DE2557209C2

DE2557209C2 - Verfahren zum Ansteuern der Steuergates von PNPN-Schaltern in einem mehrstufigen Koppelfeld sowie Schaltungsanordnung dafür

Info

Publication number: DE2557209C2
Application number: DE2557209A
Authority: DE
Inventors: Mitsuo Yokohama Matsuyama; Shinzi Fujisawa Okuhara
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1974-12-20
Filing date: 1975-12-18
Publication date: 1982-04-29
Also published as: JPS5172212A; DE2557209A1; US4025726A; CA1047634A; JPS576833B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern der Steuergates von PNPN-Schaltern in einem mehrstufigen Koppelfeld gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 2.

Die Erfindung ist für Fernmelde-, insbesondere 5S Fernsprechvermi'.tlungsanlagen, vorgesehen, bei denen Koppelvielfache, nachfolgend auch Sprechwegschalter genannt, verwendet werden.

Bei üblichen automatischen Fernsprechvermittlungsanlagen werden der Freiton (akustisches Rufsignal), der Sprechstrom, die Wählimpulse, das Gebührenzählsignal und weitere wichtige Signale über einen Sprechweg= schalter bestimmten Einrichtungen zugeführt, der z. B. eilt Schalter mit mechanischen Kontakten, normaler' weise ein Kreuzschienen* öder Koordinatenschalter sein kann. Die zur Ansteuerung des Sprechwegschalters dienenden äußeren Ansteuerschaltungen sind durcli elektronische Schaltungen ersetzt, weshalb auch Sprechwegschalter aus elektronischen Bauelementen verwendet werden wie Gasentladungsröhren oder Halbleiter-Sprechwegschalter, um das Gesamtvolumen der Vermittlungsanlage zu verrringern, ihre Betriebseigenschaften zu verbessern, die Gerätekosten zu senken usw.

Für derartige Halbleiter-Sprechwegschalter eignet sich besonders ein PNPN-Schalter als Schaltglied, Der Sprechwegschalter ist dabei aus mehreren PNPN-Schaltern aufgebaut, die im allgemeinen matrixförmig angeordnet sind. Eine aus PNPN-Schaltern aufgebaute m χ /7-Matrix, die also aus m χ η PNPN-Schaltern besteht, benötigt eine Ansteuerung jedes Kreuzungspunkts der m κ η PNPN-Schalter, d. h. die Anzahl dieser PNPN-Schalter-Ansteuerschaltungen entspricht der Anzahl der PNPN-Schalter.

Es ist bekannt (vgl. DE-OS 21 56 626), eine Koppelreihe aus 1 χ π PNPN-Schaltern aufzubauen, deren Anoden zusammengeschaltet sind. Dann wird ein rufender Teilnehmer mit einem gerufenen Teilnehmer über εϊΐϊ einzige Signal-Eingangsleitung und eine Signal-Ausg?ngsleitung der Kop. i.-Ireihe verbunden, wodurch nur ein PNPN-Schalier Je^ ί * η PNPN-Schalter der Koppelreihe betätigt werden muß, also lediglich eine Ansteuerleitung erforderlich ist Somit benötigt diese Koppelreihe vorteilhaft nur eine Anstej.erschaltung.

Nachteilig ist dabei jedoch, daß die Anzahl der zusammenschaltbaren Stufen von Sprechwegschaltern mit PNPN-Schaltern begrenzt ist und einen Grenzwert nicht überschreiten kann. Außerdem .nuß für jede Stufe der Spannungspegel des ansteuernden Spannungsimpuls sowie der Widerstandswert eines den PNPN-Schalter beschaltenden Reihenwiderstands für jede Stufe einzeln festgelegt werden, wie das weiter unten anhand der F i g. 1 und 2 ausführlich erläutert wird.

Bei einer weiteren Thyristoren verwendenden endmarkengesteuerten Schaltmatrix (vgl. DE-OS 22 05 440) wird der Eingang der Ansteuerschaltung direkt mit dem Sprechweg verbunden, wodurch Spannur.gssch wankungen auf die Ansteuerschaltung übertragen werden, d. h. wodurch die Ansteuerung instabil wird. Zur Konstanthaltung des Gate- bzw. Steueranschlußpotentials ist eine komplizierte und umfangreiche Beschallung des Thyristors erforderlich. Schließlich müssen bei einer Mehrstufen-Verbindung wegen der unvermeidbaren Spannungspegeländerungen auch hier für jede Stufe besondere Vorkehrungen getroffen werden.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Steuergate-Ansteuerung anzugeben, durch die Sprechwegschalter, die PNPN-Schalter als Schaltglieder verwenden, in größerer Stufenzahl als bisher zusammengeschaltet werden können, wobei die Sprechwegschalter bei einfach auf-utbarer Ansteueranordnung leicht steuerbar sein sollen.

Die Lösung di "ser Aufgabe geht aus d^n Patentansprüchen 1 und 2 hervor.

Durch die erfindungsgemäße Konstantstrom-Ansteuerung kann bei einem mehrstufigen Koppelfeld in den SprechwegSthalter jeder Schaltstufe ein gleichgroßer Gau-Strom eingespeist werden, wobei jeder PNPN-Schalter stabil und zuverlässig angesteuert wird. Die effindungsgemäße Ansteuerung ermöglicht eine Einstellung des Gateansteuerstroms abhängig von Änderungen eines Mindest-Galeansteuerstroms der PNPN-Schalter infolge von Temperaturschwankungen bei der Fertigung, weshalb die PNPN-Schalter mit

geringer elektrischer Leistung ansteuerbar sind. Da außerdem die Beschallung des PNPN-Schalters wegen des im wesentlichen gleichen Ansteuerstroms in jeder Stufe praktisch gleich und auch einfach ist, und da auch die Ansteuerschaltung im wesentlichen in jeder Stufe gleich ist, ist eine Ausführung als integrierte Schaltung einfach möglich»

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 den grundsätzlichen Aufbau eines bekannten Sprechwegschalters mit PNPN-Schaltern als Schaltglieder zur Herstellung der Sprechwege.

Fig.2 eine bekannte Ansteuerschaltung für Sprechwegschalter nach F i g. 1,

Fig. 3 die Schaltung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Anordnung zur Gate-Ansteuerung und

Fig.4 bis 7 Schaltungen weiterer Ausführungsbeisniele der Erfindung.

Vor der genauen Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung sei zunächst ein in Fig. 1 dargestellter, bereits entwickelter Sprechwegschalter erläutert, der PNPN-Schalter als Schaltglieder zur Herstellung von Sprechwegen verwendet, sowie ein in F i g. 2 dargestelltes bereits entwickeltes Verfahren zur Gate-Ansteuerung eines derartigen Sprechwegschalters.

F i g. 1 zeigt, wie Sprechwege durch einen bereits entwickelten Sprechwegschalter-Aufbau hergestellt werden; der Sprechwegschalter-Aufbau besteht in diesem Fall aus vier PNPN-Schaltern 101 bis 104, die in Form einer Matrix aus zwei mal zwei Schaltern angeordnet sind.

Nach Fig. 1 verbindet eine gemeinsame Anodenleitung 1 die Anoden der PNPN-Schalter 101 und 102 über einen Anschluß Λι und einen Transformator 2 mit einer gemeinsamen Gleichspannungsquelle 3. Eine ähnliche Verbindung besteht für die PNPN-Schalter 103 und 104. Eine gemeinsame Kathodenleitung 4 verbindet die Kathoden der PNPN-Schalter 101 und 103 über einen Anschluß Kt, einen Transformator 5, einen Stromeinstellwiderstand 6 und einen Stromschalter 7 mit Erde. Die PNPN-Schalter 102 und 104 sind in ähnlicher Weise an Erde angeschlossen. Ein Steuergate 8 des PNPN-Schalters 101 ist über eine Diode 9 mit einer gemeinsamen Gateansteuerleitung 10 verbunden, die wiederum an einen ersten Gateansteuereingang G\ angeschlossen ist. Die Diode 9 dient zur Verhinderung eines Sperrstroms aus der Kathode des PNPN-Schalters 101. Zwischen der Kathode und dem Steuergate 8 des PNPN-Schalters 101 liegt ein Widerstand II, der ein Fehlzünden des PNPN-Schalters 101 infolge des Rate-Effekts verhindert Das Steuergate des PNPN-Schalters 103 ist in ähnlicher Weise über eine Diode 16 und eine gemeinsame Gateansteuerleitung 14 an einen zweiten Gateansteuereingang G₂ angeschlossen; ferner ist ein weiterer Widerstand 15 dem PNPN-Schalter 103 zugeordnet Die Steuergates der PNPN-Schalter 102 und 104 sind ebenfalls an die entsprechenden Gatean-Steuereingänge Gi und G2 angeschlossen.

Wenn nun der Schalter 7 geschlossen wird und dadurch eine Gleichspannung aus der Gleichspannungsquelle 3 zwischen der Anode und der Kathode des nichtleitenden PNPN-Schalters ΙΟΙ anliegt, tritt an der Anode des PNPN-Schalters 101 positives Potential und an der Kathode säherungsweise Erdpoteniial auf. Wenn danach am Gateansteuereingang G\ ein Steuerimpuls in die gemeinsame Gateansteuerleitung 10 und damit in das Steuergate 8 des PNPN-Schalters 101 eingespeist wird, fließt ein Gatestrom vom Steuergate 8 zur Kathode des PNPN-Schalters 101 und schaltet den PNPN-Schalter 101 durch, so daß ein Gleichstrom in Pfeilrichtung (Voll-Linie) fließt. Wenn der PNPN-Schalter 101 eingeschaltet ist, hält er sich selbst und ermöglicht einen ständigen Stromfluß, bis der Schalter 7 wieder geöffnet wird, obwohl zu diesem Zeitpunkt kein Steuerimpuls mehr vorhanden ist. Dadurch wird ein in einer Signalquelle 12, die einem Handapparat eines rufenden Teilnehmers entspricht, erzeugtes Signal über den Transformator 2 übertragen und dem Gleichstrom aus der Gleichspannungsquelle 3 überlagert und danach über den PNPN-Schalter 101 und den Transformator 5 an eine Last 13 übertragen, die einen Handapparat eines gerufenen Teilnehmers darstellt. Gleichzeitig erhöht sich das Kathodenpotential V/^ein) des leitenden PNPN-Schalters 101 nahezu bis zum Anodenpotential des PNPN-Schalters 101. da der Spannungsabfall in Durchlaßrichtung des PNPN-Schalters 101 nach dessen Durchschalten in den leitenden Zustand klein ist.

Als nächstes sei der Fall betrachtet, daß der PNPN-Schalter 104 durchgeschaltet wird, um einen strichliniert dargestellten Sprechweg herzustellen. In diesem Fall muß ein über die gemeinsame Gateansteuerleitung 14 in das Steuergate des PNPN-Schalters 104 eingespeister Gate-Steuerimpuls Va kleiner als das genanr'e Kathodenpotential V*{ein) sein, damit der PNPN-Schalter 103 nicht fehlgezündet wird, oder damit kein unerwünschter Rausch- bzw. Störstrom auf dem bereits hergestellten Sprechweg (in Vollinie) auftritt. Während des Durchschaltens des PNPN-Schalters 104 kann ein Sperrstrom über den an den PNPN-Schalter 103 angeschlossenen Widerstand 15 aus der Kathodenleitung 4 in die Gateansteuerleitung 14 fließen, doch läßt sich dieser unerwünschte Sperrstrom mit Hilfe der Diode 16 verhindern. Mehrere Matrizen, deren jede wie in F i g. 1 angeordnet ist, sind für Vermittlungsaufgaben über mehrere Stufen zusammengeschaltet

F i g. 2 zeigt, wie in einer bereits entwickelten Vermittlungsanordnung Sprechwege hergestellt werden, wobei drei Sprechwegschalter hintereinandergeschaltet sind. Drei in Fig. 2 gezeigte PNPN-Schalter 201,301 und 401 stellen jeweils einen PNPN-Schalter in einzelnen Sprechwegschaltern dar, deren jeder wie in F i g. 1 aufgebaut ist d. h. eine Vielzahl weiterer (nicht gezeigter) PNPN-Schalter ist matrixförmig an die Anode und Kathode jedes PNPN-Schalters 201,301 und 401 angeschlossen.

In F i g. 2 ist das Steuergate des PNPN-Schalters 201 über eine Diode 9 an eine gemeinsame Gateanstpvierleitung 20 angeschlossen, die allen PNPN-Schaltern gemeinsam ist, deren Anoden in derselben Matrix zusammengeschaltet sind. Diese gemeinsame Gateansteuerleitung 20 ist über einen Gatestrom-Stellwiderstand 21 mit einem Gateansteuereingang Gn verbunden, an den ein Gate-Steuerimpuls Vc angelegt wird. Die übrigen PNPN-Schalter 301 und 401 sind in ähnlicher Weise angeschaltet

Wenn nun ein Gate-Steuerimpuls Vg gleichzeitig an die in Fig.2 dreistufig angeordneten PNPN-Schalter 201, 301 und 401 angelegt wird, wird zuerst der in der letzten Stufe liegende PNPN-Schalter 401, dessen Kathodenpotential fast auf Erdpotential liegt, durchgeschaltet danach die PNPN-Schalter 301 und 201 in dieser Reihenfolge, so daß ein Sprechweg hergestellt wird. Im folgenden wird der Spannungswert des

Gate-Steuerimpulses Va und der Widerstandswert des Widerstands 21 diskutiert.

Wenn die PNPN-Schailer leiten, fällt ah ihnen eine Durchlaßspannung von ca. 1 bis 1,5 V ab. Das Kalhodenpolential des PNPN-Schalters 201 in der ersten Stufe, der am weitesten Vom PNPN-Schalter 401 in der letzten Stufe entfernt ist, ist am höchsten, so daß das zum Durchschalten dieses PNPN-Schalters 201 benötigte Potential ebenfalls am größten ist. Somit muß der fc*j7ⁱ'n^nunS^swert des Gate-Steuerimpulses Vc groß genug sein, um den PNPN-Schalter 201 in der ersten Stufe zuverlässig durchzuschalten, indem der durch den Gatestrom verursachte Spannungsabfali am Widersland 21 überwunden wird. Andererseits muß die über den Gateansteuereingang Gn an die gemeinsame Gateansteuerleitung 20 angelegte Spannung kleiner als das Kathodenpotential des leitenden PNPN-Schallers 201 sein, damit ein Störstrom durch andere bereits hergestellte Sprechwege verhindert wird, bzw. damit ein bereits beschriebenes Fehlzünden von nichtleitenden PNPN-Schaitern vermieden wird. Diese Bedingung muß auch für den PNPN-Schalter 401 in der letzten Stufe erfüllt sein, wo das Kathodenpotential am niedrigsten ist. Da sich die Kathodenpotentiale der PNPN-Schalter 201,301 und 401 in den entsprechenden Stufen voneinander um einen durch den Durchlaßrichtungs-Spannungsabfall an den PNPN-Schaltern gegebenen Betrag unterscheiden, müssen die Spannung des Gate-Steuerimpulses Vc und der Widerstandswert des Widerstands 21 in jeder Stufe derart gewählt sein, daß der in den PNPN-Schalter 201 in der ersten Stufe eingespeiste Gatestrom nicht kleiner als erforderlich ist. und uaß der in den PNPN-Schalter 401 in der letzten Stufe eingespeiste Gatestrom nicht wesentlich größer als nötig ist.

Diese drei Bedingungen widersprechen sich, und eine gleichzeitige Erfüllung dieser einander entgegenlaufenden Bedingungen läßt sich nicht erzielen, wenn die Anzahl der Sprechwegschalter gegenüber der in F i g. 2 gezeigten Anzahl erhöht werden soll. Das Zusammenschalten der Sprechwegeschalter über vier bis acht Stufen, um eine Vermittlungsanordnung hoher Kapazität zu bilden, ist nur sehr schwer möglich, oder die entsprechenden Stufen müssen in einem derartigen Fall mit verschieden großen Gate-Steuerimpulsen angesteuert werden, ferner müssen die Widerstände 21 in den entsprechenden Stufen verschiedene Widerstandswerte aufweisen.

Aus der obigen Beschreibung geht hervor, daß bei dem bereits entwickelten Verfahren zur Gate-Ansteuerung von Sprechwegschaltern mit PNPN-Schaltern als Schaltglieder verschieden große Gateströme über verschieden eingestellte Widerstände zur Gate-Ansteuerung eingespeist werden müssen, indem verschieden große Gate-Steuerimpulse an die entsprechenden Stufen angelegt werden, wenn die Sprechwegschalter über viele Stufen zusammengeschaltet sind. Das bereits entwickelte Verfahren zur Gate-Ansteuerung weist deshalb sowohl technische als auch wirtschaftliche Nachteile auf, da ein Zusammenschalten der Sprechwegschalter über viele Stufen schwierig ist, wobei eine unnötige Erhöhung der Anzahl der Teile mit unterschiedlichen Eigenschaften und eine unerwünschte Vergrößerung des Zeitaufwands für den Entwurf wegen der verschiedenen Entwurfsschritte, die für die einzelnen Stufen benötigt werden, unvermeidlich sind.

Durch die Erfindung werden die genannten Nachteile vermieden und es wird ein neues und verbessertes Verfahren zur Gate-Ansteuerung sowie eine Anordnung der eingangs genannten Art geschaffen, wobei Sprechwegschalter praktisch ohne Schwierigkeiten über viele Stufen zusammengeschaltet werden können und ein konstanter Galeslrom in jede dieser Stufen einspeisbar ist.

F Ig₁3 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung zur Gate-Ansteuerung von Sprechwegschaltern, Um die Darstellung zu

in vereinfachen, sind in Fig.3 anodenseitig zusammengeschaltete PNPN-Schaller 501, 601 und 701 aus einer Anzahl von Schaltern, die drei Matrizen bilden, dargestellt.

Nach Fig.3 verbindet eine gemeinsame Anodenleitung 1 die Anoden der PNPN-Schalter 501,601 und 701 über einen ersten Anodenanschluß A\ und einen Transformator 2 mit einer gemeinsamen Gleichspannungsquelle 3. Eine gemeinsame Kathodenleitung 4 verbindet die Kathode des PNPN-Schalters 501 über einen ersten Kathodenanschluß Ku einen Transformator 5. einen Stromsteiiwidersiand ö und einen Stromschalter 7 mit Erde. Die Kathoden der übrigen PNPN-Schalter 601 und 701 sind in ähnlicher Weise geerdet.

Die PNPN-Schalter 501, 601 und 701 sind mit ihren Steuergates 8 im Vielfach über entsprechende Dioden 9 mit einer einzigen gemeinsamen Gateansteuerleitung 10 verbunden. Diese gemeinsame Gateansteuerleitung 10 ist über einen ersten Gateansteuereingang G\ an eine

3ö geregelte Konstantstromquelle 30 angeschlossen. Diese geregelte Konstantstromquelle 30 weist auf einen Stromspeisetransistor 31, einen Gatestrom-Stellwiderstand 32, zwei Spannungsklemmdioden 33 und 34, einen Strombegrenzungswiderstand 35. einen Steuertransistör 36 sowie eine Gleichspannungsquelle 37. Zwischen der Kathode und dem Steuergate 8 jedes PNPN-Schalters 501,601 und 701 liegt ein Widerstand 11.

Im Betrieb wird der dem PNPN-Schalter 501 zugeordnete Schalter 7 geschlossen, wodurch die Spannung der Gleichspannungsquelle 3 zwischen der Anode und der Kathode des PNPN-Schalters 501 anliegt, wenn dieser durchgeschaltet werden soll. Danach wird ein in F i g. 3 gezeigter Steuerimpuls an die Basis 38 des Steuertransistors 36 angelegt und macht diesen leitend. Dadurch wird ein Basisstrom in die Basis des Transistors 31 eingespeist, so daß auch dieser durchgeschaltet wird. Da gleichzeitig eine Spannung am Widerstand 32 mit Hilfe der Dioden 33 und 34 auf einen konstanten Pegel festgeklemmt wird, wird auch der

so Emitterstrom des Transistors 31 konstant gehalten, so daß auch der Kollektorstrom dieses Transistors 31 ein Konstantstrom ist, der das Produkt aus dem konstanten Emitterstrom und dem «-Stromverstärkungsfaktor des Transistors 31 in Basisschaltung ist. Der Kollektorstrom des Transistors 31 fließt über die gemeinsame Gateansteuerleitung 10, die einen Sperrstrom verhindernde Diode 9 und den Widerstand 11 in die Kathode des PNPN-Schalters 501. Sobald der Spannungsabfall am Widerstand 11 größer als die Durchlaßrichtungs-

Sättigungsspannung des PN-Obergangs zwischen dem Steuergate 8 und der Kathode des PNPN-Scha!ters 501 ist, fließt ein Gatestrom in das Steuergate 8 des PNPN-Schalters 501 und schaltet diesen durch.

Das Basispotential des Transistors 31 wird durch die

f5 Spannung der Gleichspannungsquelle 37 und den Spannungsabfall der Dioden 33 und 34 bestimmt Wenn also die Spannung der Gleichspannungsquelle 37 derart gewählt ist, daß das Basispotential des Transistors 31

tiefer als das Kathodenpotential des leitenden PNPN-Schalters 501 ist, ist es völlig unmöglich, daß ein Störstrom in bereits hergestellte Sprechwege eingespeist wird, oder daß irgendein nichtleitender PNPN-Schalter fehlgezündet wird. Dadurch läßt sich die -, Anzahl der zusainmenschaltbaren Stufen auf einen Wert erhöhen, der durch Teilen der Differenz zwischen der Kathodenspannung des PNPN-Schalters im leitenden und im nichtleitenden Zustand durch den Durchlaß-Spannungsabfall am PNPN-Schalter gegeben ist. to Außerdem läßt sich der Gatestrom in allen Stufen gleichgroß halten.

F i g. 4 bis 7 zeigen weitere Ausführungsbeispiele der in der erfindungsgemäßen Anordnung zur Gate-Ansteuerung von Sprechwegschaltern verwendeten gere- (5 gelten Konstantstromquelle 30.

Im Ausführungsbeispiel nach F i g. 4 ist der geregelten Konstantstromquelle 30 nach Fig. 3 ein NPN-Transistor 40 hinzugefügt. Die Arbeitsweise des Ausführungsbeispiels nach Fig.4 stimmt mit jener der geregelten Ronstantstromquelle 30 nach Fig. 3 völlig überein, jedoch sind die in der Ausgangsstufe angeordneten Transistoren 31 und 40 in Darlington-Schaltung geschaltet. Diese Anordnung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Stromquelle in integrierter Form aufgebaut ist. da in diesem Fall der PNP-Transistor 31 einen lateralen Aufbau hat, weshalb sein Stromverstärkungsfaktor nicht über einen bestimmten Grenzwert erhöht werden kann.

Im Ausführungsbeispiel nach F i g. 5 sind die Dioden jo 33 und 34 der geregelten Konstantstromquelle 30 nach F i g. 3 durch eine Spannungsregeldiode 50 ersetzt. Auch die Arbeitsweise dieses Ausführungsbeispiels nach F i g. 5 stimmt mit jener der geregelten Konstantstromquelle 30 nach F i g. 3 völlig überein, jedoch benötigt die in Fig. 5 gezeigte Schaltung nur eine Diode zur Erzeugung des Spannungsabfalles.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 sind der Transistor 31, der Widerstand 32 sowie die Dioden 33 und 34 der geregelten Konstantstromquelle 30 nach Fig.3 durch zwei Transistoren 60 und 61 sowie durch einen Widerstand 62 ersetzt. Der Transistor 61 ist dabei zur Basis und zum Emitter des Ausgangstransistors 60 derart parallelgeschaltet, daß der Kollektorstrom des Transistors 61 durch Vergrößerung bzw. Verkleinerung des Kollektor-Ausgangsstroms des Transistors 60 vergrößert oder verkleinert werden kann, wodurch der mit Kollektor-Ausgangsstrom des Ausgangstransistors 60 konstant gehalten wird. Dadurch ist der Strom durch den Widerstand 62 im wesentlichen gleich dem Koüektor-Ausgangsstrom des Ausgangstransistors 60, wenn der Stromverstärkungsfaktor des Transistors 60 etwa gleich dem Stromverstärkungsfaktor des Transistors 61 gewählt wird.

Im Ausführungsbeispiel nach F i g. 7 sind der Transistör 31, der Widerstand 32 sowie die Dioden 33 und 34 der geregelten Konstantstromquelle 30 nach Fig.3 durch eine Stromregeldiode 70 und einen Transistor 71 ersetzt Die Arbeitsweise dieses Ausführungsbeispiels ist derart, daß durch Einspeisen eines Steuerimpulses in die Basis 38 des Transistors 36 die Transistoren 36 und 71 durchgeschaltet werden, wodurch auch die Stromregeldiode 70 leitet und einen Konstantstrom in die gemeinsame Gateansteuerleitung 10, die an die Steuergates 8 der PNPN-Schalter angeschlossen ist, einspeist Das Steuergate 8 jedes PNPN-Schalters in jeder der zusamnierigeschaHeten Stufen kann mit einem konstanten Gatestrom versorgt werden, da dsr durch die Stromregeldiode 70 fließende Strom unabhängig von der an der Diode 70 angelegten Spannung konstant gehalten wird.

Aus der vorhergehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren sowie der erfindurtgsgemäßert Anordnung zur Gate-Ansteuerung von Sprechwegschaltern 1 χ η PNPN-Schalter in jedem Schalterfeld, die anodenseitig zusammengefaßt sind, mit ihrem Steuergate über entsprechende Dioden im wesentlichen an eine gemeinsame Gateansteuerlei- £üng angeschlossen sind, und daß eine einzige geregelte Konstantstromquelle, deren Ausgangsstrom durch eine äußere Sleuersignalquelle geschaltet werden kann, an diese gemeinsame Gateansteuerleitung angeschlossen ist und in das Steuergate jedes PNPN-Schalters einen konstanten Gatestrom einspeist. Dadurch läßt sich die Ansteuerung gegenüber dem eingangs erläuterten Verfahren zur Ansteuerung mit einer Konstantspannung stabil und zuverlässig durchführen. Dieser stabiia und zuverlässige Betrieb ist darauf zurückzuführen, daß der in jede Stufe eingespeiste Gatestrom gleichgroß ist. Die erfindungsgemäße Anordnung zur Gate-Ansteuerung von Sprechwegschaltern nach dem beschriebenen Verfahren kann zudem in einfacher Weise entworfen und gefertigt werden, wobei eine unnötige Zunahme von Teilen mit unterschiedlichen Eigenschaften vermieden wird, so daß auch die zum Entwurf benötigte Zeit nicht unnötig erhöht wird.

Da die erfindungsgemäße Gateansteuerschaltung außerdem zentral an die Kreuzungspunkte von η PNPN-Schaltern angeschlossen ist, ist die Anzahl dieser Ansteuerschaltungen wesentlich kleiner als bei den bereits entwickelten Anordnungen, so daß die Ansteuerschaltungen zusammen mit den PNPN-Schaltern integriert werden können, ohne daß sich die Herstellungskosten merklich erhöhen.

Wenn die geregelte Konstantstromquelle nach F i g. 3 und 4 in Form einer integrierten Halbleiterschaltung aufgebaut wird, lassen sich bestimmte, weiter unten genannte Vorteile erzielen. Wenn in Fig.3 der Gateansteuerstrom f_g, ist, kann der Kollektorstrom des Transistors 31 nach folgender Gleichung (1) abgeschätzt werden:

R,

Vfdj=Durchlaßspannungen der Dioden 33 und 34, Vbe = Durchlaßspannung zwischen Basis und Emitter des Transistors 31,
αϊ =a-Stromverstärkungsfaktor des Transistors

31, und

R₂ = Widerstandswert des Widerstands 32.
Der Mindest-Gateansteuerstrom I_{gb m}j„ des an den Widerstand 11 angeschlossenen PNPN-Schalters 501 beträgt dabei

'«.im

Jk

_%lmin

mit Vgt = Spannungsabfall zwischen Gate und Kathode des PNPN-Schalters 501, und
Ri = Widerstandswert des Widerstands 11.
Wenn die geregelte Konstantstromquelle nach F ϊ g. 3 in ähnlicher Weise in eine integrierte Halbleiterschaltung umgesetzt wird, gilt:

VnB ~ Vfm " Vbe « V* = V_F
mit Ff=OJV für Siliziumsubstrat.

DuiJi Einsetzen der Gleichung (3) in Gleichung (1) ergibt sich:

f^a<

(Γ>

Durch Setzen von a_t <=* 1 in Gleichung (Γ) ergibt sich 4. ~ γ d")

Die Gleichung (1") bedeutet, daß der Gateansteuerstrom ig, in der Ansteuerschaltung durch die Durchlaßspannung der Diode und den Widerstand bestimmt ist, ebenso wie der Mindest-Gateansteuerström Ig,._mm der PNPN-Schalter durch die Gleichung (2) bestimmt ist.

Mit Hilfe der Hälbleitef-Ifitegfationsfechnik ist es möglich, Schwankungen im Verhältnis von Widerstandswerten oder von Dioden-Durchlaßspannungen innerhalb eines Chips kieinzuhalten. Ferner können die im vorhergehenden Aüsführungsbeispiel genannten

12

Dioden 33 und 34 durch PN-Übergänge von Transistoren ersetzt werden, die als Zweipol-Bauelemente verwendet werden, außerdem kann die Anzahl der Dioden beliebig, jedoch nicht kleiner als zwei sein.

Wenn, wie bereits gesagt wurde, die in F i g. 3 und 4 dargestellte erfindungsgemäße Gate-Ansteueranordnung für Sprechwegschalter als integrierte Halbleiterschaltung aufgebaut wird, kann der Widerstandswert des Widerstands 32 zur Einstellung des Gatestroms l_g, dadurch bestimmt werden, daß eine sehr kleine Toleranz eingefügt wird, um Änderungen des Λ-Stromverstärkungsfaktorsai des Transistors 31 zu berücksichtigen, so daß der Gateansteuerstrom der PNPN-Schal· ter bei temperaturbedirigten Änderungen des Miridest-Gateansteuerstroms geregelt werden kann; somit ist es also nicht erforderlich, den Gateansteuerstrom dadurch festzulegen, daß ein Tölefänzbereich zur Berücksichtigung von Änderungen des Mindest-Gateansteüerstforris vorgegeben wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Ansteuern der Steuergates von PNPN-Schaltern in einem mehrstufigen Koppelfeld mit jeweils m χ π PNPN-Schaltern als Koppelvielfache, in denen je eine PNPN-Koppelreihe darstellende 1 χ π PNPN-Schalter anodenseitig gemeinsam an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen werden, ι ο unter Anschließen von Steuergates der je eine PNPN-Koppelreihe darstellenden 1 χ π PNPN-Schalter über entsprechende Dioden im wesentlichen an eine gemeinsame Gateansteuerleitung, für Fernmelde-, insbesondere Fernsprechvermittlungsanlagen,

gekennzeichnet durch
Anschließen der gemeinsamen Gateansteuerleitung (10) jeweils an eine geregelte Konstantstromquelle (30), deren Ausgangsstrom durch eine äußere Steuersignalquelle geschaltet werden kann; und
Einspeisen eines Konstantstroms aus der geregelten Konstantstromquelle (30) in das Steuergate (8) jedes an einer Verbindung zu beteiligenden PNPN-Schalters (501, 601, 701) derart daß dieser eingeschaltet wird (F i g. 3).

2. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Gateansteuerschaltung und einem Verbindungsglied zum Anschließen von Steuergates der je eine PNPN-Koppelreihe darstellenden 1 χ η PNPN-Schalter (iber entsprechende Dioden im wesentlichen an eine gemeinsam*. Gateansteuerleitung, dadurch gekennfceichnet, daß die Gatransteu /schaltung für jede der gemeinsamen Gateausf-suerleitungen (10) eine daran angeschlossene geregelte Kor Santstromquelle (30) hat, deren Ausgangsstrom durch eine äußere Steuersignalquelle schaltbar ist (F i g. 3).

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gateansteuerschaltung aufweist:

einen ersten und einen zweiten Transistor (31, 36);

einen ersten und einen zweiten Widerstand (J2, 35);

eine erste und eine zweite Diode (33,34); und
eine Gleichspannungsquelle (37),
wobei angeschlossen sind:

der erste Transistor (31) emitterseitig über eine Reihenschaltung aus dem ersten Widerstand (32) und der Gleichspannungsquelle (37) an Erde, basisseitig über den zweiten Widerstand

(35) an den Kollektor des zweiten Transistors

(36) und über die Reihenschaltung aus der ersten und der /weiten Diode (33, 34) an den Verbindungspunkt zwischen dem ersten Widerstand (32) und der Gleichspannungsquelle (37), und kollektorseitig an die gemeinsame Gateansteuerleitung (10), die mit den Steuergates (8) der PNPN-Schalter (501, 601, 701) verbunden ist. und

der zweite Transistor (36) emitterseitig an Erde, und mit der Basis (38) an die äußere Steuersignalquelle (F t g. 3).

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Basispotential des ersten Transistors (31) im leitenden Zustand der PNPN-Schalter (501) 601, 701) niedriger als das Kathodenpotential der PNPN-Schalter (SOl, 601,701) gewählt ist (F ig. 3).

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Transistor (31) in der geregelten Konstantstromquelle (30) durch zwei Transistoren (31,40) in Darlington-Schaltung ersetzt ist (F ig. 3,4).

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Diode (33, 34) in der geregelten Konstantstromqnelle (30) durch eine Spannungsregeldiode (50) ersetzt sind (F ig. 3,4,5).

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die geregelte Konstantstromquelle (30) aufweist:

einen ersten, zweiten und dritten Transistor (60, 36,61);

einen ersten und zweiten Widerstand (62, 35); und

eine Gleichspannungsquelle (37);
wobei angeschlossen sind:

der erste Transistor (60) emitterseitig über eine Reihenschaltung aus dem ersten Widerstand (62) mit der Gleichspannungsquelle (37) an Erde, basisseitig über den zweiten Widerstand (35) an den Kollektor des zweiten Transistors (36), und kollektorseitig an die gemeinsame Gateansteuerleitung (10), die mit den Steuergates (8) der PNPN-Schalter (501, 601, 701) verbunden ist;

der zweite Transistor (36) emitterseitig an Erde, und mil seiner Basis (38) an die äußere Steuerspannungsquelle; und
der dritte Transistor (61) kollektorseitig an die Basis und basisseitig an den Emitter des ersten Transistors (60), sowie emitterseitig an den Verbindungspunkt der Reihenschaltung des ersten Widerstands (62) mit der Gleichspannungsquelle (37) (F i g. 3,6).

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die geregelte Konstantstromquelle (30) aufweist:

einen ersten und zweiten Transistor (71,36);
einen Widerstand (35);
eine Stromregeldiode (70); und
eine Gleichspannungsquelle (37),
wobei angeschlossen sind:

der erste Transistor (71) emitterseitig über die Gleichspannungsquelle (37) an Erde, basisseitig über den Widerstand (35) an den Kollektor des zweiten Transistors (36), und kollektorseitig an einen Anschluß der Stromregeldiode (70);
der zweite Transistor (36) emitterseitig an Erde, und mit seiner Basis (38) an die äußere Steuersignalquelle; und

die Stromregeldiode (70) mit ihrem anderen Anschluß an die gemeinsame Gateansteuerleitung (10). die mit den Steuergates (8) der PNPN Schalter (501, 601, 701) verbunden ist (F i g. 3, 7).

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, mit PNPN-Schaltern als Schaltglieder in integrierter Halbleitertechnik, dadurch gekennzeichnet, daß die Gateansteuerschaltung als integrierte Halbleiterschaltung aufgebaut ist mit einem Transistor (31), einem Widerstand (32) und zwei PN-Übergängen (33,34), wobei angeschlossen sind:

der Emitter des Transistors (31) an ein Ende des

Widerstands (32) und die beiden PN -Übergänge (33, 34) in Reihe zwischen dem anderen Ende des Widerstandes (32) und der Basis des Transistors (31), und wobei verwendet sind:
das andere Ende des Widerstands (32) als Anschluß für eine Gleichspannungsquelle (37), der Basisanschluß des Transistors (31) zum Einspeisen eines äußeren Steuersignals, und der Kollektoranschluß des Transistors (31) als Anschluß von Steuergates (8) der PNPN-Schal- to ter (501,601,701) (F ig. 3).

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der PN-Übergänge zwei Dioden verwendet sind.

11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, mit PNPN-Schaltern als Schaltglieder in integrierter Halbleitertechnik, mit einer Ansteuerschaltung einschließlich einer Darlington-Schaltung, dadurch gekennzeichnet, daß die Gateansteuerschaltung als integrierte Halbleiterschaltung aufgebaut ist mit zwei Transistoren (31, 40), einem Widerstand (32) und zwei Dioden (33,34),

wobei die beiden Transistoren (31, 40) aus einem ersten Transistor (31) und einem zweiten Transistor (40) in Darlington-Schaltung zusammengeschaltet sind, von der angeschlossen sind:

ein Emitter an ein Ende des Widerstands (32), eine Reihenschaltung der beiden Dioden (33, 34) zwischen dem anderen Ende des Widerstands (32) und einem Basisanschluß der Darlington-Schaltung (31,40), und
wobei verwendet sind:

das andere Ende des Widerstands (32) als Anschluß für eine Gleichspannungsquelle (37), der Basisanschluß der Darlington-Schaltung (31, 40) zum Einspeisen eines äußeren Steuersignals, und ein Kollektoranschluß der Darlington-Schaltung (31, 40) zum Anschließen von Steuergates (8) der PNPN-Schalter (501, 6Oi, 70I)(Fi g. 3,4).

12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Gateansteuerschaltungen zusammen mit den PNPN-Schaltern integriert werden.

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