä. Jännite U(s) on suurempi kuin signaalitien jännite U(x) , kun on kyse NPN-30 transistoreista. Tilanne on päinvastainen PNP-transisto-II reillä.

Keksinnön edullisessa toteutusmuodossa tilanne on sellainen, että signaalitielle 1 sovitettu resistanssi R2 ja toisen puolijohdekytkimen 6 päävirtatie-elektrodin 8 35 eli emitterin E signaalitielle 1 kytkevä resistanssi Rl on ♦ l! 93062 5 mitoitettu siten, että ne on sovitettu ensimmäisen puoli-johdekytkimen 2 ohjauselektrodin 3 avulla kytkemään puo-1ijohdekytkimi11e 2 ja 6 yhteisessä mittavirtalinjassa J eli kollektorilinjassa esiintyvän virran 1^ läpi ensim-5 mäisen puolijohdekytkimen 2 päävirtaelektrodien 4 ja 5.

Jos virta signaalilinjassa 1 on toisinpäin, jolloin b on positiivisempi, niin transistori 6 saa ohjausvirran pisteestä b R3:n kautta ohjauselektrodilleen 7 eli kannalleen B, jolloin kollektorilinja eli mittavirtalinja J 10 kytkeytyy. Tässä edullisessa toteutusmuodossa puolijoh-dekytkimien eli transistorien 2 ja 6 päävirtaelektrodit 5 ja 9 eli nyt kollektorit C on kytketty yhteen mittavirtalinjassa J, jolloin signaalitielle 1 sovitettu resistanssi R2 ja ensimmäisen puolijohdekytkimen 2 päävirtatie-15 elektrodin 4 eli emitterin E signaalitielle 1 kytkevä resistanssi R3 on mitoitettu siten, että ne on sovitettu toisen puolijohdekytkimen 6 ohjauselektrodin 7 avulla kytkemään mittavirtalinjassa J esiintyvän virran Im läpi toisen puolijohdekytkimen päävirtaelektrodien 8 ja 9.

20 Keksinnön edullisessa toteutusmuodossa puolijohde- kytkimet 2 ja 6 ovat olennaisesti toisiaan vastaavia ja puolijohdekytkimien 2 ja 6 päävirta-elektrodit 4 ja 8 signaalitielle 1 kytkevien resistanssien Rl ja R3 suuruudet ovat olennaisesti samaa suuruusluokkaa. Kyseinen toteu-25 tusmuoto yksinkertaistaa kytkentää.

Keksinnön mukaisessa ratkaisussa on olennaista,että signaalitiellä 1 eli esimerkiksi merkinantopiirissä voidaan samalla virralla 1^ ilmaista kumpaan suuntaan tahansa kulkeva virta Ιχ. Toiminnan kannalta keskeistä on se, e- 30 ttä mittavastuksessa R2 kulkeva virta aikaansaa jännitehä viön vastusten Rl ja R3 välillä. Virran Ιχ suunnasta riippuen mittavastuksen R2 jännite U(R2) ylittää jomman kumman transistorin kanta-emitteri -jännitteen, jolloin kollekto-rilinjan mittavirta Ie kulkee kyseisen transistorin kaut-35 ta.

93062 6

Vaikka keksintöä on edellä selostettu viitaten oheisen piirustuksen mukaisiin esimerkkeihin, on selvää ettei keksintö ole rajoittunut niihin, vaan sitä voidaan monin tavoin muunnella oheisten patenttivaatimusten esit-5 tämän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

' · «1 ♦ • · ♦

Claims (4)

93062 7

1. Virtapeilisovitelma, joka on tarkoitettu sig-naalitiellä (1) esiintyvän kaksisuuntaisen virran monito- 5 rointia varten, joka virtapeilisovitelma käsittää - ensimmäisen puolijohdekytkimen (2) , joka käsittää oh-jauselektrodin (3) ja päävirtatie-elektrodit (4,5) oh-jauselektrodin (3) virran ollessa sovitettu ohjaamaan pää-virtatie-elektrodien (4,5) kautta kulkevaa virtaa (Ie) , 10. resistanssin (Rl), joka on sovitettu ohjauselektrodin (3) ja signaalitien (1) välille - resistanssin (R3), joka on sovitettu erään päävirtatie-elektrodin (4) ja signaalitien (1) välille - resistanssin (R2), joka on sovitettu signaalitielle (1) 15 tunnettu siitä, että virtapeilisovitelma edelleen käsittää sinänsä tunnetun toisen puolijohdekytkimen (6) , joka käsittää oh jauselektrodin (7) ja päävirtatie-elektrodit (8,9), että toisen puolijohdekytkimen (6) ohjauselektrodi (7) on 20 kytketty ensimmäisen puolijohdekytkimen (2) siihen erää seen päävirtatie-elektrodiin (4), joka on kytketty resistanssin (R3) kautta signaalitielle (1), että toisen puolijohdekytkimen (6) eräs päävirtatie- elektrodi (8) on kytketty ensimmäisen puolijohdekytkimen 25 (2) ohjauselektrodiin (3) ja resistanssin (Rl) kautta sig naalitielle (1), ja että kummankin puolijohdekytkimen (2,6) eräät muut päävirtatie-elektrodit (5,9) on kytketty yhteen.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen virtapeilisovi-30 telma, tunnettu siitä, että puolijohdekytkimien (2,6) mai- nitut eräät muut päävirtaelektrodit (5,9) on kytketty yhteen mittavirtalinjassa (J), ja että signaalitielle (1) sovitettu resistanssi (R2) ja ensimmäisen puolijohdekytkimen (2) erään päävirtatie-elektrodin (4) signaalitielle 35 (1) kytkevä resistanssi (R3) on mitoitettu siten, että ne • Ίύύ62 8 on sovitettu toisen puolijohdekytkimen (6) ohjauselektro-din (7) kautta kytkemään mittavirtalinjassa (J) esiintyvän virran (1^) läpi toisen puolijohdekytkimen (6) päävirta-elektrodien (8,9).

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen virtapeilisovi- telma, tunnettu siitä, että signaalitielle (1) sovitettu resistanssi (R2) ja toisen puolijohdekytkimen (6) päävirtatie-elektrodin (8) signaalitielle (1) kytkevä resistanssi (Rl) on mitoitettu siten, että ne on sovitettu 10 ensimmäisen puolijohdekytkimen (2) ohjauselektrodin (3) kautta kytkemään puolijohdekytkimille (2,6) yhteisessä mittavirtalinjassa (J) esiintyvän virran (Im) läpi ensimmäisen puolijohdekytkimen (2) päävirtaelektrodien (4,5).

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen virtapeilisovitelma, tunnettu siitä, että puoli-johdekytkimet (2,6) ovat olennaisesti toisiaan vastaavat, ja että puolijohdekytkimien (2,6) eräät päävirta-elektro-dit (4,8) signaalitielle (1) kytkevien resistanssien 20 (R3,R1) suuruudet ovat olennaisesti samaa suuruusluokkaa. • · · m t 9 · » 9 « 9 ^3062