Spínací obvod

Oblast techniky

Vynález se týká spínacího obvodu a zejména zapojení takového druhu, které používá v kaskádě uspořádané spínací sekce pro větší zeslabení spínacích vysokofrekvenčních signálových složek v rozepnutém stavu spínacího zapojení.

Dosavadní stav techniky

Zeslabení, které dává spínač, když je v rozepnutém stavu, je důležitým údajem při hodnocení spínacího obvodu, zejména v těch aplikacích, u nichž spínací signál obsahuje značné množství vysokofrekvenční energie. Přepíná-li se například mezi více obrazovými vstupními signály pro televizní přístroj, například mezi signály videomagnetofonů, přijímačů, monitorů nebo generátorů efektů, je důležité, aby obrazový vstupní signál, který nebyl vybrán, byl zeslaben na minimální úroveň, aby nedocházelo k interferenci se zvoleným obrazovým vstupním signálem. Obecně řečeno, je žádoucí zeslabit nezvolený obrazový signál alespoň o 60 dB a s výhodou ještě více. Takových úrovní zeslabení na obrazových kmitočtech se běžnými spínači na bázi integrovaných obvodů nedosahuje snadno, například v důsledku přítomnosti parazitních kapacit. Z těchto důvodů byly navrženy různé způsoby zeslabení signálů odpojeného spínači na bázi integrovaných obvodů. Jednou takovou používanou technikou, popsanou v následujících dvou příkladech, je zapojení spínačů do kaskády, takže se zeslabení jednotlivých rozpojených stupňů sečítají.

Prvním příkladem kaskádního zapojení spínačů pro větší zeslabení v rozepnutém stavu spínače je zapojení, popsané Nigborowiczem a spol. v US patentu č. 4 521 810, nazvaném Volič obrazového zdroje a uděleném 4.června 1985. Ve zvláštním příkladném provedení tohoto spínacího obvodu je emitorový sledovač zapojen do kaskády se spínačem na bázi integrovaného obvodu typu CMOS a svorkovací tranzistor je připojen k bázi tranzistoru emitorového sledovače a řízen pro zablokování emitorového sledovače v době, kdy je spínač CMOS rozepnutý. Takto je spínaný obrazový signál při rozepnutém spínači zeslaben jak zablokovaným obvodem emitorového sledovače, tak zapojeným spínačem CMOS.

Druhý příklad kaskádně zapojených spínacích obvodů je popsán Deissem v US patentu č. 4 638 181, nazvaném Volič signálového zdroje, který byl udělen 20.ledna 1987. Ve zvláštním příkladném provedení popsaném v Deissově patentu je diodový spínač zapojen v sérii se spínačem na bázi integrovaného obvodu CMOS. Obvod zahrnuje obvod předpětí, přivádějící spínací proud přes spínač CMOS k diodovému spínači v době, kdy je spínač CMOS sepnutý. Další předpětový obvod přivádí předpětí opačné polarity k diodovému spínači v době, kdy je spínač CMOS rozepnutý. Pro maximální zeslabení v rozevřeném stavu doporučuje Deiss použití pin-diody, protože diody tohoto typu vykazují velmi nízkou přechodovou kapacitu a takto minimalizují parazitní vazbu v době, kdy dioda nevede.

-1CZ 279746 B6

Předcházející dva příklady kaskádních obrazových spínačů dávají vynikající zeslabení. Obě tato příkladná provedení spínačů jsou však relativně složitá, protože vyžadují svorkovací tranzistor nebo napěťový zdroj pro předpětí opačné polarity pro udržení rozpojeného stavu spínače.

Tento vynález je zamýšlen zejména pro opatření spínače typu používajícího diodu, v němž se však nevyžaduje oddělený zdroj předpětí opačné polarity pro udržení spínače v rozepnutém stavu.

Podstata vynálezu

Tohoto cíle je dosaženo spínacím obvodem obsahující diodu, spojenou svou první elektrodou přes kondenzátor se vstupem spínacího obvodu, a obvod řízení předpětí, podle vynálezu, jehož podstatou je, že obvod řízení předpětí sestává z prvního rezistoru zapojeného mezi druhou elektrodou diody a svorkou stejnosměrného napájecího napětí, z druhého rezistoru, připojeného k první elektrodě diody, a z řídicího spínače, zapojeného v sérii s druhým rezistorem k zemní svorce, přičemž druhá elektroda diody je připojena na výstupní obvod, jehož výstup je spojen s výstupní svorkou spínacího obvodu. Ve výhodném provedení obsahuje výstupní obvod aditivní směšovač a popřípadě i zesilovač. Ve zvlášť výhodném provedení potom jsou zesilovač a neaditivní směšovač zapojeny v kaskádě v uvedeném pořadí.V dalším výhodném provedení zahrnuje neaditivní směšovač první vstup, připojený k výstupu zesilovače, a druhý vstup, k němuž je připojena svorka předpětí, přičemž předpětí je menší než stejnosměrné napájecí napětí.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude podrobněji popsán podle připojených výkresů, kde na obr. 1 je znázorněno schéma spínače podle vynálezu a na obr. 2 je blokové schéma, částečně provedené jako schéma zapojení barevného televizního přijímače, podle vynálezu, zahrnující příkladné hodnoty prvků zapojení spínače podle obr. 1 a zahrnující další rysy spínače pro znázorněné a popsané příkladné provedeni.

Příklady provedení vynálezu pro výstupní svorku 12 pro zde i dioda 14., jejíž signálu. Je tomto příkladném zapojení katoda kondenzátor 20 ke vstupní svorce druhá elektroda, přes výstupní obvod 70, tvořený 30 a neaditivního směšovače 40, Zesilovač 30 obsahuje NPN trans anodou 18 diody 14., jehož emi32 připojen k zemní svorce 66, což je v tomto

Spínací obvod podle obr.l zahrnuje vstupní svorku příjem spínacího vstupního signálu Sl, a zajištění spínaného výstupního první elektroda, kterou je v 16, je spojena přes blokovací 10, spínacího obvodu a jejíž příkladném zapojení anoda 18 je kaskádním zapojením zesilovače připojena k výstupní svorce 12. zistor Q1, jehož báze je spojena tor je přes emitorový rezistor a jehož kolektor je přes zatěžovací rezistor 34 kolektoru připojen ke svorce 25 stejnosměrného napájecího napětí, k níž je přivedeno kladné napájecí napětí Vs. Neaditivní směšovač 40 obsahuje dvojici NPN tranzistorů Q2 a £)3., jejichž kolektory jsou připojeny ke svorce 25 stejnosměrného napájecího napětí a jejichž emitory jsou připojeny k výstupní svorce 12 spínacího obvodu a spojeny se zemí přes proudový zdroj 42.. Proudový zdroj 42 může být realizo

-2CZ 279746 B6 ván jako rezistor nebo jako tranzistor, opatřený předpětím tak, aby pracoval jako proudový zdroj. Báze 44 tranzistoru Q2 slouží jako jeden vstup neaditivního směšovače 40 a je připojena k výstupu zesilovače 30 na kolektor tranzistoru Q1. Báze 46 tranzistoru Q3 slouží jako druhý vstup neaditivního směšovače 40 a je připojena ke svorce 50 předpětí, k níž je v tomto příkladném provedení vynálezu přivedeno stejnosměrné předpětí Vb. V dalším příkladném provedení, o němž bude pojednáno dále, se na bázi 46 tranzistoru Q3 přivádí druhý spínaný vstupní signál.

Zbývající prvky z obr.l zahrnují obvod 80 řízení předpětí pro diodu 14 pro zajištění prvního pracovního režimu, v němž je dioda 14 opatřena předpětím v propustném směru pro přivedení vstupního signálu Si k výstupní svorce 12 spínače přes zesilovač 30 a neaditivní směšovač 40, a pro zajištění druhého pracovního režimu, v němž je katoda 16 diody 14 stejnosměrně odizolována, takže dioda 14 usměrňuje střídavou složku vstupního signálu Si, přiváděnou přes blokovací kondenzátor 20, čímž se vytváří předpětí opačné polarity pro diodu 14, která rozepíná, nebo-li dostává se do nevodivého stavu. Jak bude vysvětleno, zesilovač 30 a neaditivní směšovač 40 zajišťují další zeslabení vstupního signálu v odezvu na stav předpětí, do něhož se dioda 14 sama dostala. Obvod 80 řízení předpětí obsahuje první rezistor 62., zapojený mezi svorku 25 stejnosměrného napájecího napětí Vs a anodu 18 diody 14., a druhý rezistor 62, zapojený v sérii s řídicím spínačem 60 mezi katodou 16 a zemní svorkou 66.

Činnost spínacího obvodu z obr.l bude popsána nejdříve pro případ, kdy je řídicí spínač 60 sepnutý. Za této podmínky existuje mezi svorkou 25 stejnosměrného napájecího napětí Vs a svorkou 66 druhého stejnosměrného napětí stejnosměrná dráha přes první rezistor 62, diodu 14., druhý rezistor 64 a řídicí spínač 60. Proudový tok po této dráze má dva účinky. Jednak otevírá diodu 14 tím, že na ní vytváří předpětí v průchodném směru, takže dioda 14 přivádí střídavou složku vstupního signálu Si k bázi tranzistoru Q1 zesilovače 30, jednak první a druhý rezistor 62 a 64 'vytvářejí s diodou 14 dělič potenciálu, který zajišťuje teplotně kompenzované stejnosměrné předpětí na bázi tranzistoru Q1, což uvádí tranzistor Q1 do oblasti lineární činnosti. Teplotně kompenzační účinek se dostavuje proto, že napěťové změny napětí Vbe přechodů báze-emitor tranzistoru Q1 jsou doprovázeny podobnými změnami napětí na P-N přechodu diody 14.. Odtud v tomto pracovním režimu má dioda 14 dvojí funkci: jednak provádí propojení střídavé složky vstupního signálu Si, jednak zajišťuje teplotní kompenzaci napětí Vbe tranzistoru Q1 zesilovače 30.

Zesilovač 30 zesiluje střídavou složku vstupníhosignálu Si přivedenou přes diodu 14,. Zesílení zesilovače 30 je dáno s dostatečnou přesností, poměrem odporů zatěžovacího rezistoru 34 kolektoru a zatěžovacího rezistoru 32 emitoru. Tyto rezistory , ve spojení se stejnosměrným předpětím přiloženým na bázi tranzistoru 01, také určují klidové napětí kolektoru , což je faktor, který bude uvažován v činnosti následujícího stupně, kterým je neaditivní směšovač 40. Výhodný stav předpětí pro zesilovač 30 je takový, který zajistí napětí výstupního signálu v rozsahu, určeném stejnosměrným napájecím napětím Vs, přivedeným ke svorce 25 prvního stejnosměrného napětí, a Vb, přivedeným ke svorce 50 předpětí. Příkladně lze zvolit stejnosměrné předpětí pro zesilo

-3CZ 279746 B6 vač 30 takové, aby výstupní napětí dosahovalo asi tříčtvrtinové hodnoty stejnosměrného napájecího napětí Vs a předpětí Vb lze zvolit takové, aby dosahovalo asi poloviční hodnoty napájecího napětí Vs. Pro vynález je důležité , aby předpětí Vb pro neaditivní směšovač 40 bylo menši než stejnosměrné napětí Vs pro zesilovač 30 a aby předpětí zesilovače 30 mělo klidovou hodnotu mezi hodnotou stejnosměrného napájecího napětí Vs a předpětí Vb. Na příklad může být při stejnosměrném napájecím napětí Vs = 12 V přiloženo předpětí, zajišťující klidové výstupní napětí, 9 V a předpětí Vb, přiváděné k neaditivnímu směšovači 40, může mít hodnotu 6 V.

Zesílený signál na výstupu zesilovače 30., to jest na kolektoru tranzistoru Q1, se přivádí k tranzistoru Q2 neaditivního směšovače 40. Tranzistor 23., jehož stejnosměrné předpětí je menší než u tranzistoru 02, jak bylo vysvětleno shora, je proto odpojen a tranzistor Q2 a proudový zdroj 42 pracující jako emitorový sledovač pro přivedení zesíleného výstupního signálu k výstupní svorce 12.

Krátce shrnuto, sepnutím řídicího spínače 60 dojde k vytvoření předpětí na diodě 14., které ji otevře, a ta zajišťuje funkci, a to otevírá cestu střídavé složce vstupního signálu Si k zesilovači 30, a současně generuje teplotně kompenzované stejnosměrné předpětí pro pro zesilovač 30.· Zesilovač 30 zesiluje přivedený signál a zajišťuje výstupní napětí na stejnosměrné úrovni, které vytváří předpětí opačné polarity pro tranzistor Q3 neaditivního směšovače 40, a je připojen k výstupní svorce 12. přes tranzistor 02, pracující jako emitorový sledovač.

Činnost spínacího obvodu z obr.l bude dále probrána pro případ, kdy je řídicí spínač 60 rozepnut. Za těchto podmínek neexistuje stejnosměrná dráha od katody 16 diody 14 k jakémukoliv bodu spínacího obvodu. Stejnosměrná izolace katody 16 diody 14 má řadu význačných účinků na dříve popsanou činnost obvodu. Prvním účinkem je, že jeho stav umožňuje, aby dioda 14 usměrnila střídavou složku vstupního signálu Si a uchovávala usměrněné napětí na kondenzátoru 20. Kondenzátor 20 se nabíjí proudem tekoucím přes první rezistor 62 a diodu 14., když jsou odchylky vstupního signálu nižší než anodové napětí diody 14 , ale není zde vybíjecí dráha a tak akumulovaný náboj vytvoří na diodě 14 předpětí opačné polarity, a tím zeslabuje vstupní signál. Druhým účinkem rozpojení řídicího spínače 60 je, že první a druhý rezistor 62 a 64 už nevytvářejí předpětí pro tranzistor Q1 zesilovače 30 pro jeho činnost v lineární oblasti. Namísto toho je proud, tekoucí prvním rezistorem 62., zcela odkloněn do báze tranzistoru Q1 do nelineárního režimu, v němž je tranzistor Q1 saturován nebo je alespoň blízko své saturace. Plná saturace není podstatná. Pro tento vynález je důležité pouze to, aby se stejnosměrné předpětí tranzistoru Q1 změnilo natolik, aby došlo k poklesu napětí na kolektoru na úroveň, dostačující k vytvoření předpětí opačné polarity na tranzistoru Q2 neaditivního směšovače 40. Tato úroveň představuje jakékoliv napětí menši než stejnosměrné předpětí Vb, přivedené ke svorce 50. Když k tomuto dojde, je na tranzistoru 02 předpětí opačné polatity a tranzistor 03 pracuje v součinnosti s proudovým zdrojem 42 jako emitorový sledovač pro přivedení signálu předpětí Vb k výstupní svorce 12.· Odtud v tomto pracovním režimu , to jest jestliže je řídicí spínač 60 rozepnut, je vstup

-4CZ 279746 B6 ní signál Si zeslaben diodou 14, která generuje své blokovací napětí usměrňováním vstupního signálu, zesilovačem 30 a neaditivním směšovačem 40.

Je zřejmé, že stejných účinků lze dosáhnout obráceným zapojením diody 14 při současné záměně napájecích napětí a vhodných změnách v zapojení výstupního obvodu 70.

Obr.2 znázorňuje použití spínacího obvodu z obr.l pro selektivní spínání dvou barvonosných vstupních signálů v barevném televizním přijímači. Tento obrázek také rovněž znázorňuje příkladné hodnoty prvků a napětí.

Barevný televizní přijímač z obr. 2 zahrnuje jednotku 200 tuneru a mezifrekvenčního zpracování signálu běžné konstrukce, mající vstupní svorku 210 pro příjem vysokofrekvenčního modulového obrazového vstupního signálu a výstup pro zajištění demodulovaného obrazového výstupního signálu v základním pásmu. Další složené obrazové vstupní signály v základním pásmu jsou zajištěny prostřednictvím přídavných vstupních konektorů 212 a 214. Pro příjem obrazového vstupního signálu v základním pásmu, a to v odděleném jasovém formátu jako signál SVHS-Y a barvonosném formátu jako SVHS-C, je zajištěn vstupní konektor 216 Super VHS. Pro selektivní připojení signálů Sl, AUX-1, AUX-2 a SVHS-Y ke vstupu 222 hřebenového filtru 230 je zajištěn čtyřpolohový volič 220. Volba kanálu pro jednotku 200 tuneru a mezifrekvenčního zpracování signálu a volba signálu čtyřpolohovým voličem 220 je řízena řídicí jednotkou 240. Hřebenový filtr 230 má jasový výstup Y a barvonosný výstup C připojeny k jednotce 250 zpracování a zobrazení signálu běžné konstrukce pro zpracování a zobrazení barevných obrazových signálů. Hřebenový filtr 230 je typu majícího výstupní stupeň s emitorovým sledovačem pro barvonosný signál. Tento stupeň je v hřebenovém filtru 230 představován tranzistorem Q3 a proudovým zdrojem 42, přičemž na bázi tranzistoru Q3 je předpětí asi 6 V. Je třeba poznamenat, že tyto prvky jsou identické s těmi, které byly použity v neaditivním směšovači 40. Výhodné je, že přítomnost emitorového sledovače ve hřebenovém filtru 230 eliminuje potřebu tohoto prvku v barvonosném spínači 280 Super VHS, jak bude nyní popsáno.

Barvonosný spínač 280 Super VHS odpovídá spínači z obr. 1 s následujícími modifikacemi. Mezi vstupní svorkou 10 a zemí je zapojen přizpůsobovací rezistor 282 vstupního signálu, který uzavírá barvonosný signál SVHS přivedený z konektoru 216 VHS standartní charakteristickou impedancí 75 ohmů. Ochrana proti elektrostatickému výboji je zajištěna ochranným rezistorem 284 zapojeným do série s kondenzátorem 20. Druhý rezistor 64 z obr. 1 je realizován sériovým zapojením rezistorů, hodnota jejich odporu je 2,7 kiloohmů, přičemž jejich společná svorka je přes kondenzátor o kapacitě 470 pF připojena k zemi. Tento obvod pracuje jako dolní propust, zajišťující dvojí funkci, a to potlačení šumu z řídicího spínače 60., aby se tento nedostal do pracovního kanálu barvonosného signálu, a potlačení barvonosných signálů, aby se nedostaly do řídicího spínače 60 a aby takto neinterferovaly s jinými signály, které by mohly být sepnuty řídicím spínačem 60. Další změnou v tomto příkladném provedení je zapojení neizolovaného rezistorů o odporu 470 ohmů mezi bází tranzistoru Q1 a ano

-5CZ 279746 B6 dou diody 14 pro izolaci parazitních kapacit u tranzistoru Q1. Řídicí spínač 60 je řízen řídicí jednotkou 240.

V činnosti řídicí jednotka 240 voli signály pro zobrazení řídicími spínači 220 a 60. Například při volbě obrazových signálů Sl, AUX-1 nebo AUX-2 vyšle řídicí jednotka 240 odpovídající signály volby ke spínači 220 a současně vyšle blokovací signál k řídicímu spínači 60, který jej rozpojí. To znemožní tok signálu ve dráze barvonosného signálu Super VHS, jak bylo dříve vysvětleno. Krátce shrnuto, v tomto režimu si dioda 14 sama vytvoří předpětí, kterým se uzavře, a to usměrněním barvonosného signálu Super VHS, je-li některý přítomen, zesilovač 30 je přiveden k saturaci nebo do saturace a neaditivní směšovač 40 zvolí výstupní signál hřebenového filtru. Když je řídicí jednotkou 240 zvolen ze vstupního konektoru 216 zdroj signálu Super VHS, spínač 220 přivede jasový signál Super VHS k procesoru 250 a barvonosný signál Super VHS je přiveden k procesoru 250 přes diodu 14, zesilovač 30 a neaditivní směšovač 40, jak bylo dříve vysvětleno v popise obr. 1.

PATENTOVÉ NÁROKY