DE2811696B2 - Elektronischer Koppelpunkt zum Durchschalten von Fernsprech- oder Datensignalen in einer symmetrischen Verteil- und Koppelanordnung - Google Patents
Elektronischer Koppelpunkt zum Durchschalten von Fernsprech- oder Datensignalen in einer symmetrischen Verteil- und KoppelanordnungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen elektronischen Koppelpunkt
zum Durchschalten von Fernsprech- oder Datensignalen in einer symmetrischen Verteil· und
Koppelanordnung mit je einem Eingang und Ausgang für jede durchzuschaltende Leitungsader, wobei zwischen
jeden Eingang und den zugehörigen Ausgang der Drain-Source- Kanal wenigstens eines Feldeffekttransistors
geschaltet ist und zum Ein- und Ausschalten der FETs eine optoelektronische Kopplung vorgesehen ist.
In der Fernmeldetechnik werden Kontakte als Koppelpunkte in großer Zahl benötigt, z. B. zur
Vermittlung von Fernsprech- und Datensignalen. Von diesen Koppelpunkten wird einerseits eine möglichst
geringe Durchgangsdämpfung im durchgeschalteten Zustand und andererseits eine möglichst hohe Sperrbzw.
Nebensprechdämpfung im gesperrten Zustand
ίο gefordert Mechanische Kontakte haben in dieser
Hinsicht sehr günstige Übertragungseigenschaften; in geöffnetem Zustand sind sie zudem weitgehend
unempfindlich gegen Überspannung, sie sind polaritätsunabhängig und ermöglichen eine galvanische Trennung
zwischen Steuerstromkreis und Sprechstromkreis. Mechanische Kontakte sind aber dem Verschleiß
unterworfen, ihre Zuverlässigkeit und Lebensdauer hängen in starkem Maße von Umwelt- Einflüssen ab. Da
mechanische Kontakte mit weiteren Nachteilen behaf-
:o tet sind, wie verhältnismäßig hoher Leistungsbedarf
zum Schalten und nicht prellfreies Schließen, ist man bestrebt, sie durch elektronische Kontakte zu ersetzen.
Bekannte elektronische Koppelpunkte besitzen als Durchschaltglieder Halbleiterelemente, wie Dioden,
Transistoren oder Thyristoren. Im Gegensatz zu Relais-Koppelpunkten weisen sie im durchgeschalteten
Zustand keine vernarhlässigbar kleine Diirchgangsdämpfung
auf. Mit den bekannten elektronischen Koppelpunkten kann eine Durchgangsdämpfung von
weniger als 0,2 dB nur dann erreicht werden, wenn ein erheblicher Gleichstrom von mindestens 10 mA durch
die Schaltelemente fließt. Im Hinblick auf den Leistungsbedarf weisen die bekannten elektronischen
Koppelpunkte also keine besonderen Vorteile auf. In
J5 einer praktischen Anwendung muß der Gleichstrom durch eine zusätzliche Stromversorgung geliefert und
über Induktivitäten oder je einen Abriegelungsübertrager am Ein- und Ausgang des elektronischen Koppelpunktes
eingespeist werden. Bei Verwendung von bipolaren Transistoren müssen überdies besondere
Vorkehrungen getroffen werden, um unerwünschte Querverbindungen über die Basisanschlüsse zu verhindern,
z. B. durch hochohmige Ansteuerung über bipolare Stromquellen.
Zur galvanischen Trennung zwische Steuer- und Signalstromkreis ist es bereits bekannt, Übertrager mit
einem magnetisierbaren Kern zu verwenden, wobei der Primärkreis des Übertragers an eine Hilfswechselspannung
angelegt ist i:nd die Sekundärspannung des
Übertragers nach Gleichrichtung zur Steuerung des Schalttransistors herangezogen wird. Der Schaltzustand
läßt sich dann durch Tastung der Hilfswechselspannung steuern.
fiine galvanische Trennung unter Verwendung von
magnetisierbaren Kernen hat den Nachteil, daß unvermeidbare Koppelkapazitäten zwischen primären
und sekundären Steuerstromkreis eine Einstreuung der Hilfswechselspannung in den Signalstromkreis bewirken.
Der störende Einfluß der Hilfswechselspannung im Signalstromkreis läßt sich durch eine statische Abschirmung
zwischen primären und sekundärem Steuerkreis wohl vermindern, in einer praktischen Ausführung eines
solchen Schalters aber läßt er sich nie ganz beseitigen.
Die bekannte galvanische Trennung mittels optoelekironischer Kopplung vermeidet den Nachteil der mit der Verwendung von Hilfswechselspannungen verbunden ist. Optoelektronische Koppelelemente, in der Fachliteratur kurz Optokoppler genannte, sind elektro-
Die bekannte galvanische Trennung mittels optoelekironischer Kopplung vermeidet den Nachteil der mit der Verwendung von Hilfswechselspannungen verbunden ist. Optoelektronische Koppelelemente, in der Fachliteratur kurz Optokoppler genannte, sind elektro-
28 Π
nische Bauelemente, die in einem Gehäuse einen Strahlungssender, z. B. eine lichtaussendende Diode,
und einen mit diesem optisch gekoppelten Strahlungsempfänger enthalten. In der Regel besteht der
Strahlungsempfänger aus einem Fototransistor, einer Fotodiode, oder einem Fotoelement. Das bestrahlte
Fotoelement erzeugt bekanntlich eine Spannung die exponentiell mit der Bestrahlungsstärke zunimmt. Bei
hohen Bestrahlungsstärken tritt eine Sättigung auf, das Fotoelement erzeugt dann eine Leerlaufspannung von
ca. 400 mV. Bei dem als Solarzelle bekannten Fotoelement ist die Leerlaufspannung nicht von praktischer
Bedeutung, da dem Fotoelement im Leerlauf keine Leistung entzogen werden kann.
Der Feldeffekt-Transistor, im folgenden kurz FET genannt, eignet sich vorzüglich als Durchschaltelement,
da das aktive Element des FET, der sogenannte Kanal, keine Sperrschicht aufweist, so daß seine Leitfähigkeit
nicht von der Polarität des Stromsignales abhängt. Im Gegensatz zum bipolaren Transistor benötigt der FET
bei SchaUerbetrieb keine zusätzliche Stromversorgung. Als polaritätsunabhängige Schalter eignen sich insbesondere
der Sperrschicht-FET und der CMOS-FET. Die Steuerung des FET erfolgt praktisch leistungslos,
bedingt aber eine Steuerspannung von mehreren Volt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen elektronischen Koppelpunkt für die Durchschaltung
von symmetrischen Leitungen zu schaffen, bei dem die Nachteile der bekannten Koppelpunkte insbesondere
unter Verzicht auf die Verwendung von Übertragern mit einem magnetisierbaren Kern und unter Verwendung
von Optokopplern vermieden sind und der bei hoher Sperrdämpfung Fernsprech- und Datcnsignale
mit geringer Durchgangsdämpfung übertragen kann.
Der elektronische Koppelpunkt nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die optoelektronische
Kopplung eine durch Steuersignale erregbare Lichtquelle und für jede durchzuschaltende Leitungsader ein
aus einer Reihenschaltung von Einzel-Fotoelementen bestehendes Vielfach-Fotoelement aufweist und daß die
Eingänge und die Ausgänge miteinander durch Kondensatoren verbunden sind, die mit den zwischen jedem
Eingang und zugehörigen Ausgang des Koppelpunktes wirksamen Halbleiter-Kapazitäten eine Brücke bilden,
derart, daß im abgeglichenen Zustand der Brücke bei hohen SignHfrequenren mit den Brü'ken strömen, der
durch diese Kapazitäten verursachten Verringerung der Sperrdämpfung entgegengewirkt wird. Der erfindungsgemäße
Koppelpunkt erfüllt die Forderung nach einer geringen Durchgangsdämpfung und ermöglicht die
Durchschaltung von Sprech- und Datensignalen ohne Qualitätsverlust und stellt eine erhebliche Verbesserung
gegenüber dem Stand der Technik dar, da eine geringe Durchgangsdämpfung ohne Stromversorgung im
Sprech- oder Date.isignalkreis und demzufolge ohne -55
Abriegelungsübertrager zur Einspeisung eines Durchschaltgleichstromes
erzielt wird und der Koppelpunkt Im gesperrten Zustand der Durchschaltglieder eine
hohe Sperrdämpfung aufweist, die unabhängig von der Signalfrequenz ist. Vorzugsweise ist jedem Vielfach-Fotoelement
eine Zenerdiode zur Stabilisierung der Sperrspannung parallel geschaltet, um das Brückengleichgewicht
aufrecht zu erhalten.
Um eine pegelunabhängige Sperrdämpfung zu gewährleisten, ist in Weiterbildung des Erfindungsge- μ
genstandes bei jedem Durchschaltglied der Drain-Source-Kanal
jedes Feldeffekttransistors durch einen Hochohmwiderstand überbrückt, so daß im gesperrten
Zustand die Signalspannung gleichmäßig über Druin-Source-Kanäle verteilt ist.
Bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes enthalten für jede durchzuschaltende Leitungsader wenigstens einen MOS-Feldeffekuransistor und
die Vielfach-Fotoelemente bestehen aus einer monolithisch integrierten Schaltung.
Als Lichtquelle eignet sich insbesondere eine Reihenschaltung von Leuchtdioden oder eine Glühlampe.
Bei einer weiteren Ausbildung des Erfindungsgegen
Standes ist der Lichtquelle ein von deren Strahlung beaufschlagtes fotoelektrisches Element, insbesondere
ein Fototransistor, zugeordnet, der bei Bestrahlung durch die Lichtquelle ein den Sperrzustand der FETs
anzeigendes Überwachungssignal abgibt
Ein bevorzugtes Ausführungsbeisp'.el der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachstehend
näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 eine Schaltung eines erfindungsgemäßen Koppelpunktes mit vier Sperrschicht-«- rTs:
Fi g. 2 ein Ersatzschaltbild für den im durchgeschalteten Zustand befindlichen Koppelpunkt der Fig. 1;und
F i g. 3 ein Ersatzschaltbild für den im gesperrten Zustand befindlichen Koppelpunkt der Fig. 1.
Der ir. rig.] gezeigte Koppelpunkt enthält vier FET.
Zwecks Erzielung einer hohen Spannungsfestigkeit im gesperrten Zustand sind für jede durchzuschallende
Leitungsader zwei in Reihe geschalteten FET 7, 8 bzw. T, 8' vorhanden. Die Ansteuerung der FET erfolgt über
den Optokoppler 9, welcher in einem lichtundurchlässigen Gehäuse die folgenden Bauelemente enthält: Eine
Leuchtdiode 10 als Strahlungssender, zwei Vielfach-Fotoelemente 11, 11', von denen jedes individuell einem
Durchschaltglied zugeordnet ist und einen Fototransistor
12, welcher ähnlich den Fotoelementen 11, 1Γ mit dem Strahlungssender 10 optisch gekoppelt ist und zur
Überwachung des Schaltzustandes herangezogen wird. Solange über die Klemmen 5, 5' kein Steuerstrom tiießt.
sendet die Diode 10 kein Licht aus; die Vielfach- Fotoelemente
11, W können demzufolge keine Spannung liefern. Die gemeinsamen Gate-Anschlüsse 4, 4' der
FET-Paare 7, 8 bzw. 7', 8' sind über die Dunkelwiderstände der Fotoelemente 11, ilr mit den gemeinsamen
Source-Anschlüssen 3, 3' verbunden, se daß sowohl Gate- wie Source-Elektroden dasselbe Potential aufweisen.
In diesem Zustand sind die Kanalwiderstände der Sperrschicht-FET klein und ennöglicher. die Durchschaltung
des Sprechstromes mit geringer Durchgangsdämpfung. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Koppelpunkt
muß für die Durchschaltung des Sprechstromes daher keine Leistung aufgebracht werden. Die hochohmigen
Widerstände 13, 14 und 13', 14' sowie die Kondensatoren 15 und 16 haben beim durchgeschalteten Koppelpunkt
keinen Einfluß auf dessen Übertragnngseigcnschaften.
Wie F i g. 2 zeigt, kann für den durchgeschalteten Koppelpunkt ein Ersatzschaltbild angegeben werden,
das neben der an den Eingangsklemmen 1, Γ angeschlossenen Sij-nalquelle Us mit dem Innenwiderstand
R 1 und dem an den Ausgangsklemmen 1, 2' angeschlossenen Lastwiderstand Rl nur die Durchlaßwiderstände
Räder FET enthält.
Zum Sperren des Koppelpunktes wird an die Klemmen 5, 5' ein Steuersignal angelegt und zwar
derart, daß durch di. Leuchtdiode 10 ein genügend großer Strom fließt, um diese Diode zur Lichtemission
anzuregen. Die Bauelemente des Optokopplers sind so gegeneinander angeordnet, daß ein erheblicher Anteil
des ausgestrahlten Lichtes gleichzeitig auf die Vielfach-Fotoelemente
11, 11' fällt und von diesen in eine Spannung umgesetzt wird. Dabei sind die positiven Pole
der Vielfach-Fotoelemente 11,11' mit den gemeinsamen
Source-Anschlüssen 3 bzw. 3' und die negativen Pole mit den gemeinsamen Gate-Anschlüssen 4 bzw. 4' der
FET-Paare verbunden, so daß die Gate-Source Sperrschichten der FET in Sperrichtung vorgespannt werden.
Bei genügend großer Sperrspannung werden die FET-Kanäle soweit an Ladungsträgern verarmt, daß der
Sprechstrom unterbrochen wird; der Koppelpunkt ist demzufolge gesperrt. Kin äußerst kleiner Sprechstrom
kann über die Widerstände 13, 14 und 13', 14' fließen,
diese Widerstände sind aber gegenüber dem Leitungs
abschlußwiderstand von /..B. 600 Ω so hochohmig
bemessen, daß die Forderung einer hohen Sperrdämpfung erfüllt bleibt. Erfindungsgemäß haben die Widerstände
die Aufgabe, für eine gleichmäßige Spannungs-
sen der gesperrten FET zu sorgen und damit eine pegelunabhängige Sperrdämpfung zu gewährleisten.
f i g. i zeigt das Ersatzschaltbild des Koppelpunktes
in gesperrtem Zus'.and. Bei hohen .Signalfrequenzen Hießt ein unerwünschter Sprechstrom über die Drain-Gate
und Source-Gate Kapazitäten Cdg. C dgb/.w. Csg.
Csg und erzeugt einen Spannungsabfall über dem Abschiußwiderstand R 2. Um eine hohe .Sperrdämpfung
auch bei hohen Signalfrequenzen zu gewährleisten, muß dieser kapazitive Sprechstrom unwirksam gemacht
werden. Hierzu enthält erfindungsgemäß der Koppelpunkt zwei zusätzliche Kapazitäten, die Kondensatoren
15 und 16. die so mit den Durchschaltgliedern verbunden sind, daß sie mit den Halbleiter-Kapazitäten Cdg. Csg.
Cdg. Csgcmc Brücke bilden. Über die Kapazitäten 15
und 16 fließt ein Sperrstrom ebenso wie über die Halbleiter-Kapazitäten; diese Ströme fließen aber in
entgegengesetzter Richtung durch den Lastwiderstand K 2 und haben die Tendenz, sich gegenseitig aufzuheben.
Wird die Brücke ins Gleichgewicht gebracht, was
> durch Abgleich nur eines Kondensators, z. B. 16.
geschehen kann, so heben sich die kapazitiven Ströme vollständig auf; die Sperrdämpfung des Koppelpunktes
ist damit unabhängig von der Signalfrequenz.
Die in F i g. 3 gezeigten Kapazitäten Cdg. Cdg. Csg,
ι» Csg sind abhängig von der Gate-Kanal Spannung. Bei
diffundierten pn-Sperrschichtcn ist diese Abhängigkeil
umgekehrt proportional mit der kubischen Wurzel aus der angelegten Spannung /ur Erhaltung des Brückengleichgewichts
ist es daher notwendig, die Gate-Source-
i"' Sperrspannung konstant /u halten. In einer bevorzugten
Schaltungsanordnung nach der Erfindung ist jedem Vielfach-Fotoelement eine /enerdiode 17 bzw. 17'
parallel geschaltet, wobei deren Kathode mit dem
i cn nnuuc πιιι
dem negativen Pol des Fotoelementes verbunden ist. Fs ist besonders zweckmäßig, die /enerspannung so zu
wählen, daß sie in jedem (all kleiner ist als die Leerlaufspannung der Vielfach! otoclcmente bei Sättigung.
Damit wird eine Spannungsstabilisierung schon bei re'ativ geringer Bestrahlung der Vielfach-Fotoelemente
erzielt. Der Optokoppler nach der Erfindung weist dann einen günstigen Wirkungsgrad auf. Im
beson .sren erlaubt er eine einfache Überwachung des
Schaltzustandes. Ein dritter Strahlungsempfänger, z. B. ein Fototransistor 12, kann über die Klemmen 6, 6' an
eine Alarmeinrichtung angeschlossen werden. Über die Klemmen 6, 6' fließt nur dan,i ein Strom, wenn der
Fototransistor durch die lichtaussendende Diode IO bestrahlt wird. d. h. wenn der Koppelpunkt in der
erfindungsgemäß bevorzugten Ausführung gesperrt ist.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. Elektronischer Koppelpunkt zum Durchschalten von Fernsprech- oder Datensignalen in einer
symmetrischen Verteil- und Koppelanordnung mit je einem Eingang und Ausgang für jede durchzuschaltende
Leitungsader, wobei zwischen jeden Eingang und den zugehörigen Ausgang der Drain-Source-Kanal
wenigstens eines Feldeffekttransistors geschaltet ist und zum Ein- und Ausschalten
der FETs eine optoelektronische Kopplung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß
die optoelektronische Kopplung eine durch Steuersignale erregbare Lichtquelle (10) und für jede
durchzuschaltende Leitungsader ein aus einer Reihenschaltung von Einzel-Fotoelementen bestehendes
Vielfach-Fotoelement (11; 11') aufweist und daß die Eingänge (1, V) und die Ausgänge (2, 2')
miteinander durch Kondensatoren (15, 16) verbunden sind, die mit den zwischen jeden Eingang und
zugehörigen Ausgang des Koppelpunktes wirksamen Halbleiter-Kapazitäten eine Brücke bilden,
derart, daß im abgeglichenen Zustand der Brücke bei hohen Signalfrequenzen mit den Brücken strömen
der durch diese Halbleiter-Kapazitäten verursachten Verringerung der Sperrdämpfung entgegengewirkt
wird.
2. Kopplungspunkt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei jeder durchzuschauenden
Leitung der Drain-Source-Kanal jedes Feldeffekttransistors (7, 8: 7', 8') durch einen Hochohmwiderstand
(13, 14; Ii , 14') überbrückt ist, derart, daß im
gesperrten Zustand der FETs 1Je Signalspannurig
gleichmäßig über die Dra;i-Source-Kanäle verteilt
wird.
3. Koppelpunkt nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Vielfach-Fotoelement
(11; 11') zur Stabilisierung der Sperrspannung eine Zenerdiode(17; 17') parallel geschaltet ist.
4. Koppelpunkt nach einem der Ansprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß für jede durchzuschaltende
Leitung wenigstens ein MOS-Feldeffekttransistor vorhanden ist.
5. Koppelpunkt nach einem der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß das Vielfach-Fotoelement
(11; iV) aus einer moriolothisch integrierten
Schaltung besteht.
6. Koppelpunkt nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (10) aus
mehreren in Reihe geschalteten Leuchtdioden oder einer Glühlampe besteht.
7. Koppelpunkt nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtquelle (10) ein
von deren Strahlung beaufschlagtes fotoelektrisches Element, vorzugsweise ein Fototransistor (12) zur
Überwachung des Schaltzustandes der FETs zugeordnet ist.
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|---|---|---|---|
| DE2811696A DE2811696C3 (de) | 1978-03-17 | 1978-03-17 | Elektronischer Koppelpunkt zum Durchschalten von Fernsprech- oder Datensignalen in einer symmetrischen Verteil- und Koppelanordnung |
Applications Claiming Priority (1)
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| DE2811696A DE2811696C3 (de) | 1978-03-17 | 1978-03-17 | Elektronischer Koppelpunkt zum Durchschalten von Fernsprech- oder Datensignalen in einer symmetrischen Verteil- und Koppelanordnung |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2811696A1 DE2811696A1 (de) | 1979-09-27 |
| DE2811696B2 true DE2811696B2 (de) | 1980-01-17 |
| DE2811696C3 DE2811696C3 (de) | 1980-09-11 |
Family
ID=6034745
Family Applications (1)
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| DE2811696A Expired DE2811696C3 (de) | 1978-03-17 | 1978-03-17 | Elektronischer Koppelpunkt zum Durchschalten von Fernsprech- oder Datensignalen in einer symmetrischen Verteil- und Koppelanordnung |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| DE (1) | DE2811696C3 (de) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4141183A1 (de) * | 1991-12-13 | 1993-06-17 | Stefan Ulreich | Elektronische koppelfeldanordnung |
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1978
- 1978-03-17 DE DE2811696A patent/DE2811696C3/de not_active Expired
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| DE4141183A1 (de) * | 1991-12-13 | 1993-06-17 | Stefan Ulreich | Elektronische koppelfeldanordnung |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| DE2811696A1 (de) | 1979-09-27 |
| DE2811696C3 (de) | 1980-09-11 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OAP | Request for examination filed | ||
| OD | Request for examination | ||
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |