DE1537771B2 - Mehrstufiges, selbstsuchendes, elektronisches Koppelfeld für Fernmeide-, insbesondere Fernsprechvermittlungsanlagen - Google Patents

Description

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In der US-PS 32 01 520 ist ebenfalls ein Koppel- zyklusdauer von beispielsweise 50 μβ, die ÄC-Glieder feld beschrieben, dessen Koppelmatrizen mit pnpn- in der zweiten Koppelstufe eine Abtastzyklusdauer Dioden als Koppelelemente arbeiten. An die Zwi- von 250 jis, die ÄC-Glieder in der dritten Koppelschenleitungen dieses Koppelfeldes sind jeweils RC- stufe eine Abtastzyklusdauer von 500 μβ, usw. geGlieder angeschlossen, die von Koppelstufe zu Kop- 5 statten. In dieser Weise erfolgen die Koppelelementpelstufe jeweils gleiche Zeitkonstanten aufweisen und Zündungen in einem solchen Umfang in jeder Stufe, die eine zeitlich gestaffelte Auswahl der Teilwege im daß jedes Koppelelement jedes andere Koppelelement Koppelfeld ermöglichen. wenigstens einmal sehen kann.

Bei Koppelfeldern, die nach dieser Patentschrift Im folgenden wird die Bezeichnung »zeitlich eingearbeiteten, wurde festgestellt, daß die Koppelfelder io teilte, systematische Wegesuche« dafür benutzt, eine zu unerklärlichen Blockierungen neigten und gele- Wegesuche nach dem Selbstsuchverfahren in einem gentlich Verbindungen nicht so schnell herstellten, Koppelfeld zu kennzeichnen, welches gemäß der Erwie es nach der Berechnung hätte erfolgen müssen. findung aufgebaut ist. Diese Bezeichnung kennzeich-Untersuchungen ergaben, daß die pnpn-Dioden in net eine Wegesuche, bei der alle freien Verbindungsden aufeinanderfolgenden Koppelstufen jedesmal 15 wege nach einem Ordnungsplan untersucht werden, dann erneut zündeten, wenn die zugeordnete pnpn- der mit Hilfe statischer und dynamischer Vorspan-Diode in der Eingangskoppelstufe wieder zündet; diese nungen und einer Steuerung der beteiligten Zeitkonwiederholten Zündvorgänge konnten sogar dann auf- stanten gebildet wird. Das bedeutet, daß die Koppeltreten, wenn die Verkehrssituation eigentlich keine Ver- elemente nur'auf Grund von Zufallserscheinungen bindungsschaltung über eine bestimmte pnpn-Diode 20 ein- und ausschalten, die beispielsweise auf den Fermehr zuließ. Es wurde ferner festgestellt, daß in tigungstoleranzen der Koppelelemente, den Laduneinem dreistufigen Koppelfeld eine an den markier- gen und Strömen im Koppelfeld, den Besetztzustänten Eingang des Koppelfeldes angeschlossene pnpn- den, usw. beruhen. Die Erfindung nutzt diese Zufalls-Diode der Eingangskoppelstufe erneut zünden konnte erscheinungen in vorteilhafter Weise aus. und damit eine ihr zugeordnete pnpn-Diode der 25 Bei dem Koppelfeld gemäß der Erfindung tritt eine Zwischenkoppelstufe sowie darauffolgend eine der »dynamische Abnahme« der Zahl der sich im Einletztgenannten Diode zugeordnete pnpn-Diode der Zustand befindlichen Koppelelemente ein, wodurch Ausgangskoppelstufe zünden konnten, unabhängig der Strom bei größer werdendem Koppelfeld eher davon, ob in dem dem betreffenden Ausgang der abnimmt als ansteigt. Es werde beispielsweise ein Ausgangskoppelstufe zugeordneten Verbindungssatz 30 Koppelfeld zugrunde gelegt, in dem jede Stufe von eine Endmarkierung erfolgte oder nicht. fünf Stufen fünf Koppelelemente je Eingang aufweist,

In diesem Fall konnte über eine andere, mit dem wobei jedes Koppelelement einen Ausgang bildet, von endmarkierten Eingang des Koppelfeldes verbundene dem aus fünf Koppelelemente in der nächsten Koppnpn-Diode der Eingangskoppelstufe ein Weg zu pelstufe erreicht werden können. Innsgesamt schalten dem korrekt endmarkierten Koppelfeldausgang her- 35 5 + 25 + 125 + 615 + 3125 = 3905 Koppelelemente gestellt werden, dies jedoch erst nach einer uner- ein. Zweifellos kommen die schärfsten Anforderunwünschten Verzögerung. gen an den Strombedarf von den Koppelelementen Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein der letzten Stufe. Die zweitschärfsten Stromanfordemehrstufiges, selbstsuchendes, elektronisches Kop- rungen kommen dann aus der vorletzten Stufe, usw. pelfeld der eingangs genannten Art zu schaffen, bei 40 Wenn das Koppelfeld derart ausgebildet ist, daß die dem die genannten Nachteile vermieden sind und Koppelelemente der letzten Stufe in einem Tausendsomit die Anzahl der Blindbelegungen von Wegab- stel der üblichen Zeit ein- und wieder ausschalten, schnitten im Koppelfeld verringert wird, d. h., bei so wird auch der Strom in dieser Stufe um den Fakdem eine aus diesem Grunde hohe Strombelastung tor Tausend verringert. Neben dem einfachen Mittel der in der Nähe der Koppelfeldendpunkte liegenden 45 des Ein- und Ausschaltens der Koppelelemente wer-Koppelelemente ohne großen Aufwand für die Steuer- den bei der Erfindung auch andere Mittel zur Verschaltung vermieden wird. Dies wird gemäß der Er- minderung der Zündungen inn den letzten Stufen findung dadurch erreicht, daß die durch die RC- vorgeschlagen. In der ersten Koppelstufe sind nur Glieder festgelegten Zeitspannen derart ausgewählt fünf Koppelelemente je Eingang vorhanden; daher sind, daß jede Koppelstufe mit einer an sich von der 50 tritt kein großer Strom auf, wenn jedes dieser Koppel-Auswahl unabhängigen Frequenz arbeitet und daß elemente in solcher Weise einschaltet, die vielleicht die Frequenzen abhängig von folgenden Einflüssen ein völliges Durchsehen zu allen Dioden der letzten gewählt sind: Stufe zuläßt. Dasselbe gilt etwa für die Koppelele-

a) von Änderungen einer dynamischen Vorspan- ^mente _If ^d^ mittleren Stufen. Das erndungsgemäße nung, die in den Koppelelementen auf Grund ⁵⁵ Koppelfeld wird der Kurze wegen »dynamisch abnehdes Ein-und Ausschaltens auftreten, mendes Koppelfeld« genannt.

b) von einer dynamischen Abnahme der Zahl der „ ^An. Hand eines Ausfuhrungsbeispieles wird die sich im Ein-Zustand befindlichen Koppelele- Erfindung naher erläutert. Es zeigt

mente, die auf Grund besetzter Spaltendrähte im _β , ^FJ «· \ ^e,ⁱⁿ Ubersichtsschaltb.ld eines vierstuf.gen

Koppelfeld auftritt, und 60 elektronischen Koppelfeldes,

c) der Frequenz der vorhergehenden Koppelstufe. _t F1 g. 2 ein mehrstufiges, aus hintereinandergeschal- ' ^M * ν* _teten Matrizen aufgebautes Koppelfeld nach Patent Wenn beispielsweise jede Stufe fünf Zugang zur 11 47 273 zur Erläuterung der Erfindung,

folgenden Stufe gewährende Koppelemente aufweist, F i g. 3 die Spannungs-Strom-Kennlinie einer pnpn-

können die /?C-Glieder so bemessen werden, daß jede 65 Diode,

Stufe ein Abtastfrequenzverhältnis von 5 : 1 hat. Da- F i g. 4 die Zündspannungskennlinie abhängig vom

her können in einem rein hypothetischen Beispiel die mit der pnpn-Diode in Reihe liegenden Widerstand /?C-Glieder in der ersten Koppelstufe eine Abtast- bzw. von der Zündimpulsfrequenz,

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Fig. 5 a den prinzipiellen Aufbau einer pnpn- genannten Patentschrift hingewiesen. Die zeitlich einDiode, geteilte, systematische Wegesuche, die zu einem »dy-

F i g. 5 b eine äquivalente elektronische Schaltungs- namisch abnehmenden« Koppelfeld führt, könnte in

anordnung für die pnpn-Diode gemäß F i g. 5 a, verschiedenen Ausführungsformen endmarkierter

Fig. 5c eine vereinfachte Schaltungsanordnung 5 Koppelfelder Anwendung finden. Doch das bevor-

gemäß F i g. 5 b, zugte Ausführungsbeispiel der Erfindung stützt sich

F i g. 6 die Zündspannungskennlinie abhängig von auf die Koppelmatrix nach dem genannnten Patent,

der Steilheit des Zündimpulses zur Darstellung des weshalb diese Koppelmatrix hier eingehend erläutert

sogenannten »rate effect« einer pnpn-Diode, wird. Es werden aber an den geeigneten Stellen

F i g. 7 Schaltkennlinien von pnpn-Dioden, die io auch andere Koppelmatrixausführungen genannt wereiner statischen, in Rückwärtsrichtung angelegten den, um die Art hervorzuheben, in der die Erfindung Spannung ausgesetzt sind, und zwar in den F i g. 7 a, die Strombelastung der in der Nähe der Endmarkie-7 b von einer in die Schaltung eingefügten Planar- rungspunkte gelegenen Koppelelemente vermeidet.
Epitaxial-Diode mit einem bestimmten Aufbau und F i g. 1 zeigt ein Übersichtsschaltbild eines Koppelin den Fig. 7c, 7d von einer Diode mit entgegen- 15 feldes mit vier Stufen, die hier als 1., 2., 3. und gesetztem Aufbau, wobei die F i g. 7 b und 7 d zei- 4. Stufe bezeichnet werden. Jede Stufe ist mit den gen, wie die Diodenkennlinien sich bei dynamischen Eingängen über eine Anzahl Koppelpunkte mit den Vorspannungsverhältnissen ändern, wenn die Dioden- folgenden Stufen verbunden. Wenn alle Koppelzündzeit kleiner ist, punkte aller Matrizen aller vier Stufen zünden, sich

F i g. 8 Schaubilder zur Darstellung der Wirkung 20 verriegeln und eingeschaltet bleiben, wird durch die der dynamischen, in Vorwärtsrichtung angelegten Summierung der Koppelpunktströme die Auslegung Spannung, wobei die F i g. 8 a zeigt, wie an einer schwierig. Wenn das Koppelfeld auf fünf Stufen erDiode der ersten Koppelstufe sich die Spannung an- weitert wird, so wird die Zahl der gleichzeitig eingedert, wenn eine parallelgeschaltete Diode zündet, und schalteten Koppelpunkte noch größer. Deshalb sind wobei die Fig. 8b die Diodenkennlinienänderung 25 Maßnahmen erwünscht, die den Strombedarf auf eine zeigt, die sich nach der Beeinflussung einer nicht ge- längere Zeitspanne bei diesem Koppelfeld verteilen, zündeten Diode mit einer Reihe wiederkehrender Es mögen andererseits andere bekannte, endmar-Zündimpulse ergibt, kierte Koppelmatrizen betrachtet werden. Bei diesen

F i g. 9 Schaubilder zur Darstellung der Wirkungen Koppelmatrizen ist oft nur eine einfache Annäherung der dynamischen, in Rückwärtsrichtung angelegten 3° angenommen und nur versucht worden, die Leistungs-Spannung bei einer in das Koppelfeld eingefügten fähigkeit aller Stromversorgungen und Bauelemente Planar-Epitaxial-Diode der einen (a) und der anderen zu erhöhen, bis der Strombedarf gedeckt wurde. Bei (b) Aufbauart, dieser Methode mußte die Versorgungsspannung so

F i g. 10 ein Schaltungsschema für einen einzelnen weit erhöht werden, daß die Koppelelemente einer Verbindungsweg durch das Koppelfeld, wie er in 35 hohen elektrischen Beanspruchung unterworfen wa-F i g. 2 durch die stark ausgezogenen, gestrichelten ren. Diese hohe Beanspruchung ließ die Koppel-Linien hervorgehoben ist, elemente auch in unerwünschter Weise zünden und in

Fig. 11 ein Schaubild zur Darstellung der Span- besetzte Verbindungswege einbrechen. Einige andere

nungsänderungen, die im Verbindungsweg gemäß Lösungen gingen in die Richtung des Matrixentwurfs,

Fig. 10 auftreten, wenn die in Reihe geschalteten Di- 4° die mit außerordentlichen, oft andere Probleme auf-

oden aufeinanderfolgend von links nach rechts zün- werfenden Schwierigkeiten verbunden war. Deshalb

den, besteht eine Lösungsmöglichkeit darin, Vorteil aus

F i g. 12 ein von der F i g. 2 abgeleitetes, idealisier- den Kennlinien der Koppelelemente zu ziehen, wo-

tes Schaltungsmodell für ein Koppelfeld zur Erläute- durch das Einbrechen in besetzte Verbindungswege

rung des grundsätzlichen Aufbaus eines »dynamisch 45 vermieden wird, einfache Anordnungen gewonnen

abnehmenden« Koppelfeldes, werden und doch ein zuverlässiges Schalten erzielt

Fig. 13 ein von einer Diode der ersten Stufe aus- wird.

gehendes Diodenfeld in einem endmarkierten Kop- Senkrechte strichpunktierte Linien teilen die F i g. 2

pelfeld, in vier Koppelstufen auf, die den Kästchen in F i g. 1

F i g. 14 ein Diodenfeld in der ersten Koppelstufe, 50 entsprechen. Diese vier Koppelstufen mögen sich in

dessen Dioden auf Grund einer Endmarkierung zy- einer automatischen Fernsprechvermittlungsanlage be-

klisch abgetastet werden, finden. Zwei Teilnehmerleitungen A, B sind unter

F i g. 15 ein Schaubild zur Darstellung der sich anderen Teilnehmerleitungen an die Eingänge der

während der Abtastung der Dioden in Fig. 14 erge- ersten Koppelstufe angeschlossen, die hier als ein-

benden Zündspannunngsänderungen, 55 zelne Matrix gezeigt ist. Es können beliebig viele

F i g. 16 ein Tabelle zur Erläuterung der dynami- Leitungsgruppen oder Koppelmatrizen in der ersten

sehen Abnahme bei einem beispielhaften Bündel von Koppelstufe vorgesehen werden. Ebenso können die

Verhältnissen, Gruppen kleiner oder größer sein, um einer kleine-

F i g. 17 ein weiteres, von einem Endmarkierungs- ren oder größeren Zahl von Leitungen Zugang zu

punkt ausgehendes Diodenfeld, das die natürliche 60 gewähren. Auch hier ist die Erfindung nicht an Kop-

Abnahme bei Besetztzuständen zeigt, die im Koppel- pelfelder mit vier Koppelstufen gebunden. Sie kann

feld zu irgendeiner beliebigen Zeit auftreten können, ebenso bei einer anderen Zahl von Koppelstufen an-

und gewendet werden.

Fig. 18 ein Analogon zum Koppelfeld gemäß Mehrere Steuerschaltungen 50, beispielsweise Ver-

F i g. 2 zur Hervorhebung einiger der in den F i g. 1 ⁶5 bindungssätze, Register oder andere Schaltungen,

bis 17 erläuterten Aspekte der Erfindung. sind mit den Koppelfeldausgängen verbunden. Diese

Vor der näheren Beschreibung der Erfindung sei Steuerschaltungcn 50 steuern die Verbindungen, wel-

nochmals auf die Arbeitsweise der Koppelmatrix der ehe durch das Koppelfeld verlaufen, und sorgen für

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jede notwendige oder wünschenswerte Funktion, bei- erst zünden. Dann gelangt das am Spaltendraht He-

spielsweise für den Wählton, den Besetztton, die Ge- gende erste Potential El über die gezündete Diode

sprächszeitbegrenzung und ähnliches. D 4 an den Zeilendraht M1, wo es das Markierpo-

Im Freizustand sind beide Enden der Koppelmatrix tential erniedrigt, während sich der zugeordnete Konnormalerweise mit Erdpotential markiert. Zur Anfor- 5 densator 55 aufzuladen beginnt. Dies am Zeilendraht derung eines durch das Koppelfeld führenden Ver- M1 auftretende erniedrigte Potential hindert die anbindungsweges wird von einer Teilnehmerschaltung deren, an den Zeilendraht M1 angeschlossenen Di- LC das eine Ende des gewünschten Verbindungs- öden Dl bis D 3 so lange daran, zu zünden, bis die weges mit +18 Volt und von einer zugeteilten Steuer- gezündete Diode D 4 ausgeschaltet ist.
schaltung 50 das andere Ende mit —18 Volt markiert. i₀ Die Endmarkierung ist ein Zündimpuls, der einen Beispielsweise möge ein rufender Teilnehmer an der Ladestrom über die gezündete Diode D 4 zum Kon-Station A seinen Handapparat abheben und dadurch densator 55 fließen läßt. Dieser Strom hält die Diode eine zugeordnete Teilnehmerschaltung LC veranlas- D 4 eingeschaltet. Wenn der Ladestrom durch einen sen, einen Eingang 51 zu markieren. Zur gleichen Haltestrom ersetzt wird, bevor die ansteigende Span-Zeit möge eine Steuerschaltung (Verbindungssatz n) _1S nung den Abschaltpunkt erreicht, so ist ein Verbereitgestellt sein und einen Ausgang 52 markieren, bindungsweg von dem anfordernden Teilnehmer zu so daß ein Verbindungsweg durch das Koppelfeld in einem bereitgestellten Verbindungssatz hergestellt, einer Richtung von der anfordernden Teilnehmer- Dieser Haltestrom hält die gezündete Diode eingeschaltung zu dem bereitgestellten Verbindungssatz schaltet. Wenn der Haltestrom nach dem Laden des hergestellt wird (z.B. die stark ausgezogene, gestri- ₃₀ Kondensators55 nicht erscheint, schaltet die Diode chelte Linie, die von der markierenden Teilnehmer- D 4 aus. Nach dem Ausschalten der Diode D 4 wirkt leitung zu der markierten Steuerschaltung verläuft). das Potential der im Kondensator 55 gespeicherten

Jede Matrix weist Zeilendrähte (M 1) und Spalten- Ladung als Sperrpotential, das die Diode D 4 momendrähte (M 2) auf. Jede beliebige Zahl von Zeilen- und tan im ausgeschalteten Zustand hält, damit so an-Spaltendrähten kann vorgesehen werden; in diesem ₃₅ dere, mit dem Zeilendraht M1 verbundene Dioden, Fall sind die Matrizen in den aufeinanderfolgenden wie die Diode D 2, einschalten können. Später fließt Stufen als 5 · 5-, 3 · 5-, 5 · 5- und 5 · η-Matrix be- die Ladung des Kondensators 55 über den Widerzeichnet. Diese Matrixdrähte, die als leitende Schie- stand 54 ab, wodurch die Sperrspannung an der Dinen auf einer gedruckten Schaltung ausgebildet sein ode D 4 verschwindet. Auf diese Weise schalten die können, kreuzen sich. An jedem Kreuzpunkt sind _3o Dioden in Zufallsauswahl ein und aus, bis ein Verelektronische Schalter, vorzugsweise pnpn-Dioden bindungsweg sich durch die hintereinandergeschalte- (D 1), angeschlossen. Wenn ein Koppelelement einge- ten Koppelmatrizen durchgefunden hat. Dies ist im schaltet ist, werden die sich schneidenden Matrix- einzelnen in der genannten Patentschrift erläutert,
drähte elektrisch miteinander verbunden, und wenn Hieraus ergibt sich, daß der selbstsuchende Verdas Koppelelement ausgeschaltet wird, so sind die ₃₅ bindungsweg viele Kombinationen eingeschalteter Disich schneidenden Spaltendrähte gegeneinander elek- öden umfaßt, die breit in den hintereinandergeschaltrisch isoliert. teten Koppelmatrizen gestreut sind. Auf Grund der

Diese elektronischen Koppelelemente schalten ein Zufallsauswahl werden viele Diodenzündungen nutz- oder zünden, wenn eine das Zündpotential überschrei- los sein, weil sie nicht mit anderen Zündungen kotende Spannung an seine Anschlüsse angelegt wird. 40 ordiniert sind.

Genauer gesagt, jeder Spaltendraht wird durch ein Als wichtigster Punkt sei hier herausgestellt, daß individuell zugeordnetes RC-Glied, beispielsweise jede folgende Stufe im Koppelfeld unter der zeitlichen durch das aus einem Widerstand 54 und einem Kon- Kontrolle eines i?C-Gliedes, wie der Glieder 56, 57, densator 55 bestehende Glied, auf ein erstes Poten- arbeitet. Die letzte Koppelstufe erfordert eine solche tial E1 vorgespannt. Deshalb zündet ein Koppel- 45 zeitliche Steuerung nicht, weil sie durch eine bereitelement (wie D 4), wenn der Zeilendraht M1 durch gestellte Steuerschaltung endmarkiert wird. Bei der ein zweites Potential markiert wird, welches in Be- Erfindung ist die Funktion jedes i?C-Gliedes genau zug auf die Freimarkierang E1 das Zündpotential die gleiche, wie sie oben beschrieben wurde,
übersteigt. Nach dem Zünden des Koppelelements D 4 Gemäß der Erfindung sind die Zeitkonstanten diewird der Kondensator 55 mit dem Markierpotential 50 ser /?C-Glieder für jede aufeinanderfolgende Koppeides Zeilendrahtes geladen. Auf Grund der Aufla- stufe derart ausgewählt, daß eine vollständige Wegedung des Kondensators erscheint ein Zündpotential suche über alle verfügbaren Koppelelemente gesichert auf dem Zeilendraht einer Matrix der folgenden Kop- ist. Die sich aus diesen Zeitkonstanten ergebende pelstufe. Auf diese Weise wird das Markierpotential Frequenz- oder Schwingungscharakteristik sorgt für stufenweise an aufeinanderfolgende Koppelmatrizen 55 eine zeitliche, systematische Gelegenheit für jedes weitergegeben, in denen die Dioden in gleicher Weise Koppelelement, jedes andere Koppelelement zu erzünden, reichen. Durch eine grundsätzliche Erläuterung der

Der markierte Zeilendraht Ml wird von vielen Koppelmatrix ist auch die systematische Wegesuche

Spaltendrähten geschnitten (wie beispielsweise durch besser zu verstehen, angefangen mit einem Rückblick

die Koppeldioden Dl bis DA der Matrix in der 60 auf die Arbeitsweise eines Koppelelements. Dieser

ersten Koppelstufe in F i g. 2 gezeigt). Wenn nun alle Rückblick soll beispielsweise mit einer Erläuterung

Spaltendrähte gemeinsam durch ein einziges erstes einer Dnpn-Diode beginnen, die bei der Erfindung

Potential markiert würden, dann würden die mit dem ein bevorzugtes elektronisches Koppelelement ist.

Horizontaldraht Ml verbundenen Koppeldioden ^.

theoretisch gleichzeitig zünden. Dies setzt jedoch vor- 65 Koppelelement

aus, daß alle Dioden genau dieselben Kennlinien auf- Im folgenden seien vollständigkeitshalber einige

weisen, was aber praktisch nie der Fall ist. Immer der bekannten Eigenschaften einer pnpn-Silizium-

wird eine Diode, beispielsweise die Diode D 4, zu- Diode angeführt:

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a) Die pnpn-Diode ist durch drei Leitfähigkeitszu- Schichtkapazitäten der Diode in Form von drei hinstände oder -bereiche gekennzeichnet (Fig. 3): tereinandergeschalteten Kondensatoren Cl, C 2, C3, Bereich I ist der Aus-Zustand, der Bereich ho- von denen jede parallel einer Diode 60, 61, 62 liegt, hen Widerstandes, der durch eine hohe Span- Dabei ist die Diode 60 eine pn-Diode, wie aus den nung und einen niedrigen Strom gekennzeichnet 5 ersten beiden Anfangsbuchstaben der Bezeichnung ist. Bereich II ist ein vorübergehender Bereich »pnpn« hervorgeht. Die Diode 61 ist eine np-Diode, negativen Widerstandes, in dem Strom und wie sich aus dem zweiten und dritten Buchstaben der Spannung sich ändern. Bereich III ist der Ein- obengenannten Bezeichnung ergibt. Die pn-Diode 62 Zustand, ein Bereich niedrigen Widerstandes, ist aus den beiden letzten Buchstaben der obengeder durch niedrige Spannung und hohen Strom io nannten Bezeichnung abgeleitet. Auf diese Weise gekennzeichnet ist. Der Zustand der Diode ge- trennt die Grenzschicht /1 die links oben gezeigte langt vom Bereich I nach Bereich II, wenn an p- und η-Schicht, die eine Diode (mit der p-Schicht die Diode eine genügend große Spannung V_s an- an Pluspotential gelegt) parallel mit einer Grenzgelegt wird. Solange der Strom nicht unter den Schichtkapazität C1 bildet. Ebenso trennt die Grenz-Wert I_h fällt, bleibt die Diode im Ein-Zustand 15 schicht J 2 zwei Schichten, die eine np-Diode parallel und im Bereich III.. Die Gleichstromeigenschaf- mit einer Grenzschichtkapazität C 2 bilden, und die ten einer pnpn-Diode sind durch die bekannte Grenzschicht / 3 trennt zwei Schichten, die eine pn-Kurve in F i g. 3 dargestellt. Diode (mit der η-Schicht an Minuspotential angelegt)

b) Unter normalen Verhältnissen ändern sich die parallel mit einer Grenzschichtkapazität C 3 bilden. Diodenparameter etwas mit der Temperatur, und 20 Die mittlere Diode 61 liegt zwischen den Dioden 60, zwar derart, daß mit abnehmender Temperatur 62 und ist entgegengesetzt zu diesen Dioden gepolt,
die Schaltspannung und der Haltestrom anstei- Um eine pnpn-Diode vom Bereich I zum Bereich gen und umgekehrt. III zu bringen, müssen zwei Bedingungen gleichzei-

c) Die Schalteigenschaften einer pnpn-Diode sind tig erfüllt sein:

abhängig vom Reihen widerstand der zugeordne- 25 1. Ein Strom mit einem bestimmten Wert /_s muß ten Schaltungen oder der Frequenz, mit der die dem Kondensator C 2 zugeführt werden, und 2. eine Impulse der Diode zugeführt werden. Im allge- Schaltspannung muß an die äußeren Diodenanschlüsse meinen neigt die Diode dazu, erst bei höheren mit der gezeigten Polarität und mit einem bestimmten Spannungen zu zünden, wenn entweder der Rei- Potential V_s angelegt werden. Entweder die eine oder henwiderstand oder die Impulsfrequenz der 30 die andere dieser zwei Bedingungen kann eine grö-Zündimpulse ansteigt, wie in F i g. 4 gezeigt ist. ßere Rolle spielen, abhängig von Änderungen des

^ Spannungsdifferentials. Wenn die angelegte Span-

Bei der Erfindung wird nun die mit dem söge- nung langsam ansteigt, dominiert das Potential V_s nannten »rate effect« verbundene Zündeigenschaft vor dem Strom/_s. Wenn aber die angelegte Spander pnpn-Diode ausgenutzt. Der Ausdruck »rate 35 nung steiler ansteigt, so spielt der Strom/_s eine imeffeet« bezeichnet eine derartige Eigenschaft einer mer größer werdende Rolle für das Durchschalten.
pnpn-Diode, auf Grund der die Diode bei verhältnis- Um die Wirkungen der Schaltspannung und des

mäßig hoher Spannung gezündet wird, wenn das an Stromes (V_s, l_s) zu verdeutlichen, sollen im folgenden die Diode angelegte Potential langsam ansteigt, und drei Fälle betrachtet werden, wobei die Diode nicht auf Grund der die Diode bei verhältnismäßig nied- 4° vorgespannt ist:
riger Spannung gezündet wird, wenn das angelegte

Potential schnell ansteigt. Diese Anstiegszeit kann _a) Die Zündspannung steigt mit kleiner Steilheit an mathematisch durch den Ausdruck »dv/di« wieder- (beinahe ebener Gleichstrom)

gegeben werden.

Fig. 5 gibt den Aufbau und Ersatzschaltbilder 45 Wenn die Spannung an der Diode langsam auf einer pnpn-Diode wieder. F i g. 5 a zeigt vier in Reihe eine Spannung ansteigt, die knapp unterhalb der liegende Halbleiterschichten, von denen jede gegen- Gleichstromzünd- oder Schaltspannung V_s liegt, über den benachbarten Schichten entgegengesetzte bleibt die Diode immer noch im Aus-Zustand. Um Polarität aufweist. Ältere Dioden sahen wirklich so eine derartig mit geringer Vorspannungssteilheit voraus, wie in der Zeichnung gezeigt. Die neueren Pia- 5° gespannte Diode in den Ein-Zustand zu bringen, ist nar-Epitaxial-Dioden haben einen abweichenden Auf- nur eine zusätzliche Spannungsänderung nötig, die bau, doch ist das Prinzip dasselbe. Das Pluspotential in der Größenordnung eines Bruchteils eines Volts wird an die obere p-Schicht angelegt, während das liegen kann. Vor dem Einschalten fließt ein ver-Minuspotential an die untere η-Schicht (Kathode hältnismäßig geringer Strom durch die Diode (Sperrgenannt) angelegt wird. Jede Schicht ist von der an- 55 strom in der Größenordnung von 10~⁹ A). Deshalb deren durch eine Grenzschicht getrennt, die hier mit ist die Zündspannung V_s der dominierende Faktor Jl, J 2, J 3 bezeichnet ist. Ein Verarmungsgebiet bil- während dieses Zustandes.
det sich in natürlicher Weise an jeder Grenzschicht,

wobei dies Verarmungsgebiet die Wirkung eines b) Große Spannungssteilheit (10 V/μβ)

Kondensators zur Folge hat. ^6o

In Fig. 5 a ist rechts die bekannte Aufteilung Wenn beispielsweise der Kondensator C 2 (Fig. 5 c)

einer pnpn-Diode in einen pnp-Transistor und einen 10 μΑ pro Zeiteinheit aufnimmt und wenn der erfornpn-Transistor vorgenommen worden. Dieses Auf- derliche Zündstrom /_s in der Größenordnung von teilungsbild entspricht wieder dem Ersatzschaltbild 20 μΑ liegt, dann steigt der Schaltstrom auf den in F i g. 5 b, wobei die dort gezeigten Kondensatoren 65 Wert I_s innerhalb zweier Zeiteinheiten an. Wenn die Cl, C2, C3 den Grenzschichtkapazitäten entspre- Zeiteinheit eine Mikrosekunde ist und wenn die an chen. die Diode angelegte Spannung während der zwei

Das Ersatzschaltbild in F i g. 5 c zeigt die Grenz- Zeiteinheiten auf 20 V ansteigt (diese Steilheit ist

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groß genug, um die Diode nach dem »rate effect« wirkung aus den Grenzschichtkapazitäten innerhalb

zu zünden), wird die Diode bei der Spannung von der Diode, ähnlich wie oben im Zusammenhang mit

20 V zünden, welche noch unterhalb der langsam der Vorspannung in Vorwärtsrichtung beschrieben

ansteigenden Gleichstromzündspannung V_s liegt. wurde. In diesem Fall jedoch wird die mittlere

Hier spielt also der Zündstrom I_s die wichtigste Rolle. 5 Grenzschichtkapazität C 2 durch die Diode 61 kurz-

Eine stilisierte, nach dem »rate effect« verlaufende geschlossen. Die beiden äußeren Dioden 60, 62 wer-

Kurve einer pnpn-Diode ist in Fig. 6 dargestellt. den in Rückwärtsrichtung vorgespannt; deshalb wer-

... . den die Kapazitäten C1 und C 3 mit einer solchen

c) Sehr große Spannungssteilheit Polarität geladen, die die Sperrspannung an den

Wenn die an die pnpn-Diode angelegte Spannung io Dioden 60, 62 aufrechterhält. Wenn der pnpn-Diode sehr steil ansteigt, spielt die wichtigste Rolle noch ein Zündimpuls zugeführt wird, verschwinden die ein anderer Faktor, der bei geringerer Steilheit nur Ladungen der Kapazitäten C1 und C 3 wieder. Daunwesentliche Bedeutung hat. Dieser Faktor ist die nach kann die Kapazität C 2 in Vorwärtsrichtung aufZeit Γ, die zur Injizierung von Ladungsträgern in die geladen werden, wenn die Polarität der Vorspannung Basisschicht der pnpn-Diode erforderlich ist. Ein i5 der inneren Diode sich ändert.

typischer Wert für die Zeit T liegt in der Größenord- Das Rückwärtsvorspannen wird aus der F i g. 7 nung von 10~⁷ Sekunden. Es sei angenommen, daß klarer. Jede der Zeichnungen a bis d zeigt die Spandie Zündspannung mit einer Steilheit von etwa nungsverhältnisse an vier Schichten einer pnpn-Diode, 100 V/μβ ansteigt. Die Zeit für 0,1 μβ für die ersten wenn die Diode anfangs rückwärts vorgespannt ist. 10 V des Spannungsanstiegs sind erforderlich, um 20 In der »Erklärung« ist die Bedeutung der Kurven Ladungsträger zu injizieren und dabei die Verzöge- angegeben, die die Spannungen an den Punkten rungszeit T zu überdauern. Erst dann kann das »Anode«, »/1«, »/2« und »Kathode« in Fig. 5c Durchschalten beginnen. Zu diesem Zeitpunkt be- kennzeichnen. Die Kurven zeigen, wie die Spannung ginnt die Kurve in F i g. 6 dann wieder anzusteigen. an diesen Punkten sich als Funktion der Zeit ändert,

Im folgenden sollen nun die Änderungen der Zünd- 25 während der die Dioden gezündet werden,
eigenschaften betrachtet werden, wenn eine pnpn- Die F i g. 7 a, 7 c zeigen die Änderung der Span-Diode mit einer Dauergleichspannung in Vorwärts- nungsverhältnisse an diesen Punkten, wenn die Zündrichtung vorgespannt ist, bevor ein Versuch gemacht spannung mit kleiner Steilheit angelegt wird. Die wird, sie zu zünden. Wenn keine Vorwärts- F i g. 7 b, 7 d zeigen die Spannungsverhältnisse, wenn Dauergleichspannung vorhanden ist, bevor ein Zün- 30 die Zündspannung steiler ansteigt. Bei der F i g. 7 d dungsversuch unternommen wird, zündet eine schnell ist angenommen worden, daß die Diode zur Zeit i₃ ansteigende Spannung (mit einer Steilheit von etwa zu zünden beginnt und daß ferner der Lawinendurch-10 ν/μβ) die Diode bei einer niedrigeren »rate effect«- bruch bis zur Zeit f₄ andauert, wo die Diode sich im Spannung, weil es keine Verzögerung beim Schalten Einschaltzustand befindet. Dies wird durch den abder äußeren zwei äquivalenten Dioden 60, 62 gibt 35 steigenden Ast der Spannungskurve in F i g. 7 d dar- und weil der Strom/_s bereits durch den Kondensa- gestellt.

sator C 2 fließt. Doch wegen der Vorwärtsvorspan- Die relativen Werte der Grenzschichtkapazitäten

nung zündet die Diode bei einer Spannung, die höher Cl, C2 und C3 haben eine bedeutende Wirkung auf

als die Zündspannung einer nicht vorgespannten die Arbeitsweise der Diode. Die Unterschiede der

Diode ist, ohne Rücksicht auf den Betrag, auf den 40 Kapazitäten rühren von dem Aufbau eines Planar-

die angelegte Zündspannung nach dem Vorspannen Epitaxial-pnpn-Diode her, bei der die eine äußere

ansteigt. Grenzschicht viel größer als die andere äußere Grenz-

Die Ursache für eine derartige Arbeitsweise geht schicht ist, während die mittlere Grenzschicht von aus einer Betrachtung der F i g. 5 c hervor. Im Vor- mittlerer Größe ist. Daher haben die äquivalenten wärts-Vorspannungszustand sind die äquivalenten 45 Kapazitäten (F i g. 5 c) drei Größen. Die Diode kann äußeren Dioden 60, 62 in leitendem Zustand. Des- so hergestellt werden, daß C1<C2<C3 oder halb werden die Sperrschichtkapazitäten Cl und C3 C1>C2>C3 ist. Der erste Fall gilt für die kurzgeschlossen. Die mittlere Diode 61 ist jedoch in F i g. 7 a, 7 b. Für die F i g. 7 c, 7 d gilt der zweite Fall. Rückwärtsrichtung vorgespannt, und daher wird die Es sollen nun die Kurven in F i g. 7 a näher erKapazität C 2 geladen. Die Dauer-Vorwärtsgleich- 5° läutert werden. Die F i g. 7 c bis 7 d unterliegen dann spannung läßt die wirksame Zündspannung ansteigen, der gleichen Betrachtungsweise. Aus Fig. 5 c ist zu weil der angelegte Impuls der Vorspannung der mitt- ersehen, daß die äquivalenten Dioden 60 und 62 inleren Kapazität C 2 zugefügt werden muß, bevor ein folge der Anfangsverteilung der Ladungsträger in angemessener Strom /_s fließt. Rückwärtsrichtung vorgespannt werden, wobei die

Aus F i g. 2 geht hervor, daß vor dem Erscheinen 55 Ladungsträger über das Verarmungsgebiet verteilt

des Zündimpulses beide Anschlüsse einer an einen sind, wo sie eine verhältnismäßig große Spannung

freien Spaltendraht angeschlossenen Diode Erdpo- aufbauen. Die Polarität der Spannung an der mitt-

tential haben. Die Anschlüsse einer an einen be- meren Kapazität C 2 spannt die äquivalente Diode 61

setzten Spaltendraht angeschlossenen Diode sind in Vorwärtsrichtung vor; deshalb ist fast keine La-

mit einer Dauergleichspannung in Rückwärtsrichtung 60 dung auf der Kapazität der mittleren Grenzschicht

vorgespannt. Daher gibt es einen elektrischen Unter- vorhanden. Die Zeichnung in F i g. 7 a zeigt diese

schied zwischen den Dioden, die an freie und be- Polaritäten zur Zeit J₀.

setzte Spaltendrähte angeschlossen sind. Diese ein- Der Zündimpuls beginnt zur Zeit f₀, und die

geführte Differenz ergibt sich aus den Ladungen, die Anodenspannung bewegt sich nach positiveren Wer-

die Grenzschichtkapazitäten haben. 65 ten in Richtung auf die Kathodenspannung zu, und

Wenn die Diode einer Rückwärts-Dauergleichvor- zwar mit einer Steilheit, die durch die Anstiegszeit

spannung ausgesetzt wird, bevor der Versuch des der angelegten Spannung bestimmt wird. Die Span-

Zündens unternommen wird, ergibt sich die Haupt- nungen an den Grenzschichten Jl, Jl kreuzen sich

kurz nach der Zeit t₀. Die Kurve für die Spannung an der Grenzschicht/2 kreuzt die Kurve für die Spannung an der Kathode zur Zeit t_v Danach wird die Diode 62 in Vorwärtsrichtung vorgespannt und ihre Spannung auf Erdpotential begrenzt. Mehr Strom fließt nun durch die Kapazitäten C1 und C 2, wodurch die Steigung für die Kurve der Spannung an der Grenzschicht /1 geändert wird.

Wenn die angelegte Spannung nun immer positiver wird, wird der Zeitpunkt t₂ erreicht, wo die Diode 60 in Vorwärtsrichtung vorgespannt wird. Danach folgt die Spannung an der Grenzschicht /1 dem Anodenpotential. Der richtige Schaltprozeß kann zur Zeit i₂ beginnen, weil dann die Ladungsträger so verteilt sind, daß die zum Beginnen des Zündprozesses nötigen inneren Spannungspolaritäten für die Dioden vorhanden sind. Die Spannung V₁ zeigt den Wert der angelegten Spannung zu derjenigen Zeit an, zu der die inneren Spannungspolaritäten zum Beginn des Zündprozesses hin orientiert sind.

Es sei daran erinnert, daß nur + 18 V von der Spannungsquelle zur Verfügung stehen und daß die Dioden zünden, wenn die Differenz zwischen den Spannungen V₁ und V₅ dem Zündpotential für die Diode im nicht vorgespannten Zustand entspricht. Zur Zeit t₂ in F i g. 7 a zündet die Diode nur dann, wenn die Spannung sich von F₁ auf V₃ erhöht hat. Doch da die Spannungsquelle eine bestimmte Spannungsgrenze von + 18 V aufweist, kann die angelegte Spannung nicht über + 18 V hinausgehen, um zum Wert V₃ zu gelangen.

Die eingetragenen Spannungswerte an der vertikalen Achse in den F i g. 7 a bis 7 d gelten nur für einen bestimmten Diodentyp. Für andere Diodentypen können andere Spannungswerte erforderlich sein. Im folgenden sollen die Rechnungen angegeben werden, die zu den eingetragenen Spannungswerten führten. Dann können vergleichbare Spannungswerte für andere Diodentypen in ähnlicher Weise errechnet werden.

Für diese Rechnung ist folgende Annahme gemacht worden:

C3

= V-

5Cl

(5)

Da das Verhältnis-^- kleiner als das Verhältnis Ca

-~r in Gleichung (4) ist, ist die Spannung V₁₁ viel

größer als die Spannung Vj₂.

Für die Ausdrücke (4) und (5) sei ein Zahlenbeispiel angegeben:

Wenn

V= 18V; JL = 15V
Cl

und

C3

= 3 V ist, dann ist F_yi = 15Vund F_/2=3V.

Diese Annahme gilt annähernd für die gegenwärtig verfügbaren Planar-Epitaxial-pnpn-Dioden. Es sei daran erinnert, daß die mittlere Grenzschichtkapazität C 2 kurzgeschlossen ist, weil die Diode 61 in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist. Die Spannungsverhältnisse an der Diode werden durch folgende Formel wiedergegeben:

worin Vj j die Spannung an der Grenzschicht /1 und Vj₂ die Spannung an der Grenzschicht/2 (Fig. 7c) ist. Ferner gilt:

Cl

C3

5Cl

worin Vj₁ und V_j2 die entsprechenden Spannungsabfälle an den Kapazitäten Cl und C3 sind.
Aus den Gleichungen (1), (2) und (3) folgt:

⁷²

Cl

Diesen Spannungen 15 V und 3 V sind keine Polaritäten beigegeben, so daß ein allgemeiner Fall vorliegt.

Angenommen, es bleibe für die F i g. 7 b alles dasselbe (was normalerweise nicht ganz zutrifft), nur die Steilheit der Zündspannung werde geändert. Der Spannungsmaßstab bleibt derselbe, nur die Zeitskala ist wie gezeigt zusammengedrängt. Die pnpn-Diode zündet nicht, weil die Zündspannung V₃ immer noch über den von der Spannungsquelle (gestrichelte Linie) verfügbaren + 18 V liegt.

Als nächstes sei der FallCl>C2>C3 angenommen, und es werde dieser Fall praktisch angewendet. Die Spannungen für diesen Fall (F i g. 7 c, 7d) sind von Rechnungen abgeleitet, die oben mit Bezug auf F i g. 7 a angegeben wurden, nur mit der Ausnahme, daß hier die Spannung Vj ₁ = 3 V und die Spannung V_{3 2} = 15 V ist. Wieder ist die Polarität weggelassen, um allgemein gültig zu sein.
In diesem Fall gibt es einen bedeutenden Unterschied gegenüber den in F i g. 7 a gezeigten Spannungen. Zur Zeit I₁ wird die Diode 60 in Vorwärtsrichtung derart vorgespannt, daß die Kurve /1 mit der Kurve für die angelegte Spannung zusammenläuft, während die Kurve/2 ihren Verlauf ändert, weil mehr Strom durch die Kapazität C 2 fließt. Zur Zeit t₂ wird die Diode 62 in Vorwärtsrichtung vorgespannt, und der wahre Schaltprozeß beginnt in diesem Moment. Bei der nicht verkürzten Zeitskala in F i g. 7 c zündet die Diode nicht, weil die Span-So nung durch die Quelle auf + 18 V begrenzt wird und die Spannung zum Zünden auf einen Spannungswert V₃ ansteigen müßte.

Wenn die Steilheit der angelegten Spannung größer wird und wenn die Zeitskala sich zu verkürzen beginnt (F i g. 7 d), kann oberhalb einer bestimmten Steilheit eine in Rückwärtsrichtung vorgespannte pnpn-Diode zünden und zu einem besetzten Spaltendraht durchschalten, weil die Schaltspannungsdifferenz (V₃ — V₁) unter der von der Spannungsquelle verfügbaren Spannung von -f 18 V liegt. Deshalb bricht nach dem Zünden der Diode die Spannung zur Zeit i₄ zusammen.

Die Erläuterung der Charakteristik der zwei Dioden, die bei umgedrehtem Aufbau einer Planar-Epitaxial-Diode auftritt, zeigt, daß pnpn-Dioden auf besetzte Verbindungen aufschalten können, wenn C1>C2>C3 ist, aber nicht, wenn CK Cl <C3ist.

15 16

Der nächste zu betrachtende Fall (F i g. 8) ist die Wenn die Zusatzspannung mit einer etwas Wirkung einer dynamischen Vorspannung in Vor- größeren Amplitude angelegt worden wäre, würde wärtsrichtung. Diese Wirkung tritt ein, wenn eine die Diode nahe dem Zeitpunkt t_x gezündet haben. pnpn-Diode zeitweise einer hohen Vorspannung Doch infolge der hier gemachten Annahmen zündet in Vorwärtsrichtung ausgesetzt wird, die nicht zum 5 die Diode nicht, und die Spannung an der Grenz-Zünden ausreicht. Nach F i g. 2 kann diese Art des schicht /1 verringert sich vom Zeitpunkt t_x (Ab-Vorspannens unter zwei Bedingungen vorkommen, schalten der Zündspannung) bis zum Zeitpunkt t₂ wobei die eine in der ersten Koppelstufe und die (Wiederanlegen der Zündspannung). Diese Spanandere in der zweiten und dritten Koppelstufe ge- nungsverringerung erfolgt aber infolge der höheren stellt wird. F i g. 8 a zeigt das Verhalten einer anfangs 10 inneren Impedanz der Diode mit geringerer Steilheit, vorgespannten Diode in der ersten Koppelstufe. Zur Zeit t₂ wird die Zusatzspannung mit einer Wenn eine Zusatzspannung der Vorspannung über- höheren Amplitude wieder angelegt. Zur Zeit t₃ wird lagert wird und dann plötzlich abgeschaltet wird, be- die Diode 60 in Vorwärtsrichtung vorgespannt. Nur vor die Diode zünden kann, wird die Ladung der Ka- dann kann der richtige Schaltprozeß beginnen. Es pazitätC2 (Fig. 5c) praktisch aufrechterhalten, 15 sei darauf hingewiesen, daß der ganze, vom Zeitweil beide äußeren Dioden 60, 62 in Rückwärtsrich- punkt t₂ bis zum Zeitpunkt i₃ erfolgende Spannungstung vorgespannt werden und eine hohe Impedanz anstieg für den Prozeß der Umverteilung von Laim Megohm-Bereich darstellen. Dies ist durch die dungsträgern in der pnpn-Diode benötigt wird, und gestrichelte, mit Z₁ und J₂ bezeichnete Linie in daß diese Spannung deshalb von der angelegten Span-F i g. 8 a dargestellt. Wenn die Zusatzspannung mit 30 nung abgezogen werden muß. Die Diode zündet nur mittlerer Steilheit (etwa 10 V^s) ansteigt, ist der dann, wenn die verbleibende Spannung des Zünd- »rate effect« praktisch aufgehoben. Anders ausge- impulses im Vergleich zur Spannung zum Zeitdrückt, die Diode neigt zum Zünden bei ihrem punkt t₂ eine Amplitude aufweist, die der zum Zün-Gleichstromzündpotential, nachdem sie einer in Vor- den der Diode beim ersten Versuch erforderlichen wärtsrichtung wirkenden Vorspannung ausgesetzt 25 Zündspannung entspricht. Wenn dies der Fall ist, worden ist, wie aus der zweiten Spitze in F i g. 8 a zündet die pnpn-Diode zum Zeitpunkt t_i bei einer erkennbar ist. Deshalb können wiederholt auftre- Spannung, die in der Zeichnung knapp unterhalb der tende Impulse, die einen für das Zünden einer nicht verfügbaren Spannungsgrenze gezeigt ist. Diese vorgespannten Diode nach dem »rate effect« vor- Zündspannung ist auf Grund der Spannungsübergesehenen Spannungsverlauf zeigen, angelegt wer- 30 lagerung höher als die normale »rate effect«-Spanden, ohne die Diode zu zünden. Nach F i g. 4 steigt nung für eine 50 V/^s-Anstiegsflanke und um einen die Spannung, bei der eine Diode zünden kann, mit solchen Betrag höher, als der Pegel ohne Vorspander Impulsfrequenz der angelegten Impulse an. nung, der der Summe aus dem während der Zeit i₀

Die Diode hat diese frequenzabhängige Charak- bis I₁ festgehaltenen und während der Zeit J₁ bis t₂

teristik bei dynamischer Vorspannung, weil ein wirk- 35 absinkenden Ladungspegel und dem Schaltpegel ohne

licher Schaltprozeß nicht stattfindet, wenn nicht die Vorspannung entspricht.

Diode 60 in Vorwärtsrichtung vorgespannt wird und Die beiden erläuterten Fälle mit dynamischer Vorwenn nicht eine bestimmte Zeit zwischen den Im- spannung sind unmittelbar in dem Koppelfeld nach pulsen vergeht, um die in der Kapazität C2 festge- Fig. 2 anwendbar, in dem dynamische Zustände haltene Ladung abzubauen. Der Schaltstrom fließt 40 während des Schaltvorganges auftreten. Diese Erläunur dann über die Kapazität C 2, wenn diese Ladung terung zeigt auch, daß eine Auswahl der richtigen abgebaut worden ist. Wenn dann nach dieser Zeit Diodeneigenschaften nötig ist, so daß die Diode den die Kapazität C 2 zu leiten beginnt, erreicht die Zu- statischen Erfordernissen entspricht und doch nicht satzspannung einen Wert, der nahe bei der Gleich- unter dynamischen Bedingungen versagt, die norstrom-Zündspannung liegt. Die Diode zündet dann. 45 malerweise im Koppelfeld auftreten. Außerdem spie-Die diesen Fall abdeckenden Spannungsverhältnisse !en die Werte der Diodenkapazitäten eine bedeutende können der F i g. 8 a entnommen werden. Rolle für das Vermindern oder für die Erhöhung des

Der andere Fall mit dynamischer Vorspannung Speichereffektes, der das Einbrechen in besetzte Verliegt dort vor, wo die Diode anfangs im nicht vor- bindungswege verhindert.

gespannten Zustand ist, ein Zustand, der oft in der 5° Die folgenden Bedingungen bestehen vorwiegend zweiten und dritten Koppelstufe auftritt. Es sei an- für die Dioden der vierten oder Endkoppelstufe, die genommen, daß wiederholt auftretende Impulse an zu den Steuerschaltungen 50 (F i g. 2) durchschalten, die Diode gelangen, die eine große Steilheit haben Die zwei in Fig. 9a, 9b dargestellten Fälle sind (50 ν/μβ). Die Impulsspannung reicht nicht aus, um CKC2<C3 und C1>C2>C3. Diese Fälle die Diode zu zünden, und die Spannung wird ange- 55 treten auf, wenn eine Planar-Epitaxial-Diode in zwei legt, abgeschaltet und dann 100 μβ später wieder an- Aufbauausführungen hergestellt ist. Die Kurven in gelegt. Es sei ferner angenommen, daß die Ampli- F i g. 9 zeigen einen Fall, der dem Fall des Vorspantude des ersten Impulses nicht ausreicht, die Diode nens in Rückwärtsrichtung mit Dauergleichspannung zu zünden, daß jedoch die Amplitude der wieder an- sehr ähnlich ist. Deshalb sollen diese Kurven nicht im gelegten Impulsspannung die pnpn-Diode beim ersten 60 einzelnen erörtert werden. Obgleich die Fälle jedoch Versuch zum Zünden bringt (F i g. 8 b). Zur Zeit t₀ sehr ähnlich sind, betreffen sie zwei genau entgegenwird die Diode 60 in Vorwärtsrichtung vorgespannt. gesetzte dynamische Situationen im Koppelfeld Die Spannungskurve für die Grenzschicht71 und /2 (Fig. 9 zeigt die Schaltforderungen). Vom Gesichtsfolgt der Spannungskurve für die Anode der pnpn- punkt des Einbrechens auf besetzte Verbindungen Diode. Zur Zeit Z₁ wird die Zusatzspannung abge- 6₅ scheint der Aufbau der Planar-Epitaxial-Diodenverschaltet, und die Anodenspannung fällt infolge der bindungen zu genügen, wenn CKC2<C3 ist. äußeren Schaltungswiderstände (beispielsweise 110, Jedoch ist vom Gesichtspunkt des Schaltens her der Fig. 12) exponentiell ab. Aufbau der Diodenverbindungen wünschenswerter,

der dem FallCl>C2>C3 entspricht. Unabhängig von der Auswahl der Aufbauart der Diodenverbindungen muß viel Sorgfalt auf die Erfüllung der zwei entgegengesetzten Forderungen gewandt werden.

F i g. 9 a zeigt, daß die angelegte Spannung auf die von der Spannungsquelle gelieferte Maximalspannung (+ 18 V) ansteigen kann. Die erste äquivalente Diode 60 wird zur Zeit t₁ und die dritte äquivalente Diode 62 wird zur Zeit t₂ in Vorwärtsrichtung vorgespannt. Die Spannung an der Grenzschicht /1 kreuzt die angelegte Spannung zur Zeit t_s. Danach muß an der pnpn-Diode ein der Zündspannung entsprechender Spannungsanstieg vor sich gehen, bevor die Diode zündet. Da die Spannung + 18 V der Spannungsquelle kleiner als die Zündspannung ist, zündet die pnpn-Diode nicht.

In F i g. 9 b kann die Spannung gegenüber der Spannung V₁ auf die Zündspannung ansteigen.

In den F i g. 9 a, 9 b liegen die Zeitpunkte i₂ und i₃ sehr dicht zusammen, weil die Spannung auf Grund der durch den entsprechenden Spaltendrahtkondensator gebildeten niedrigen Impedanz sehr steil ansteigt. Die fallenden Spannungskurvenstücke beruhen auf der Abnahme der Grenzschichtkapazitäten.

Die pnpn-Diode stellt im allgemeinen ein ausgezeichnetes Koppelelement dar. Die verschiedenen elektrischen und Umgebungsverhältnisse, denen das Koppelfeld normalerweise unterliegt, haben einen beträchtlichen Einfluß auf die im Koppelfeld zur Verwendung gelangenden Koppelelemente. Dies weist auf die Schwierigkeit hin, die bei der Auswahl der Diodeneigenschaften auftritt. Dies gibt jedoch auch die Richtung an, in der Verbesserungen an Koppelelementen erwünscht sind. Deshalb ist die Erfindung nicht auf die gegenwärtig verfügbaren pnpn-Dioden beschränkt; im Koppelfeld können irgendwelche geeigneten Koppelelemente verwendet werden.

Verbindungsweg

Fig. 10 zeigt ein idealisiertes Modell eines typischen Verbindungsweges, der über das vierstufige Koppelfeld in F i g. 2 hergestellt sein möge. Dies kann der Verbindungsweg sein, der in F i g. 2 durch die gestrichelten Linien dargestellt ist. Der Verbindungsweg wird als Modell bezeichnet, weil dessen Spannungskurve in Fig. 11 idealisiert ist. An den Enden des Verbindungsweges angeordnete Widerstände 73, 81 sind nur für Gleichstrombetrachtungen dargestellt; sie werden für Sprachsignale überbrückt, um den Dämpfungsverlust zu verringern. Die Aufgabe ist nun, einen Verbindungsweg niedriger Impedanz zwischen einer Schaltung 51 (die eine Teilnehmerschaltung eines Teilnehmers A sein kann) und einer Schaltung 52 (die ein Verbindungssatz VSl sein kann) herzustellen. Wenn ein unsymmetrischer Aufbau eines Verbindungsweges für irgendwelche Zwecke nicht erwünscht ist, können zwei gänzlich getrennte Verbindungswege gezündet werden.

Die Arbeitsweise der Anordnung in Fig. 10 ist folgende: Es sei angenommen, daß eine Maximalspannung von + 18 V von der Schaltung 51 und daß eine Maximalspannung von — 18 V von der Schaltung 52 geliefert wird. Es sei ferner angenommen, daß alle pnpn-Dioden D3, D5, D6, Dl sich im Aus-Zustand befinden, bevor die Endmarkierungen auftreten. Alle Punkte 64 bis 70 entsprechen freien Spaltendrähten oder haben Endpotential, welches an die Spaltendrähte über die i?C-Glieder angelegt wird.

Fig. 11 zeigt ein Schaubild, das die Spannung V als Funktion der Zeit in bezug auf den Verbindungsweg der F i g. 9 darstellt. Der Zeitmaßstab beginnt, wenn in den Schaltungen 51 und 5 2 die Markierspannungen von Erde auf die Endmarkierspannungen von + 18 V und — 18 V ansteigen bzw. abfallen. Dieser Anstieg bzw. Abfall erfolgt mit einer gewissen Steilheit. Als Folge davon steigt die Spannung an der Diode D 3 in Vorwärtsrichtung, während die Spannung an der Diode D 7 sich derart ändert, daß sie aus dem Zustand der Rückwärts-Vorspannung in den Zustand ohne Vorspannung gerät. Bei einer gewissen Spannung (+:18 V > V_s > Erde) zündet die Diode D3 (Punkt 71, Fig. 11). Für kurze Zeit bezieht die Diode D 3 Spannung über die durch den Kondensator 72 gebildete niedrige Impedanz. Die Folge ist, daß der ganze Spannungsabfall jetzt am Widerstand 73 erscheint. Zur selben Zeit lädt ein verhältnismäßig großer Strom den Kondensator 72 auf annähernd diejenige Spannung auf, der die Diode D 3 vor dem Zünden ausgesetzt war, wobei die Steilheit groß genug ist, um die Diode D S gemäß dem »rate effect« zu zünden.

Wenn die Diode D 5 nicht gezündet wird, fällt der Strom durch die Diode D 3 unter den Haltewert, und die Diode D 3 schaltet aus. In diesem Augenblick (gestrichelte Linie 75 in Fig. 11) beginnt die Spannung am Punkt 64 zu fallen, und die Ladungen auf den Grenzschichtkapazitäten beginnen sich zu verteilen.

Wenn die Diode D S zündet (voll ausgezogene Linie in Fig. 11), zündet sie deshalb, weil der Ladestrom des Kondensators 72 ein schnelles Ansteigen des Potentials am Punkt 64 bewirkt. Die Diode D S ist einer schnellen Spannungsänderung ausgesetzt, die ihr Zünden nach dem »rate effect« bei der niedrigeren Spannung 76 bewirkt. Beide Dioden D 3 und D 5 sind nun im Ein-Zustand, der sich in F i g. 11 aus der gemeinsamen Spannungskurve 77 ergibt. Wegen der im Koppelfeld bei eingeschalteten Dioden D 3, DS vorhandenen, verschiedenen, dynamischen Verhältnisse hat die Linie 77 eine geringere Steilheit als die entsprechende, zum Punkt 76 führende Linie, wo nur eine Diode D 3 im Einschaltzustand ist. Wenn einmal die Diode D 5 gezündet ist, wird in ähnlicher Weise die Diode D 6 gezündet (Punkt 78), und dann sind drei Dioden im Ein-Zustand (der mit 79 bezeichnete Teil der Kurve).

Da die Diode D 7 ursprünglich in Rückwärtsrichtung vorgespannt war, zündet sie in Übereinstimmung mit der vorhergehenden Diskussion der dynamischen Vorspannung bei einem höheren Potential 80. Nun sind alle vier Dioden D3, DS, D6, Dl im eingeschalteten Zustand, und alle Zwischenpunkte 64 bis 70 entladen sich sehr schnell über den Widerstand 81, wie durch die KurveD3 + D5 +■ D6 + Dl gezeigt ist.

Nach dem Verschwinden vorübergehender Störungen nimmt das Koppelfeld seinen Dauerzustand ein, der nur vom Zustand der äußeren Schaltung und insbesondere durch die Widerstände 73 und 81 abhängig ist. Nachdem einmal alle vier Dioden leitend geworden sind, haben die im Verbindungsweg liegengen /?C-Glieder keine weitere Aufgabe mehr. Sie könnten abgetrennt werden, ohne daß sich die Arbeitsweise der pnpn-Dioden ändern würde. Dies

19 20

setzt voraus, daß die pnpn-Dioden im Einschaltzu- prüfung in jeder Koppelstufe endlich ein Verbinstand wirklich passive Schaltelemente sind. dungsweg durchgeschaltet wird, der über die Dioden

_A , , , _1T^ , ,. , D23, D24 und D25 verläuft.

Aufschalt-und Doppelverbindungen _{ßeim Besetztsdn eines} Spaltendrahtes sind also

Aus F i g. 2 geht hervor, wie der Modellverbin- 5 alle an diesen Spaltendraht angeschlossenen Dioden dungsweg der Fig. 10 zu erweitern ist, um zur Dar- in Rückwärtsrichtung vorgespannt und Verbindungsstellung der Fig. 12 zu gelangen. Es sei angenom- unfähig gemacht. Diese Verbindungsunfähigkeit ist men, daß ein Verbindungsweg bereits über die dick für das Verhindern eines Aufschaltens auf eine durchausgezogene Linie 90 hergestellt worden ist. Die geschaltete Verbindung (Doppelverbindung) wichtig. Widerstände 91 und 92 haben einen Wert, der viel io Diese Eigenschaft erlaubt es dem Koppelfeld, sich größer als der Wert des Widerstandes der gezünde- selbst nach Besetzt- und Freizuständen abzutasten, ten pnpn-Diode ist. Deshalb kann der Spannungs- und vermeidet die Benutzung von getrennten Beabfall an den Dioden vernachlässigt werden. Das setzt-, Abfrage- und Auswahlschaltungen, welche in Dauerpotential aller, dem hergestellten Verbindungs- bekannten Schaltungsanordnungen erforderlich sind. weg 90 zugeordneter Punkte liegt nicht zu weit vom 15 Wenn nur eine der benachbarten Dioden die Forde-Erdpotential fort, doch haben die besetzten Spalten- rung des Nichtzündens nicht erfüllt, treten ernsthafte drähte eine Polarität, auf Grund der alle, mit ihm ver- Fehler auf, und zwar:

bundenen, nicht gezündeten pnpn-Dioden in Rück- , . .„ . ~ , , . , _c , ,. ,.

wärtsrichtung vorgespannt werden. ^l · ^ ^. eme Doppelverbmdung auf (geschieht

Es sei nun angenommen, daß ein anderer rufender *° ₂ beXoispräcfcspartner werden von ihren zu-TeitaehmeiM eine Verbindung wünscht, wenn der gehörigen Steuereinrichtungen abgetrennt, oder Verbindungsweg 90 besetzt ist, und daß eine andere 3 |_{n G}* _{äch tner wir}| _aus f_{löst un}'_{d ein} Steuerschaltung 93 fur den nächsten Anruf bereit- anderer Partner nimmt dessen Stelle ein (gegesellt worden ist Dieses Bereitstellen erfolgt durch _{schieht affl} j _n)
Anlegen einer Endmarkierung. Die Spannungen an 25

den entgegengesetzten Enden dieses Verbindungs- Das Koppelfeld ist in der Absicherung dieser Forweges betragen wieder +18 V und — 18 V. Die derungen sehr wirksam, die ein Aufschalten auf eine Teilnehmerschaltung der Station A hat in der Zeich- bestehende Verbindung verhindern. Das Koppelfeld nung zu vier Dioden Zugang, doch scheidet die ist auch beim Verhindern von Doppelverbindungen Diode D 4 sofort für die Benutzung aus, weil sie an 30 innerhalb des Ausbreitungsfeldes der mit dem endeinen Spaltendraht angeschlossen ist, der schon markierten Punkt verbundenen Dioden sehr wirksam, einem durchgeschalteten Verbindungsweg 90 züge- Um dies darzulegen, sei angenommen, daß ein fiktiver hört. Die Diode D 4 ist daher in Rückwärtsrichtung Verbindungsweg (durch die gestrichelte Linie 105 gevorgespannt. zeigt) zu den durchgeschalteten Verbindungswegen

Die die Diode D 4 betreffende Zündspannungs- 35 im Koppelfeld zu derjenigen Zeit hinzugefügt wird, zu

förderung, nämlich der Fall +18 V > V_s > — 18 V, der der Teilnehmer N eine Verbindung anfordert. Mit

kann also nicht erfüllt werden. dem Zünden der Diode D 22 wird eine positive End-

Es sei angenommen, daß die Diode D 2 zuerst ge- markierungsspannung von + 18 V an den Punkt 106 zündet hat und daß danach die Diode D10 zündet. angelegt. Es sei nun angenommen, daß beide Dioden Die Dioden D11 und D12 können nicht zünden, 4° D 23 und D 27 gleichzeitig zünden und daß das Zünweil sie mit dem bereits bestehenden Verbindungs- den auf zwei unabhängigen Verbindungswegen vorweg verbunden sind und sie dauernd daher in Rück- wärtsgeht. Es findet nun ein wirkliches Rennen statt, wärtsrichtung vorgespannt sind. Die Teilnehmer- Wenn die Dioden D 28 und D 25 gleiche Kennlinien schaltung des Rufenden gibt den mißlungenen Ver- aufweisen und wenn ferner Signale gleicher Amplisuch auf, einen Verbindungsweg über die Dioden D 2, 45 tude gleichzeitig an den Punkten 107, 108 auftreten, D10 herzustellen. Diese Dioden schalten aus. Dann könnte eine Doppelverbindung auftreten. Glücklicherzündet eine andere Diode in der ersten Koppelstufe, weise kann jedoch nur eine der Dioden D 25, D 28 beispielsweise die Diode D 3, weil die Endmarkier- zuerst zünden. Wenn die erste zündet, bewirkt sie spannung von +18 V noch in der Teilnehmerschal- eine schnelle Änderung des Endmarkierunspotentials tung vorhanden ist. Die Diode D14 ist mit dem 50 am Punkt 109, wodurch die andere Diode am Zündurchgeschalteten Verbindungsweg verbunden und den gehindert wird. Unter den oben gemachten, kann daher nicht zünden. Daher sei angenommen, strengen und sehr unwahrscheinlichen Annahmen daß die Diode D 5 zündet und daß danach der Ver- (alle Teile im Koppelfeld sind gleich) kann der bindungsweg über die dick ausgezogene gestrichelte Grund, warum nur eine der Dioden D 25, D 28 zün-Linie 97 hergestellt wird. 55 det, nicht an den Dioden D 25 und D 28 an sich, son-

Nun möge ein dritter Teilnehmer N einen Anruf dem muß an den Ungleichheiten ihrer unabhängigen

tätigen, wobei eine Endmarkierungsspannung von Verbindungswege liegen.

4-18 V am Punkt 98 erscheint. Die Diode D15 möge Nun kann erläutert werden, welche Rolle jedes

zuerst zünden. Zwar können danach die Dioden· D16 Schaltungselement spielt. Wie vorher erwähnt wurde, und D17 zünden, doch kann der Verbindungsweg ⁶° können die jRC-Glieder nach der Durchschaltung des

nicht über die mit dem durchgeschalteten Verbin- Verbindungsweges abgetrennt werden. Deshalb dient

dungsweg 90 verbundene Diode D18 weiter aufge- der an den Spaltendraht angeschlossene Widerstand

baut werden. Dieser Verbindungsversuch muß daher (beispielsweise 110) nur zur Schaffung eines Vorspan-

aufgegeben werden. Die Dioden D 20, D 21 können nungspotentials vor dem Zünden. Dieser Widerstand in der ersten Koppelstufe deshalb nicht zünden, weil 65 hat einen verhältnismäßig hohen Wert, so daß der

die Punkte 95,96 das Besetztpotential eines besetzten von der Spannungsquelle gelieferte und durch den

Spaltendrahtes aufweist. Es kann nun nur noch die Widerstand fließende Strom geringer als der Halte-

Diode D 22 zünden, über die nach einer Besetzt- strom der Diode ist. Im anderen Fall würde eine

Diode verriegelt und dauernd über den Widerstand gehalten werden, was nicht erwünscht ist.

Der Kondensator, beispielsweise der Kondensator 111, hat eine sehr wichtige Funktion sowohl während des Durchschaltens als auch unmittelbar nach einem erfolglosen Zünden. Beim Zünden bildet der über den Kondensator 111 verlaufende Weg eine kurzzeitig niedrige Impedanz für die gerade gezündete Diode oder gezündeten Dioden der vorhergehenden Koppelstufe. Beim Ein- und Ausschalten der Dioden wird die zum Zünden erforderliche Energie sehr schnell von Stufe zu Stufe übertragen. Auch zünden die Koppelfelddioden wegen der Anstiegszeit der Kondensatorladung bei Spannungen niedriger Steilheit. Nach jedem erfolglosen Zündungsversuch entlädt sich der Kondensator 111 über den Widerstand 110 während einer verhältnismäßig langen Zeitspanne. Die verbleibende Ladung dient zur Bildung einer kurzzeitigen Rückwärts-Vorspannung, die dieselbe Diode daran hindert, sofort wieder zu zünden. Diese Rückwärts-Vorspannung erlaubt wiederum beliebigen anderen Dioden, die parallel mit einer gerade gezündeten Diode liegen, gegebenenfalls zu zünden, wodurch eine vollständige Suche nach einem freien Verbindungsweg veranlaßt wird. Die Widerstände 73 und 81 haben einen doppelten Zweck. Sie müssen den Strom durch das Koppelfeld begrenzen und doch einen genügenden Haltestrom zulassen. Die Werte der Widerstände 73 und 81 müssen auch derart gewählt werden, daß die Spannung an einem durchgeschalteten Verbindungsweg annähernd Erdpotential beträgt, um das Koppelfeld vor Doppelverbindungen zu schützen.

Es muß hier darauf hingewiesen werden, daß die verschiedenen Koppelfeldmatrizen durch Auswahl der Komponentenwerte zeitlich eingeteilt werden können. Weitere, sich aus der zeitlichen Einteilung ergebende Änderungen erteilen dem Koppelfeld eine gänzlich unterschiedliche Arbeitsweise.

Arbeitsweise eines mehrstufigen Koppelfeldes

Ein größeres mehrstufiges Koppelfeld ist derart kompliziert, daß die einfachen Verhältnisse des in Verbindung mit Fig. 10 und Fig. 11 behandelten Modells kaum noch auf dieses mehrstufige Koppelfeld übertragbar sind.

In der Literatur ist die Auffassung vertreten, daß der große, auch Auffächer-Strom genannte Strom, der größte Stolperstein für die richtige Arbeitsweise eines großen, mehrstufigen, »nicht gesteuerten« Koppelfeldes ist (der Ausdruck Auffächer-Strom ist wohl nicht genau, weil alle Koppelfelder dieses Typs nach einem Auffächermuster aufgebaute Koppelpunktfelder haben. Der Strom fließt immer durch einige der Dioden in diesem Muster. Daher besteht das Problem nicht in dem eigentlichen Auffächer-Strom, sondern in dem außerordentlich großen Strom, wenn zu viele Dioden zur selben Zeit einschalten).

Um diesen großen Strom besser zu verstehen,.sei ein Rückblick auf die vorhergehende Beschreibung gestattet. Fig. 13 zeigt eine Erweiterung der Fig. 10 und zeigt die Auffächerung der Dioden. Wenn jede Diode in dem Auffächermuster der Fig. 13 zur gleichen Zeit eingeschaltet würde und dann für eine annehmbare Zeitspanne eingeschaltet bliebe, würde über die Enddioden, beispielsweise die Diode 120, von der zugeordneten Spannungsquelle her ein sehr hoher Strom, der Auffächer-Strom, fließen. Von diesem Strom wird gesagt, daß er Schaltungen erfordere, die mit den Koppelelementeigenschaften verschwenderisch umgehen.

Wie aus F i g. 13 zu ersehen ist, ist jede Diode, beispielsweise die Diode 120 der ersten Koppelstufe, mit verschiedenen Matrizen der zweiten Koppelstufe (beispielswese 121) verbunden.

Jede Diode der zweiten Koppelstufe ist an einen getrennten Fächer aus Dioden (122) in der dritten ίο Koppelstufe ist wiederum an einen eigenen Fächer aus Koppelsufe ist wiederum an einen eigenen Fächer aus Dioden (123) in der vierten Koppelstufe angeschlossen. Der Auffächer-Strom tritt dann auf, wenn mehr als eine erlaubte Zahl dieser Dioden zur selben Zeit im Ein-Zustand sind.

Es sind schon viele Maßnahmen zur Vermeidung dieses Auffächer-Stromes in der Literatur angegeben worden. Beispielsweise ist die Verwendung eines Rechners zur Auswahl von Koppelelementen vorgeschlagen worden. Ein anderer Vorschlag bestand in der Anwendung verschiedener Vorspannungen. Ein weiterer Vorschlag war, Koppelfelder mit automatisch angelegten, selbstwirkenden Markierungen für die progressive Auswahl von Koppelelementen nach dem Einer-zur-Zeit-Prinzip zu verwenden. Bei der Anordnung gemäß der genannten Patentschrift bleiben die Koppelemente bei der Suche nicht im eingeschalteten Zustand, sondern werden in zufälliger Weise eingeschaltet und dann sofort wieder ausgeschaltet, wenn über sie ein vollständiger Verbindungsweg nicht hergestellt werden konnte. So werden die zu beliebiger Zeit eingeschalteten Dioden daran gehindert, im eingeschalteten Zustand zu bleiben.

Gemäß der Erfindung wird eine über das Koppelfeld zeitlich verteilte, systematische Wegesuche ausgeführt, wobei jedes Koppelelement wenigstens eine und vielleicht viele Gelenheiten hat, einen Verbindungsversuch über jedes andere freie Koppelelement zu unternehmen. Doch wird die Zahl der Dioden, die im Koppelfeld zünden können, nicht mit steigender Koppelstufenzahl größer. Bei der Erfindung wird von der dynamischen Vorspannung und von anderen Wirkungen Gebrauch gemacht, um die Zahl der Koppelelemente zu verringern, die zur selben Zeit einschalten können. Wenn die Koppelstufenzahl größer wird, dann wird die wirksame Größe des Auffächerungsmusters der Dioden, die gleichzeitig einschalten können, in jeder Koppelstufe verringert. Ein solches Koppelfeld gemäß der Erfindung kann ein »dynamisch abnehmendes Koppelfeld« genannt werden. Das dynamisch abnehmende Koppelfeld arbeitet mit Energieübertragung von Koppelstufe zu Koppelstufe mittels der den Spaltendrähten zugeordneten Kondensatoren. Wenn eine Spannungsquelle mit beschränktem Leistungsvermögen vorausgesetzt wird, kann die Teilnehmerschaltung nur einen begrenzten Strom von χ Milliampere liefern. Der für einen Spaltendraht einer beispielhaften Matrix der vierten Koppelstufe verfügbare Strom beträgt ^. Dieser verhältnismäßig niedrige Stromwert braucht nur so groß zu sein, daß eine der Dioden in der vierten Koppelstufe gezündet wird. Die einfache Erfüllung der Stromanforderungen (d. h. den von der Teilnehmerschaltung gelieferten Strom größer machen) ist keine praktische Lösung, weil der Stromanstieg durch Verringern der Teünehmerschaltungsimpedanz erreicht werden muß, was wiederum die Spannungssteilheit an

dem /?C-Glied größer werden läßt. Diese größere Spannungssteilheit läßt aber auch die Wahrscheinlichkeit des Einbrechens in durchgeschaltete Verbindungswege anwachsen.

»Reine« Abtastung ist eine der ersten Koppelstufe eigene Eigenschaft, die teilweise in den Diodeneigenschaften, teilweise in den mit den Spaltendrähten der ersten und zweiten Koppelstufe verbundenen RC-Gliedern und teilweise in der Steilheit der angelegten Spannung begründet ist. In Fig. 14 kann die TeilnehmerschaltungLC auf fünf zugeordnete Dioden 130 in der ersten Koppelstufe stoßen. Von der Teilnehmerschaltung wird eine Zündspannung geringer Steilheit (s. 131) angelegt, so daß die Matrix in der ersten Koppelstufe am Punkt 132 endmarkiert wird. Es sei angenommen, daß alle pnpn-Dioden 130 die gleiche Zündspannung von etwa 30 V haben, doch daß sie sich in den Fertigüngstoleranzen unterscheiden.
Die Zündreihenfolge ist also Diode 1, 2, 3, 4, 5. wesentlich. Wenn jedoch einmal eine Endmarkierung angelegt worden ist, zünden die Dioden in irgendeiner Anfangsreihenfolge. Danach zünden die Dioden wiederholt auf Grund derselben Endmarkierung. Wenn einmal die Zündreihenfolge während irgendeiner Endmarkierung das erste Mal hergestellt wird, pflegt die Zündreihenfolge sich selbst für die Dauer der Endmarkierung zu erhalten. Es sei angenommen, daß die Dioden 130 mit ansteigenden Ziffern zünden. Die Zündreihenfolge ist also Diode 1, 2, 3, 4, 5. F i g 15 zeigt den Effekt an der Kurve 131 der angelegten Endmarkierung, wobei diese Kurve sich aus den Diodenzündungen ergibt. Die Zahlen 1, 2, 3, 4, 5, 1... geben die Dioden an, die gezündet haben und dabei die Einsattelungen der Kurven bewirken. Die Diode 1 war vor dem Auftreten des Endmarkierungszündimpulses im ausgeschalteten Zustand. Wenn der Zündimpuls auftritt, steigt das Potential an der Kathode sehr schnell vom Wert 133 über den Weg 134 an, wobei die Diode eingeschaltet wird. Die Diode wird völlig am Kurvenknie 135 gesättigt, und zwar dann, wenn das Kathoden- dem Anodenpotential entspricht. Nach der Sättigung gibt es die erwähnte Änderung in der Steilheit des angelegten Potentials. Da die Diode 1 nun eingeschaltet ist, regeln die äußere, in Fig. 14 nicht gezeigte Schaltung zur Anlegung der Endmarkierung in der Teilnehmerschaltung und das RC-Glied 136 die Spannungssteilheit, die dem Kurvenstück 137 entnommen werden kann.

Wenn die Endmarkierungsspannung weiterhin ansteigt, wird die Potentialdifferenz an der Reihenschaltung aus dem Widerstand 138 und der Diode 1 kleiner und kleinen Eventuell kann die Spannungsdifferenz einen derartigen Wert haben, daß folgende Bedingung erfüllt wird (/„ = Haltestrom, E = Spannung):

/,„ Diode 1 >

^Kn)IiQ(Ic

/?138

Wenn dieser Fall eintritt (Punkt 139 an der Kurve der F i g. 15), schaltet die Diode 1 in der ersten Koppelstufe ab und bleibt für wenigstens 50 iis abgeschaltet (in diesem beispielhaften Fall), weil die Spannung an der Kathode der Diode 1 infolge des ÄC-Gliedes 136 langsam exponentiell abfällt.

In derselben Weise zünden nacheinander die Dioden 2, 3, 4 und 5. Nachdem jede Diode gezündet und abgeschaltet hat, bleibt sie für annähernd dieselbe Zeitspanne gesperrt, weil jedes der /?C-Glieder 140 bis 143 die gleiche Bemessung aufweist. Nach Beendigung des ersten Zyklus und nach dem Ein- und Ausschalten jeder Diode 1 bis 5 ist die Diode 1 wieder zur Zündung bereit, weil der Kondensator des ÄC-Gliedes 136 mehr als irgendein Kondensator der ÄC-Glieder 140 bis 143 entladen worden ist. Daher hat sich die Spannung an der Kathode der Diode 1 ihrem ursprünglichen Freizustandswert von —18 V mehr genähert als die Kathoden der Dioden 2 bis 5. Zum Zeitpunkt 145 zündet die Diode 1 wieder, und der zweite Zündzyklus beginnt, in dessen Verlauf jede der Dioden 1 bis 5 wieder zündet. Dann beginn! der dritte Zyklus. Das setzt voraus, daß keine Diodenzündung zu einem vollständigen Verbindungsweg führt. Beim Durchschalten eines vollständigen Verbindungsweges wird das zyklische Zünden unterbrochen.

Es ergibt sich nun die Frage, warum die Dioden in der ersten Koppelstufe nicht gleichzeitig zünden, obwohl Dioden mit derselben Zündspannung von etwa 30 V gewählt worden waren. Zum Beispiel wird die Diode 2 dem Spannungsbereich 137 (mäßig schnellen positiven Anstiegs) der Diode 1 ausgesetzt, doch zündet sie nicht. Die Antwort auf diese Frage wurde im Zusammenhang mit F i g. 8 a und der Beschreibung der dynamischen Vorspannung gegeben. Das heißt, daß jede Diode dem in Impulsen wiederkehrenden Zündpotential ausgesetzt wird, so daß die dynamische Vorspannung zu einem immer wichtiger werdenden Faktor wird und die betreffende Diode zum Zünden bei höheren Spannungen neigt.

Die nächste Frage ist, warum es den Zeitabschnitt 147 von etwa 17 μ3 zwischen den aufeinanderfolgenden Diodenzündungen gibt. Die Antwort hängt mit dem aus Experimenten gewonnenen Zünd-Dioden-Musterder Fig. 14 zusammen. Während der beispielhaften Länge von 1,6 Millisekunden des angelegten Impulses zündet jede dieser fünf Dioden etwa 17- bis 19mal. Jede Zündung der Dioden 130 in der ersten Koppelstufe wirkt auf den Punkt 132 etwa 85- bis 95mal zurück (nämlich 17-5 = 85; 19-5 = 95). Daher beträgt die Ruhezeit jeder Diode im Durchschnitt etwa 85 ns (nachdem sie einmal gezündet und dann ausgeschaltet worden ist). Diese Ruhezeit gestattet es den übrigen Dioden, einen Versuch zur Durchschaltung eines Verbindungsweges zu unternehmen. Da die /?C-Glieder (beispielsweise 136) nur eine Entladezeit von 50 \iS brauchen, bleiben die übrigen 35 μβ für das interne, dynamische Vorspannen übrig, welches in Verbindung mit den F i g. 4 und 8 a beschrieben wurde.

Der Abtastprozeß in der zweiten und dritten Koppelstufe ist nicht notwendigerweise der gleiche wie der beschriebene Abtastprozeß in der ersten Koppelstufe. Dieser Unterschied hat statistische Gründe. In einem gefertigten Koppelfeld wurde experimentell gefunden, daß im Durchschnitt jede Diode der ersten Koppelstufe nur eine oder zwei der drei Dioden in der zweiten Koppelstufe bei irgendeiner Zündung abtastet. Jede Diode der zweiten Koppelstufe wiederum tastet etwa drei der fünf Dioden in der dritten Koppelstufe ab. Diese Tatsache sollte im Auge behalten werden, wenn jetzt mit der Beschreibung der Arbeitsweise des Koppelfeldes fortgefahren wird.

Fig. 16 stellt den schlechtesten Fall eines Diodenfeldes dar, das in dem experimentellen Koppelfeld an eine Teilnehmerschaltung angeschlossen ist. Fig. 16

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zeigt die Auffächerung der Dioden. Sofort ist erkennbar, wie diese Auffächerung von der F i g. 2 abgeleitet worden ist. Jede der fünf Dioden in der ersten Koppelstufe war mit jeder der drei Dioden der zweiten Koppelstufe verbunden, welche wiederum an fünf Dioden der dritten Koppelstufe angeschlossen war. Die Kreise stellen Spaltendrähte oder Ausgänge der Koppelstufen dar. Die Spaltendrähte der ersten Koppelstufe sind mit 1 bis 5 bezeichnet. Die Zehnerziffern

Daher entspricht das Schalten in einem großen mehrstufigen Koppelfeld annähernd dem Schalten in dem in F i g. 10 beschriebenen Modell.

Dies sei durch eine Betrachtung der dynamischen VorspannungsVerhältnisse an Hand des in Fig. 16 dargestellten Koppelfeldes zu derjenigen Zeit (160 μ8) bewiesen, in der die Diode am Ausgang 41 zündet. Die Spaltendrähte 41, 42, 43 der zweiten Koppelstufe

dritten Koppelstufen, die abgetastet werden können, durch die aufeinanderfolgenden Zündungen vermindert (nicht vergrößert). Deshalb nimmt das wirksame Diodenfeld ab und fächert wegen der dynamischen Verhältnisse im Koppelfeld nicht auf.

Aus den in Fig. 16 gezeigten Angaben wurde gefunden, daß der Ausgang 41 der zweiten Koppelstufe während des 2. Zyklus und 160 μβ nach dem Beginn der Abtastung aktiviert wurde. Obgleich dieser Fall

an den Spaltendrähten der zweiten Koppelstufe kenn- io wegen der künstlichen Besetztmarkierungen unrealizeichnen die Zuordnungen der Ausgänge der zweiten stisch war, ist diese Angabe als ein hier anzuführen-Koppelstufe zu den Ausgängen der ersten Koppel- des Beispiel ausgeführt worden, weil es zeigt, wie ein stufe (beispielsweise gehören die Ausgänge 11 bis 13 dynamisches Sperren von Ausgängen der vierten Kopzum Ausgang 1). Die Hunderter- und Zehnerziffern pelstufe zustande kommt. Es gibt keinen großen Aufsind in der dritten Koppel stufe in ähnlicher Weise i₅ fächer-Strom, und der absichtlich begrenzte Strom ist bezogen (beispielsweise gehören die Koppelelemente dort konzentriert, wo die Zündenergie benötigt wird. 111 bis 115 zum Ausgang 11 und zum Ausgang 1). ~
Die Ausgänge der dritten Koppelstufe sind mit A1
bis A 5, B1 bis B 5 ... E1 bis E 5 bezeichnet. Wenn
das Belegen eines Ausgangs beobachtet wird, hat die 20
Identität desjenigen Koppelelementes, das diese Belegung verursacht, keine Bedeutung.

Bei den Koppelstufen sind Tabellen gezeigt, die die Zeit angeben, wenn eine Diodenzündung an jedem

Spaltendraht erfolgt, wobei der Nullpunkt der Zeit- 25 umfassen die horizontalen Dioden, die zum Zeitpunkt skala durch das Zünden der ersten Diode der ersten 60 με zünden, wenn die Diode 4 der ersten Koppel-Koppelstufe festgelegt ist. So gibt ein Lesen beim stufe während des ersten Abtastzyklus eingeschaltet Spaltendraht 11 an, daß eine Diode der zweiten Kop- worden ist. Die gleichen Dioden können nicht zünpelstufe zur Zeit 0 gezündet hat. Aus den den Spal- den, wenn die Diode 4 während des zweiten Abtasttendrähten 12, 13 zugeordneten Zeilen der Tabelle 30 zyklus eingeschaltet wird, weil ihre zugehörigen Spalergibt sich, daß die zugeordneten Dioden 100 μ& spä- tendrähte der dritten Koppelstufe dynamisch vorgeter gezündet haben. Die Zahlen an den Spaltendräh- spannt und für die Dauer von 200 μβ gesperrt sind, ten A 1 bis A 3 der dritten Koppelstufe geben an, daß Deshalb muß die zum Spaltendraht 41 Zugang die Dioden der dritten Koppelstufe zum Zeitpunkt 0 habende Diode zünden. Als Folge dieser Zündung gezündet haben, während die Zahl an dem Spalten- 35 wird die Matrix 165 in der dritten Koppelstufe bedraht A 4 angibt, daß eine Diode der dritten Koppel- nötigt. Da drei (£1 bis EU) der zugeordneten fünf stufe 60 μβ später gezündet hat.

Um strenge Zündbedingungen zu schaffen, sind die Spaltendrähte A 5, B 5, C 5, D 5 der dritten Koppelstufe künstlich in den Besetztzustand versetzt worden. Die Endmarkierung wurde an den Spaltendraht E5 angelegt. Wegen des gestörten Musters der Besetztmarkierungen brauchte dieses Koppelfeld einen ungewöhnlich langen Abtastzyklus. Bei normalerer

Verteilung der besetzten Verbindungswege ist anzu- 45 der vierten Koppelstufe verfügbar. Deshalb ist eine nehmen, daß der Verbindungsweg während des ersten wesentliche Verbesserung gegenüber einem Koppel-Zyklus durchgeschaltet wird. feld vorhanden, in dem die Dioden völlig zufällig

Aus F i g. 16 geht hervor, daß die Diode 1 der zünden.

ersten Koppelstufe zur Zeit 0 zündet, wonach die an Gemäß der Erfindung sind Mittel vorgesehen, die

den Ausgang 11 angeschlossene Diode der zweiten 5° dafür sorgen, daß bei steigender Größe des Koppel-Koppelstufe zündet. Dann zünden die Dioden der feldes der Wirkungsgrad nicht verringert wird. Logidritten Koppelstufe bei Al, A 2, A3. Es sei darauf scherweise kann erwartet werden, daß diese Abtasthingewiesen, daß die Diode 1 Zugang zu fünf Ein- methode von einem Absinken des Wirkungsgrades gangen der vierten Koppelstufe bei A 1 bis A 5 hat. begleitet wird, wenn die Zahl der Zeilendrähte der Sie »tastet« nur drei dieser Dioden ab. Die Diode 1 55 zweiten Koppelstufe auf die angestiegene Zahl von schaltet aus, wenn sie nicht Teil eines durchgeschal- dritten und vierten Koppelstufen verteilt wird, die norteten Verbindungsweges wird. malerweise in größeren Koppelfeldern vorhanden ist.

60 μβ später zünden die Diode 4 in der ersten Dies geschieht im allgemeinen jedoch nicht, weil eine Koppelstufe und die Diode 42 in der zweiten Koppel- genauere zeitliche Verteilung erfolgt, und weil die stufe. Diese Dioden haben jedoch nicht Zugang zu 60 Abtastmethode gemäß der Erfindung dazu benutzt fünf Ausgängen in der vierten Koppelstufe, weil die werden kann, daß das Koppelfeld unabhängig von drei Positionen Al bis A3 in der vierten Koppelstufe, welche über die Ader 160 belegt werden, nun
gesperrt bleiben. Dieser Prozeß setzt sich nun so lange
fort, bis ein Ausgang in den Gruppen 161 bis 165 ge- 65
funden worden ist, in denen eine Verbindung möglich
geworden ist.

Auf jeden Fall wird die Zahl der Ausgänge der

Ausgänge durch dynamische Vorspannung unwirksam sind, bleibt nur die Alternative, daß eine oder beide der zwei übrigen Dioden bei £4, E 5 zünden. Eine dieser zwei Dioden hat zu derjenigen Einrichtung Zugang, die den gewünschten Anschluß des Verbindungsweges aufweist. Fast die ganze Leistung der von der Teilnehmerschaltung angelegten Endmarkierung ist zum Zünden dieser letzten Diode in

der Zahl der bestimmten Teile der dritten und vierten Koppelstufe zugeordneten Zeilendrähte der zweiten Koppelstufe arbeitet.

Fig. 17 zeigt das Zündungsfeld eines besonderen Koppelfeldes mit nicht angeschlossenen Spaltendrähten, welches diejenigen Ausgänge der zweiten nd dritten Koppelstufe zeigt, die für andere dritte und

vierte, nicht der gedachten Verbindung zugehörige Koppelstufen vorgesehen sind. Daher sind etwa zwei Drittel der Verbindungswege im Koppelfeld gemäß Fig. 17 nutzlos für die in Frage kommende Wegesuche.

Bei völlig freiem Koppelfeld ist eine Abtastung aller Verbindungswege zur Herstellung einer Verbindung wegen der Vielfachschaltung der Verbindungswege am Punkt 203 nicht nötig. Wenn jedoch mehr Verbindungswege durch das Koppelfeld hergestellt werden, nimmt die Zahl der freien, abzutastenden Verbindungswege ab. Gleichzeitig verhindern die durchgeschalteten Koppeleiemente eine Wegesuche in vielen nachfolgenden Koppelstufen.

In gewissem Umfang tritt deshalb ein Kompensationseffekt auf, verglichen mit dem Fall, in dem alle Verbindungswege frei sind. Da es im völlig freien Zustand des Koppelfeldes nicht nötig ist, alle Verbindungswege abzutasten, hat das Zufügen einiger besetzter Verbindungswege praktisch kaum Folgen. Deshalb hat auch die durch Änderungen im Abtastprozeß begründete Matrixsperrung in vernünftigen Grenzen keine große Wirkung auf die Leistungsfähigkeit des Koppelfeldes.

Es dürfte nun klar sein, daß die Auffächerung der freien Dioden sich umgekehrt proportional zum Verkehr verhält, d. h., daß bei anwachsendem Verkehr die Zahl der verfügbaren Dioden im Auffächerungsmuster abnimmt.

Die in Fig. 17 gezeichnete Situation bildet den schlechtesten Fall eines beispielhaften Falls, in dem zwei von fünf Wegen besetzt sind (die gestrichelten Linien stellen die besetzten Verbindungswege dar). Bei der Betrachtung des dick ausgezogenen Verbindungsweges 200 kann festgestellt werden, daß dieser der einzig verfügbare Weg ist, um die angeforderte Verbindung durchzuschalten. Fig. 17 zeigt, daß die Teilnehmerschaltung drei freie und verfügbare Dioden in der ersten Koppelstufe hat und daß drei von fünf Dioden Ql, Q2, Q3 in der vierten Koppelstufe verfügbar sind und Zugang zum endmarkierten Puntk 203 haben. Jedoch kann über die Dioden 3 und 5 der ersten Koppelstufe eine Verbindung nicht zwischen der Teilnehmerschaltung und dem Punkt 203 durchgeschaltet werden, weil das Koppelfeld intern gesperrt ist. Es sei angenommen, daß dieser Verbindungsweg (die dick ausgezogene, bei 200 beginnende Linie) 200 ns nach dem Beginn eines Abtastprozesses durchgeschaltet wird. Auch aus der Fig. 17 ergibt sich, daß das Koppelfeld schneller arbeitet, wenn die Dioden der ersten Koppelstufe gesperrt werden und aufhören zu zünden.

Zusammenfassung

In der vorhergehenden Beschreibung sind die Schaltungen, die Arbeitsweise und die zum Aufbau eines dynamisch abnehmenden Koppelfeldes benutzten Prinzipien erläutert worden. Diese Zusammenfassung blickt auf diese Erläuterungen zurück und klärt möglicherweise die beim Entwurf eines Koppelfeldes vorzunehmenden Gedankengänge.

Es sei die Analogie zu einer Maschine (Fig. 18) zur Hilfe genommen. Jede Scheibe 300 bis 302 stellt die Zündungsverhältnisse in einer Koppelstufe dar. Die Scheibe 300 entspricht den Verhältnissen in der ersten Koppelstufe der F i g. 2. Die Scheiben 301,302 entsprechen den Verhältnissen in der zweiten und dritten Koppelstufe der F i g. 2.

Jede Scheibe ist getrennt an den Punkten 303, 304, 305 befestigt, so daß sie sich mit einer Geschwindigkeit drehen kann, die völlig unabhängig von der Umdrehungsgeschwindigkeit der anderen Scheiben ist. Die Abtastung in jeder Koppelfeldstufe erfolgt mit einer vom zugeordneten i?C-Glied abhängigen Frequenz; deshalb können die Dioden in jeder Stufe in einem solchen Maß zünden und wieder ausschalten, welches von dem vergleichbaren Maß für die Dioden

ίο in anderen Koppelstufen völlig unabhängig ist. Diese Analogie wird in Fig. 18 dadurch gezeigt, daß unter den Scheiben entsprechende i?C-Glieder 54 bis 57 eingezeichnet sind. Die entsprechenden Beziehungen zu den /ÜC-Gliedern in Fig. 2 sind durch gleiche Bezeichnungen hergestellt.

Die TeilnehmerschaltungLC (Fig. 2) möge eine Endmarkierung an die erste Koppelstufe anlegen. Diese Endmarkierung wird in F i g. 18 analog als eine Lichtquelle 308 gezeigt, deren Licht die erste Scheibe 300 beleuchtet. Eine Linse 309 dient als Analogon zur elektrischen Schaltung in der Teilnehmerschaltung, die die Zündimpulse formt (Fig. 14).

In irgendeiner bekannten Weise wählt eine nicht gezeigte Einrichtung eine der Steuerschaltungen 50 (F i g. 2) als fernen Endpunkt eines Verbindungsweges aus. In Analogie dazu wird eine UND-Schaltung 311 (Fig. 18) bei der Auswahl eingeschaltet, wodurch eine Fotozelle 312 aktiviert wird. Diese Fotozelle bildet das Analogon zu einer Diode der vierten Koppelstufe.

Die Eigenschaften der statischen und dynamischen Vorspannung einer pnpn-Diode werden durch in die Scheiben 300 bis 302 eingeschnittenen Spalte simuliert. Genauer gesagt, jede an sich lichtundurchlässige Scheibe ist mit einem lichtdurchlässigen Spalt 315 bis 317 versehen, der die Zeit mitbestimmt, während der die Dioden jeder Koppelstufe eingeschaltet sind. Beispielsweise möge der Spalt 315 die Zeitspanne darstellen, in der die Diode D 3 (F i g. 2) engeschaltet ist.

Die Spalte 316 möge die Zeitspanne darstellen, in der die Diode D 5 eingeschaltet ist, und die Spalte 317 möge die Zeitspanne darstellen, in der die Diode D 6 eingeschaltet ist. Der Winkel der Spalte gibt den ganzen, in einer besonderen Koppelstufe auftretenden Vorspannungseffekt wieder. Beispielsweise hatte die Diode am Ausgang 11 in F i g. 16 zur Zeit 0 gezündet, und die Dioden an den Punkten 12, 13 waren einem Zündimpuls ausgesetzt, doch hatten nicht gezündet. Beim Zeitwert 100 μβ hatten die Dioden an den Punkten 12, 13 gezündet, und die Diode am Punkt 11 war einem Zündimpuls ausgesetzt, hatte jedoch nicht gezündet. Ebenso hatten die Dioden in der Matrix 161 der dritten Koppelstufe an den drei untersten Ausgängen Al bis A3 zur Zeit 0 gezündet, und die Diode an dem nächst höheren Ausgang νί 4 war einem Zündimpuls ausgesetzt, zündete jedoch nicht. Ebenso zündete eine Diode nach 60 ns am viertletzten Ausgang A 4, und die Dioden an den drei unteren Ausgängen A 1 bis A 3 waren einem Zündimpuls ausgesetzt, zündeten jedoch nicht. Eine Betrachtung der Fig. 16 wird ergeben, wie andere Dioden Zündimpulsen ausgesetzt werden, die mit verschiedenen Frequenzen auftreten, ohne Zündungen zur Folge zu haben. Deshalb wissen die Zündspannungen jeder Diode durch die Frequenz zu helfen, mit der sie wiederholt auftretenden Zündimpulsen, ohne zu zünden, ausgesetzt ist, wie in Verbindung mit F i g. 4 angedeutet wurde. Die analoge Anord-

nung in Fig. 18 kann diese Verhältnisse nur dann simulieren, wenn eine elastische Scheibe vorausgesetzt wird, die die Spalten 315 bis 317 abhängig von den Änderungen der dynamischen Vorspannung öffnet oder schließt. Die analoge Anordnung stimmt auch insofern nicht, als sie nicht die Abnahme zeigt, die von besetzten Leitungen und Sperrungen im Koppelfeld herrührt.

Die analoge Anordnung in F i g. 18 arbeitet in folgender Weise: Ein Zuteiler wählt eine Steuerschaltung durch Einschalten einer UND-Schaltung 311 aus; dabei wird ein Potential von —18 V an einen Ausgang in der vierten Koppelstufe angelegt (Fig. 2). Die UND-Schaltung 311 schaltet an die Fotozelle 312 eine Spannung an, die sie beim Empfang eines Lichtstrahls ansprechen läßt; die Endmarkierung —18 V (F i g. 2) wird an die eine Seite der betreffenden Dioden der vierten Koppelstufe angelegt, so daß diese einschalten können, wenn sie die Zündspannung erreicht. Wenn alle fünf Verbindungswege in der ersten Koppelstufe frei sind (F i g. 17), sind fünf Dioden in der ersten Koppelstufe vorhanden, die zyklisch zünden können. Die Umdrehungsgeschwindigkeit der

Scheibe 300 von beispielsweise -=- U/min ist durch die

Diodenkennlinie und durch die Zeitkonstante des ÄC-Gliedes 54, 55 festgelegt. Wenn nur die Verbindungswege 200, 201, 202 frei sind, mögen nur die Dioden 1, 3, 5 der ersten Koppelstufe zünden; wenn andererseits die gestrichelten Leitungen besetzt sind, können die Dioden 2, 4 der ersten Koppelstufe nicht zünden. Daher ist die Umdrehungsgeschwindigkeit der Scheibe 300 durch die Diodenkennlinien und das

ßC-Glied auf den Wert y U/min festgesetzt. Wenn nach der Belegung der vier Dioden 2 bis 5 der ersten Koppelstufe nur die Diode 1 frei bleibt, dreht sich die Scheibe 300 mit einer Geschwindigkeit von X U/min, welche wieder durch die Diodenkennlinien und das i?C-Glied bestimmt wird. Aus Fig. 15 läßt sich erkennen, daß jeder Diodenzündungszyklus so lange dauert, wie die für das Ein- und Ausschalten der freien Dioden benötigten Zeitspanne. Deshalb erscheint der Spalt 315 vor der Glühbirne 308 zyklisch schneller wieder, wenn eine geringere Zahl von Dioden verfügbar ist. Dasselbe kann der F i g. 15 entnommen werden, wo ein Zyklus die Gesamtzündzeit von fünf Dioden umfaßt, sofern diese frei sind.

Wenn die Dioden 2 und 4 durch einen besetzten Spaltendraht am Zünden gehindert werden, wird die Zyklusdauer der Gesamtzeit entsprechen, die zum Ein- und Ausschalten der drei Dioden 1, 3, 5 erforderlich ist. Die gleiche Verminderung der Zyklusdauer erfolgt, wenn nur eine Diode frei ist.

Die Beziehungen sind nicht notwendigerweise linear, wie es im vorhergehenden Beispiel für die verschiedenen Umdrehungsgeschwindigkeiten vorausgesetzt wurde.

In dem einen extremen Fall (alle fünf Dioden sind frei) hat die zum Ein- und Ausschalten der Diode erforderliche Zeit eine größere Wirkung. In dem anderen extremen Fall hat die Entladezeit des Spaltendrahtkondensators (55) eine größere Wirkung. Das kommt daher, weil der Kondensator 55 zur Entladung während des aufeinanderfolgenden Ein- und Ausschaltens der fünf Dioden genügend Zeit hat, während es ihm während des Ein- und Ausschaltens einer Diode an genügender Entladezeit fehlt.

Obgleich diese Verbesserung für die praktische Anwendung der Erfindung wichtig ist, hat sie für das Verstehen des Prinzips keine wesentliche Bedeutung. In dem bereits gefertigten und an Hand der F i g. 16 beschriebenen Koppelfeld betrug der eine Zyklus etwa 85 \is, wenn alle fünf Ausgänge der ersten Koppelstufe frei waren, und etwa 50 μ5, wenn nur ein Ausgang der ersten Koppelstufe frei war.

Die gleichen Diodenzündungsvorgänge erfolgen in

ίο der zweiten und dritten Koppelstufe. Deshalb kann die Arbeitsweise dieser Stufen durch ein dem Drehen der Scheibe 300 entsprechendes Drehen der Scheiben 301, 302 simuliert werden. Es gibt jedoch einen Unterschied zwischen der Arbeitsweise in der ersten Koppelstufe und der Arbeitsweise in der zweiten und dritten Koppelstufe, und dieser Unterschied ist vorwiegend auf die dynamischen Vorspannungsverhältnisse zurückzuführen, die in den Fig. 4 und 15 berührt wurden. In Fig. 18 können die dynamischen

Vorspaiinungseffekte teilweise, jedenfalls in erster Annäherung durch die Vorstellung simuliert werden, wie das Öffnen oder Schließen der Spalten 316, 317 eine größere oder kleinere Zeitspanne zulassen kann, während der der Lichtstrahl gesendet wird.

Aus dem Vorhergehenden ergibt sich, daß das Auftreten eines Zündimpulses gleichzeitig die Glühlampe 308 einschaltet und die Schieben 300, 301, 302 auf verschiedene Arten in Umdrehungen versetzt, wobei diese Arten durch die statischen und sich fortwährend ändernden dynamischen Vorspannungsverhältnisse bedingt sind. Vorzugsweise tritt auch eine Streuung im Weglaufen oder Zittern der Umdrehungsgeschwindigkeit auf, welche die Fertigungstoleranzen der Dioden und der drei Koppelstufen simuliert. Wenn die Spalte 315, 316, 317 die in der Zeichnung gezeigte Stellung einnehmen, gelangt das Licht der Glühbirne 308 zu der vorbereiteten Fotozelle 312. Im Koppelfeld der F i g. 2 ergibt sich dieselbe Situation, wenn der dick ausgezogene Verbindungsweg zum Endmarkierpunkt einer Steuerschaltung 50 durchgeschaltet wird. Über den durchgeschalteten Verbindungsweg fließt ein die Dioden eingeschaltet haltender Strom. In Fig. 18 entspricht dies einem kurzzeitigen Bremsen der Scheiben 300, 301, 302, die sofort diejenige Position beibehalten, die das Licht von der Glühlampe 308 auf die Fotozelle 312 fallen läßt. Solange das Licht scheint, bleiben die Scheiben gebremst, und das Sprachsignal moduliert den Lichtstrahl. Solange in Fig. 2 ein Haltestrom über den Verbindungsweg fließt, bleiben die betreffenden Dioden im eingeschalteten Zustand, und die Sprachsignale modulieren diesen Haltestrom, ohne daß der modulierte Strom unterhalb des Haltewertes fällt.

Gemäß einer anderen Betrachtungsart der analogen Anordnung kann angenommen werden, daß der lichtundurchlässige Scheibenteil der Zeit entspricht, während der eine Diode der ersten Koppelstufe nach ihrem Ein- und Ausschalten gesperrt wird. Der entsprechende Scheibenteil der Scheiben 316, 317 hat dann die gleiche Bedeutung für die Dioden der zweiten und dritten Koppelstufe.

Es wurde festgestellt, daß die Zeitspanne, in der eine Diode nach ihrem Ein- und darauffolgenden Ausschalten gesperrt wird, an den Ausgängen der dritten Koppelstufe von der Zahl der von den Ausgängen der zweiten Koppelstufe zu den Ausgängen der dritten Koppelstufe führenden Verbindungen ab-

hängig ist. Es wurde ferner festgestellt, daß die Sperrzeit für die Dioden der dritten Koppelstufe von der Zahl der Dioden der zweiten und dritten Koppelstufe abhängig ist, die auf das Zünden einer einzelnen Diode der ersten Koppelstufe hin zünden.

Wenn die Sperrzeit für eine Diode der dritten Koppelstufe einer einzelnen Drehung der Scheibe 302 entspricht, ist die Sperrzeit 2 π. Bei einem Koppelfeld bestimmter Größe ist die Sperrzeit einer Diode der zweiten Koppelstufe etwas größer als π, während die Sperrzeit einer Diode der ersten Koppelstufe etwas kleiner als π ist. Die Schnelligkeit, mit der eine Diode der ersten Koppelstufe freigegeben wird, wird durch die Kennlinien der Diode festgelegt und hat irgendeinen Mindestwert, und die Matrix der ersten Koppelstufe kann nicht mit größerer Geschwindigkeit arbeiten. Deshalb richten sich die Sperrzeiten der Dioden der zweiten und dritten Koppelstufe nach der minimal zulässigen Sperrzeit der Diode der ersten Koppelstufe. Bei der Wahl der Sperrzeiten muß jedoch auch die Beziehung erfüllt sein: Eine Sperrzeit von 2 π für die Diode der dritten Koppelstufe und eine Sperrzeit von etwas mehr als π für die Diode der zweiten Koppelstufe, abgestimmt auf die Mindestsperrzeit der Diode der ersten Koppelstufe.

Wenn ein größeres Koppelfeld zugrunde gelegt wird und die nutzlose Wegesuche, die zu in Sackgassen endenden Verbindungswegen führt und die durch die nicht beschalteten Spaltendrähte in F i g. 17 angedeutet ist, ansteigt, wird die Sperrzeit der Diode der dritten Koppelstufe auf 2 π konstant gehalten, während die Sperrzeit der Diode der zweiten Koppelstufe etwa dieselbe bleibt. Die Sperrzeit der Diode der ersten Koppelstufe geht gegen 0. In einem Koppelfeld optimaler Größe für beispielsweise 400 Teilnehmerschaltungen kann die Sperrzeit der Diode der ersten Koppelstufe in der Größenordnung von etwas weniger als -^- liegen.

Ein in dieser Weise entworfenes Koppelfeld garantiert, daß jeder Ausgangspunkt einer Matrix in der vierten Koppelstufe während einer Zeit von 2 π abgetastet wird. Doch führt die oben beschriebene Technik zu einem Koppelfeld, das eine größere Leistungsfähigkeit als erforderlich hat. In der Praxis ist es nicht nötig, diese strengen Forderungen bei einem Koppelfeld einzuhalten. Deshalb kann die Sperrzeit als Funktion der dynamischen Abnahme aufgefaßt werden, die sich aus dem Verkehr über das Koppelfeld und der Zahl der möglichen alternativen Wege durch das Koppelfeld ergibt. In dem hier beschriebenen beispielhaften Koppelfeld sind die Sperrzeiten der Diode der ersten Koppelstufe auf π und die Sperrzeit für die Dioden der zweiten und dritten Koppelstufe auf 2 π abgeändert worden.

Die Erfindung ist nicht auf das gezeigte Beispiel beschränkt. Das Prinzip des zeitlich eingeteilten systematischen, Abtastzyklus oder der zeitlich eingeteilten systematischen Wegesuche in Verbindung mit dynamischen Änderungen der Diodenkennlinien und der Sperrzustände im Koppelfeld kann auch bei beliebigen Koppelfeldern angewendet werden, die eine dynamische Abnahme zulassen und bei denen dann

1. die Vorteile der Zufallsauswahl der Koppelelemente erhalten bleiben,

2. große Koppelpunktströme vermieden werden,

3. der verfügbare Strom auf die zündenden Koppelelemente konzentriert wird, um Zustände zu vermeiden, bei denen der Strom in der letzten Stufe eines mehrstufigen Koppelfeldes zu gering wird,

4. Zustände vermieden werden, bei denen Koppelelemente in unerwünschter Weise zünden und dabei in besetzte Verbindungswege eindringen.

Hierzu 14 Blatt Zeichnungen

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Claims (5)

tronische Koppelelemente gebildet werden, mit ein Patentansprüche: selbsttätiges Ein- und Ausschalten der Koppelele mente während einer Wegesuche zulassenden Mitteln

1. Mehrstufiges, selbstsuchendes, stromge- und mit an die Matrixspaltendrähte angeschlossenen steuertes, elektronisches Koppelfeld aus Matri- 5 ÄC-Gliedern zur Festlegung von Zeitspannen, in zen, deren Kreuzpunkte durch elektronische Kop- denen die zugehörigen Koppelelemente sich im eingepelelemente gebildet werden, mit ein selbsttätiges schalteten Zustand befinden, in Fernmelde-, insbe-Ein- und Ausschalten der Koppelelemente wäh- sondere Fernsprechvermittlungsanlagen,
rend einer Wegesuche zulassenden Mitteln und Bei den bekannten, mehrstufigen, elektronischen,

mit an die Matrixspaltendrähte angeschlossenen io endmarkierten Koppelfeldern sind Koppelmatrizen i?C-Gliedern zur Festlegung von Zeitspannen, in hintereinandergeschaltet. Zwei Endpunkte des Kopdenen die zugehörigen Koppelelemente sich im pelfeldes werden elektrisch markiert, und Koppeleingeschalteten Zustand befinden, in Fernmelde-, elemente werden in den Matrizen durchgeschaltet, insbesondere Fernsprechvermittlungsanlagen, da- wodurch mehrere, von wenigstens einem der mardurch gekennzeichnet, daß die durch 15 kierten Endpunkte in das Koppelfeld hineinlaufende die jRC-Glieder (54, 55; 56; 57) festgelegten Zeit- Verbindungswege entstehen. Wenn ein von einem spannen derart ausgewählt sind, daß jede Koppel- Endpunkt ausgehender Verbindungsweg mit einem stufe mit einer an sich von der Auswahl unab- vom anderen Endpunkt ausgehenden Verbindungshängigen Frequenz arbeitet und daß die Frequen- weg oder mit dem anderen Endpunkt zusammentrifft, zen abhängig von folgenden Einflüssen gewählt 20 ist ein vollständiger Verbindungsweg durch das Kopsind: pelfeld hergestellt. Dies Zusammentreffen kann in der

a) von Änderungen einer dynamischen Vor- ^{Mitte de} _u ^s Koppelfeldes erfolgen, wenn Verbindungsspannung, die in den Koppelelementen auf ^we8^{e sich} von baden Endpunkten her ausbreiten. Das Grund des Ein- und Ausschaltens auftreten, Zusammentreffen kann aber auch an einem markier-

b) von einer dynamischen Abnahme der Zahl ²⁵ i^en Endpunkt erfo gen, wenn Verbindungswege nur der sich im Ein-Zustand befindlichen Kop- ^{m em}.^er Rötung laufen. Danach werden alle nicht pelelemente, die auf Grund besetzter Spal- ?^e"^otlg^^en Verbmdungswegteile ausgelost. Koppeltendrähte im Koppelfeld auftritt, und ^feldf^{r dieser Ar}Lii^on"^en _u ^als Koppelelemente bei-

c) der Frequenz der vorhergehenden Koppel- spielsweise gasgefullte Rohren, Transistoren, Dioden stufe 30 oder Relais mit Schutzrohrankerkontakten aufweisen.

Ein Nachteil dieser Koppelfelder ist darin begrün-

2. Koppelfeld nach Anspruch 1, dadurch ge- det, daß der Koppelelement am markierten Endpunkt kennzeichnet, daß elektronische Koppelelemente, einen unerwünscht hohen Strom aushalten muß, weil insbesondere pnpn-Dioden, verwendet werden, dort die Ströme der sich ausbreitenden Verbindie auf Grund ihrer statischen und dynamischen 35 dungswege zusammenfließen. Es ist beobachtet wor-Vorspannung unterschiedliche Ansprechzeiten den, daß bei der Durchschaltung der Koppelelemente und die von der Abtastfrequenz abhängige An- von Stufe zu Stufe während der Herstellung eines sprechwerte aufweisen. Verbindungsweges durch das Koppelfeld eine pro-

3. Koppelfeld nach Anspruch 2, dadurch ge- gressiv größere Zahl von Koppelelementen in jeder kennzeichnet, daß das Koppelelement im Ersatz- 4° Stufe leitend werden. Da diese leitenden Koppelschaltbild drei in Reihe geschaltete Kapazitäten elemente bei Versuchen in leitendem Zustand ver-(C 1, C 2, C 3, F i g. 5) aufweist, deren Werte ge- riegelt worden sind, konnte ein verhältnismäßig homäß ihrer Reihenfolge im Ersatzschaltbild anstei- her Strombedarf festgestellt werden, der hohe Anforgen, und daß die Bemessung der zur Vorspannung derungen an die markierende Spannungsquelle und der Koppelelemente dienenden Mittel abhängig 45 an die nahe den markierten Endpunkten gelegenen von der begrenzten Höhe der Endmarkierungs- Koppelelemente stellt. Da der Gesamtstrom aller spannung und der relativen Größe dieser Kapazi- durchgeschalteten Koppelelemente oft der normale täten erfolgt. Dauerstrom eines auf eine Reihe von Koppelelemen-

4. Koppelfeld nach Anspruch 1, dadurch ge- ten begrenzten Verbindungsweges ist und da der kennzeichnet, daß die Komponenten in einem 5° hohe Gesamtstrom nur während eines Bruchteils der vierstufigen Koppelfeld derart bemessen sind, für die Herstellung eines Verbindungsweges durch daß die Abtastzyklusdauer zum Ein- und Aus- das Koppelfeld benötigten Zeit fließt, sind die Eischalten der Koppelelemente in der dritten Kop- genschaften der solch große Ströme erlaubenden pelstufe 2 π, in der zweiten Koppelstufe etwas Koppelelemente schlecht ausgenutzt. Zur Vermeimehr als π und in der ersten Koppelstufe etwas 55 dung solch hoher Ströme wurden komplizierte und weniger als π beträgt. teure Steuerschaltungen für die Verbindungswegaus-

5. Koppelfeld nach Anspruch 4, dadurch ge- wahl entwickelt.

kennzeichnet, daß in Abwandlung der Abtastzy- Bei der der deutschen Patentschrift 1147 273 zu-

klusdauer in der dritten und zweiten Koppelstufe gründe liegenden Anordnung werden die hohen 2 π und in der ersten Koppelstufe π beträgt. ^6o Ströme an den Endpunkten des Koppelfeldes dadurch

vermieden, daß an die Spaltendrähte der Koppelmatrizen Kondensatoren angeschlossen sind, die einen

Großteil des innerhalb der Matrizen benötigten

Schaltstromes liefern. Diese Kondensatoren steuern ⁶5 die elektronischen Koppelelemente, die in reiner

Die Erfindung betrifft ein mehrstufiges, selbst- Zufallsauswahl so lange ein- und ausgeschaltet wersuchendes, stromgesteuertes, elektronisches Koppel- den, bis sich ein Verbindungsweg durch das Koppelfeld aus Matrizen, deren Kreuzpunkte durch elek- feld selbsttätig durchgeschaltet hat.