DE1255722B - Schaltungsanordnung zum Umkehren der Polaritaet eines elektrischen Signals - Google Patents

Description

mt. ei.:

H 03 t

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Deutsche Kl.: 21 a2 -18/08

Nummer: 1 255 722

Aktenzeichen: N 26233 VIII a/21 a2

Anmeldetag: 17. Februar 1965

Auslegetag: 7. Dezember 1967

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Umkehren der Polarität eines elektrischen Signals.

In der Elektrotechnik und Elektronik ist es häufig notwendig, die Polarität der Spannung eines elektrischen Signals umzukehren. Zu diesem Zweck sind Vorrichtungen bekannt, wie Umschaltvorrichtungen mit einer geeigneten Anzahl von Kontakten, Relais u. dgl.

Für bestimmte Zwecke ist es bedenklich, solche Umschaltvorrichtungen zum Umwandeln der Polarität eines elektrischen Signals anzuwenden, wobei das umzupolende Signal direkt über die Schaltelemente geführt wird, da Streukapazitäten auftreten können, die in vielen Fälle unerwünscht sind.

Solche Schwierigkeiten treten z. B. auf bei Mehrnormen-Fernsehempfängern, bei denen die Polarität des detektierten Fernsehsignals umkehrbar sein muß.

Die Verhältnisse der Fernsehsendungen sind in verschiedenen Ländern verschieden, und die Gesamtheit der technischen Merkmale einer solchen Sendung wird gewöhnlich mit Ubertragsnorm oder Ubertragsstandard angedeutet.

Die Unterschiede in der Ubertragsnorm rufen Schwierigkeiten für die Hersteller von Fernsehgeräten zum Verkauf in Grenzbezirken hervor, wo die Käufer Bilder zu empfangen wünschen, die gemäß verschiedener Normen ausgesandt werden.

Unter den Merkmalen der Ubertragsnormen sind unter anderem die Polarität der Bildmodulation (positiv oder negativ) und die Modulationsmethode der Tonübertragung (Amplitudenmodulation oder Frequenzmodulation) für die Norm L in Frankreich (positive Bildmodulation, Amplitudenmodulation des Tons) und die Normen B oder G (negative Bildmodulation, Frequenzmodulation des Tons) in den an Frankreich angrenzenden Ländern verschieden.

Um dem Benutzer des Fernsehempfängers die Möglichkeit zu geben, sowohl Bilder z. B. gemäß der Norm L als auch Bilder gemäß der Norm G zu empfangen, haben die Hersteller sogenannter »Mehrnormen«-Geräte in ihren Geräten elektromagnetische Relais unterbringen müssen, welche die notwendigen Umschaltungen durchführen können. Auf Grund der Betriebsverhältnisse und der daraus erfolgenden, sehr besonderen Anforderungen sind diese Relais teuer und bringen weiter Komplikationen mit sich (z. B. Streukopplungen).

In einer vorveröffentlichten Literaturstelle ist eine Emitterstufe beschrieben worden, deren Kollektor-Emitter-Strecke durch ein zwischen Basis und Emitter angelegtes Signal periodisch geöffnet und Schaltungsanordnung zum Umkehren
der Polarität eines elektrischen Signals

Anmelder:

N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,

Eindhoven (Niederlande)

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. E. Walther, Patentanwalt,

Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Als Erfinder benannt:

Henri Maurer,

Straßburg-Kronenbourgh, Bas-Rhin (Frankreich)

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 19. Februar 1964
(964 369, 964 370)

gesperrt wird. Während der öffnungsintervalle läßt der Transistor den von einer Wechselspannungsquelle im Lastkreis erzeugten Strom je nach Polarität der angelegten Spannung über die Kollektor-Emitter-Strecke fließen. Diese Schaltung ist für die Phasenumkehrung eines zwischen Emitter und Basis eingespeisten Signals ungeeignet.

Bekanntlich hat das an einer Emitterstufe mit einem Widerstand an der Emitterzuleitung am Kollektor abgenommene Ausgangssignal die entgegengesetzte Phasenlage, wie das am Emitter entstehende. Wenn man den Lastwiderstand über einen Umschalter so anschließt, daß er wahlweise mit dem Emitter oder dem Kollektor verbunden werden kann, erhält man entweder ein dem Eingangssignal phasengleiches Ausgangssignal oder aber eins mit umgekehrter Phasenlage. Nachteilig ist jedoch hierbei, daß der Umschalter im Signalkanal liegt, was Streukapazitäten u. dgl. mit sich bringt.

Die Erfindung bezweckt, einen Ubertragungskreis mit Flächentransistoren anzugeben, die nach Wunsch zwei verschiedene elektrische Funktionen vollführen kann, d. h. als normaler Verstärkerkreis mit Phasenumkehrung und als direkte Verbindung ohne Phasenumkehrung, und die übertragungsschaltung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Signal der Basis eines Flächentransistors zugeführt und das Ausgangssignäl einer Impedanz im KoI-

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lektorkreis dieses Transistors entnommen wird, dessen Kollektor-Basis-Vorspannung derart umschaltbar ist, daß der Kollektor-Basis-Ubergang in einem Fall in Flußrichtung und im anderen Fall in Sperrichtung betrieben wird.

Wenn der Kollektor-Basis-Ubergang in der Sperrrichtung polarisiert ist, ruft dies bekanntlich eine Phasenverschiebung von 180° oder eine Phasenumkehrung hervor, während, wenn der Basis-Kollektor-Ubergang in der Vorwärtsrichtung be- ίο trieben wird, das Eingangssignal diesen Übergang direkt durchläuft und ohne Verstärkung und auch ohne Umkehrung dem Kollektor entnommen werden kann.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert, wobei

F i g. 1 das Schaltbild einer Schaltungsanordnung nach der Erfindung zeigt und

F i g. 2 das Schaltbild einer Anordnung nach der Erfindung in einem »Multistandard«-Fernsehempfänger zeigt.

Die Schaltungsanordnung nach F i g. 1 enthält einen Flächentransistor 1 des p-n-p-Typs; er ist in üblicher Weise mit einem Emitter 2, einer Basis 3 und einem Kollektor 4 versehen.

Der Emitterwiderstand dieses Transistors wird durch die Reihenschaltung von zwei Widerstanden 5 und 6 gebildet, von denen der Widerstand 6 durch einen Kondensator 7 entkoppelt ist. Andere Elemente können in diesem Emitterkreis benutzt oder einige der beispielsweise angedeuteten Elemente können weggelassen werden.

Ein Belastungswiderstand 8 ist in dem Kollektorkreis 4 untergebracht, und das am Kollektor 4 auftretende Signal wird über einen etwaigen Kopplungskondensator 13 auf die Ausgangsklemme 14 übertragen.

Die Schaltungsanordnung empfängt eine Gleichspannung (z. B. 12 V) aus einer Quelle 17 zwischen den Klemmen 9 und 10. Die Minusklemme der ζ)με11ε ist bei 9 und die Plusklemme ist bei 10 angeschlossen.

Mittels eines äußeren, geeigneten Kreises wird das zu übertragende Signal zwischen den Klemmen 11 und 12 zugeführt.

Auf diese Weise wirkt die Anordnung mit den beschriebenen Einzelteilen als Verstärker und Phasenschaltung oder als Phasenumkehrschaltung bei passend gewählter Gegenkopplung.

Um gemäß der Erfindung den Polarisationspegel des Kollektor-Basis-Uberganges zu ändern, wird der Kollektor 4 über einen Widerstand 15 mit einer Klemme 16 verbunden, wobei eine Gleichspannungsquelle 18 mit einem Schalter 19 zwischen den Klemmen 16 und 9 angebracht ist, und die Plusklemme mit der Klemme 16 und die Minusklemme mit der Klemme 9 verbunden sind.

Beim Schließen des Schalters 19 fließt ein Gleichstrom durch den durch die zwei Widerstände 15 und 8 gebildeten Kreis. Durch passende Wahl des Wertes des Widerstandes 15 und des Wertes der Spannung der Quelle 18 wird der Kollektor 4 des p-n-p-Transistors 1 gegenüber der Basis 3 positiv, so daß der Basis-Kollektor-Ubergang in der Vorwärtsrichtung polarisiert wird. Im allgemeinen bringt dies mit sich, daß eine Hilfsspannung 18 höher als die Spannung 17 benutzt wird, aber dies ist nicht notwendig, und dies hängt insbesondere von dem Wert des Widerstandes 15 ab. Die Widerstände 15 und 8 dienen als Spannungsteiler für die Polarisation des Kollektors 4 durch die Quelle 18.

Bei dieser Polarisation arbeitet der Transistor als eine p-n-Halbleiterdiode, die in der Durchlaßrichtung polarisiert ist, und der Signalstrom bei 12 wird auf die Ausgangsklemme 14 über den Transistor 1 und den Kopplungskondensator 13 übertragen, ohne daß Verstärkung und auch ohne daß Phasenverschiebung auftreten.

Die Amplitude des so übertragenen Signals darf keinen beliebig großen Wert in der Richtung annehmen, in der dieses Signal den Strom durch die p-n-Diode zwischen dem Kollektor und der Basis verringert, da sonst die Signalspitzen abgeschnitten werden. Gewünschtenfalls kann dieses Abschneiden jedoch insbesondere benutzt werden, um die Amplitude unerwünschter Streusignale, z. B. Strömimpulse, zu begrenzen.

Es genügt, den Schalter 19 zu öffnen, um von der Wirkung des Kreises als direkter Verbindung auf die Wirkung als Phasenumkehrvorrichtung überzugehen, wobei Verstärkung auftreten kann, wenn es nicht erwünscht ist, daß der Ubertragungspegel in den beiden Fällen gleich ist.

Es sei bemerkt, daß es nicht notwendig ist, einen Schalter in Reihe mit der Quelle 17 zu schalten, da ein etwaiger Emitterstrom des Transistors praktisch keinen Einfluß auf die Wirkung des Basis-Kollektor-Uberganges hat, wenn dieser in der Durchlaßrichtung polarisiert ist.

Weiter sei noch bemerkt, daß es auch möglich ist, statt eines Widerstandes 15, der mit der Kollektorelektrode 4 verbunden ist, einen Widerstand mit der Basis 3 zu verbinden, der andererseits über einen Schalter mit einer negativen Hilfsspannung verbunden ist.

Der Typ des Transistors wird durch die Betriebsverhältnisse dieser Schaltungsart bedingt, wenn der Transistor als Verstärker wirksam ist. Bei einem p-n-p-Transistor (AF 114) ist z. B. der Widerstand 5 gleich 1800 Ohm. Der Widerstand 6 hat einen Wert Null, und der Kondensator 7 fehlt; der Belastungswiderstand 8 ist 2200 Ohm, und mit einem Widerstand 15 von 39 000 Ohm kann eine Schaltspannung 18 von 220 V verwendet werden.

Die Erfindung läßt sich weiter in allen elektrischen Schaltungsanordnungen, elektrotechnischen Vorrichtungen, radioelektrischen und/oder elektronischen Vorrichtungen und in Anordnungen für verschiedene Funktionen verwenden, z. B. in logischen Schaltungen, elektronischen Rechenmaschinen, Regelschaltungen, Fernsehgeräten usw.

Eine Verwendung des Ubertragungskreises nach der Erfindung liegt z. B. in einer Polaritätsumkehrvorrichtung für Videosignale in einem »Multistandard«-Fernsehempfänger. Diese Umkehrvorrichtung ist in F i g. 2 dargestellt.

In dieser Schaltungsanordnung werden zwei p-n-p-Transistoren verwendet. Der Emitter des Transistors 21 ist mit 40 bezeichnet, die Basis mit 41 und der Kollektor mit 42. Der Transistor 22 hat einen Emitter 43, eine Basis 44 und einen Kollektor 45.

Die Schaltung wird durch eine mit den Klemmen 26 und 27 verbundene Gleichspannungsquelle von z. B. 12 V gespeist. Die Minusklemme (Erdverbindung) ist beim Gebrauch von p-n-p-Transistoren mit dem Punkt 26 verbunden.

Die Basisvorspannung des ersten Transistors wird durch einen Spannungsteiler mit Widerständen 37 und 38 bedingt, von denen letzterer als Eingangsbelastungswiderstand für das Videosignal dient, das zwischen den Klemmen 28 und 29 über den Kondensator 39 zugeführt wird.

Der Transistor 21 hat in dem Emitterkreis einen Widerstand 36, und der Emitter 40 ist mit der Basis 44 des zweiten Transistors verbunden.

Der Kollektorkreis 42 des Transistors·21 enthält ein Netzwerk 23, das aus der Parallelschaltung der Induktivität 23 b und des Kondensators 23 α besteht und das auf die Zwischenfrequenz des Tonsignals abgestimmt ist, das durch Frequenzmodulation übertragen und durch Mischung mit dem Bildsignal in dem Detektor kreis erhalten wird. Bei den Normen B und G z. B. wird das Netzwerk 23 auf 5,5 MHz abgestimmt, aber je nach den Verhältnissen kann man jede andere geeignete Frequenz verwenden. Das Netzwerk 23 enthält als Abstimmittel einen einstellbaren Magnetkern 23 c, aber jedes bekannte andere Mittel kann zur Abstimmung des Netzwerkes benutzt werden; die Einzelheiten fallen außerhalb des Rahmens dieser Erfindung.

Da eine Sekundärwicklung 23 d mit der Induktivität 23 b verbunden ist, kann über die Klemmen 24 dieser Sekundärwicklung das selektive Netzwerk 23 mit einem Verstärkungskreis und einem Demodulationskreis für das frequenzmodulierte nicht dargestellte Tonsignal verbunden werden.

Der Emitterkreis 43 des Transistors 22 enthält einen Widerstand 35, der, wenn nicht entkoppelt, eine nicht selektive Gegenkopplung für alle zu übertragenden Frequenzen herbeiführt, sowie einen abgestimmten Parallelkreis 25 (mit einem Kondensator 25 a, der Induktivität 25 b und dem einstellbaren Kern 25 c), welcher abgestimmte Kreis eine selektive Gegenkopplung für einen Frequenzbereich hervorruft, in dem die Frequenz liegt, auf welche abgestimmt wird.

Die Abstimmfrequenz des Kreises 25 ist gleich der des Kreises 23. Die Konstruktion des Kreises 25 ist auch beispielsweise schematisch dargestellt.

Das Ausgangssignal wird über den Kondensator 33 zwischen den Klemmen 26 und 30 des Belastungswiderstandes 34 in dem Kollektorkreis 45 des zweiten Transistors entnommen.

über eine Klemme 31 und einen Widerstand 32 kann dem Kollektor 45 eine Hilfsgleichspannung, weiter unten Schaltspannung genannt, durch einen Umschalter 20 zugeführt werden. Diese Schaltspannung wird zwischen den Klemmen 26 und 31 angelegt, und die Polarität der Schaltspannung an 31 ist gleich der Speisespannung der Schaltung bei 27.

Zunächst wird die Wirkungsweise der Schaltung bei Abwesenheit der Spannung an 31 betrachtet (Empfang mit den Normen B und G, negative Bildmodulation und Frequenzmodulation des Tons).

Der Transistor 21 wirkt im wesentlichen als Emitterfolger, so daß dieser eine hohe Eingangsimpedanz bei einer niedrigen Eingangskapazität hat, während die Ausgangsimpedanz sehr niedrig ist. Die Emitterspannung folgt somit sehr genau der Basisspannung und hängt sehr wenig von dem Kollektorstrom ab.

Der abgestimmte Kreis 23 in dem Kollektorkreis dieses Transistors ermöglicht, das Tonsignal den Klemmen 24 zu entnehmen.

Der Einfluß dieses abgestimmten Kreises auf die Gesamtansprechkurve des Fernsehempfängers ist unwesentlich, sofern die Impedanz dieses Kreises nicht zu hoch ist.

Das Videosignal wird von dem Emitter 40 auf die Basis 44 des Transistors 22 und darauf auf die Kollektorelektrode 45 übertragen; es tritt dabei eine Phasenumkehrung auf. Durch Anwendung eines großen Maßes von Gegenkopplung, die z. B. dadurch erhalten wird, daß der Wert des Widerstandes 35 in dem Emitterkreis nahezu gleich dem des Widerstandes 34 in dem Kollektorkreis gewählt gewählt wird, kann erzielt werden, daß nicht gleichzeitig Verstärkung stattfindet. Ein kleiner Kondensator 46 (gestrichelt dargestellt) kann parallel mit dem Emitterwiderstand 15 geschaltet werden, um die Streukapazität der Stufe und die Eingangskapazität der nächstfolgenden Stufe zu kompensieren.

Der abgestimmte Kreis 25 in dem Emitterkreis des Transistors 22 wirkt als Unterdrückungsfilter. Dies bedeutet, daß dieser Kreis bei der Übertragung über diesen Transistor das dem Tonsignal entsprechende Frequenzband unterdrückt, so daß die Eindringung des Tonsignals in das Bildsignal verhütet wird.

Das Ergebnis dieser Kombination von Maßnahmen ist, daß zwischen den Ausgangsklemmen 26 und 30 der Schaltung ein positives Videosignal mit negativen Synchronisiersignalen erhalten wird ohne frequenzmoduliertes Tonsignal, während bei 29 ein Signal zugeführt wird, das einer negativen Bildmodulation mit Überlagerung des frequenzmodulierten .Tonsignals zugeführt wird.

Durch passende Wahl des Arbeitspunktes des Transistors 22 entsteht außerdem eine Begrenzung der Signalamplitude über diesen Transistor^ der somit als Abschneider wirksam sein kann.

Es ist bekannt, daß bei Übertragung mit negativer Bildmodulation die in Form schwarzer Tüpfel auftretende Störungen weniger sichtbar sind als bei positiver Bildmodulation, daß aber die gute Wirkung des Synchronisierkreises stärker gestört wird.

Es ist daher besonders vorteilhaft, %die Maximalamplitude des durch den Transistor 22 übertragenen Signals zu begrenzen, und zwar auf einen Wert, der wenig höher ist als der Pegel der Bildsynchronisiersignale und ZeilensynchroniSiersignale, so daß die Störungen infolge der stärksten Streusignale erheblich geschwächt werden.

Um die Anordnung auf den Empfang gemäß der französischen Norm L (positive Bildmodulation) einzustellen, braucht man nur eine Schaltgleichspannung angemessenen Wertes der Klemme 31 zuzuführen.

Im vorliegenden Falle mit einem p-n-p-Transistor 22 hat die Anlage dieser Spannung zur Folge, daß der Kollektor 45 gegenüber der Basis 44 dieses Transistors positiv wird, wodurch der n-p-Ubergang zwischen Basis und Kollektor leitend wird.

Die Wirkungsweise des Transistors 21 als Emitterfolger wird praktisch nicht beeinflußt, da der Ausgangswiderstand der ersten Stufe sehr niedrig ist, und der Transistor 22, wirksam als eine in der Durchlaßrichtung polarisierte Diode, trägt das Signal über, ohne daß dessen Phase umgekehrt wird, da die Wirkung des Emitters 43 des Transistors 22 vernachlässigbar gering geworder, ist. An

Claims (1)

1. 7 8

   der Ausgangsklemme 30 tritt die positive Bildmodu- _D ...

   lation gegenüber der Klemme 26 auf, wie diese der Patentansprüche:

   Eingangsklemme 29 zugeführt ist. 1. Schaltungsanordnung zum Umkehren der

   In einem praktischen Ausführungsbeispiel hatten Polarität eines elektrischen Signals, dadurch

   die Elemente der Schaltung nach der Figur die 5 gekennzeichnet, daß das Signal der

   nachfolgenden Werte: Basis eines Flächentransistors zugeführt und das

   Transistoren 21 und 22 AF 114 Ausgangssignal einer Impedanz im Kollektor-

   1 I. dl IMo IUl CIl J* X UIlU L·** f\X IJt 1 * J * T¹ · ±. i_ ' ι ι

   Kondensator 39 25 F ^1S "^ieses Transistors entnommen wird, dessen

   Widerstand 37 . . '.'.'.'. '. 12 000 Ohm Kollektor-Basis-Vorspannung derart umschaltbar

   Widerstand 38 39 000 Ohm ¹⁰ f\.^da.^{ß d} _p ^e,^r Kollektor-Basis-Ubergang m einem

   Widerstand 36....... 1500 0hm ^aIl !" Flußnchtung und im anderen Fall in

   Widerstand 35 1800 0hm Sperrichtung betrieben wird.

   WH λ ία λ _{om π}, 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1,

   wvi ,S ^ iicM\ ηί™ dadurch gekennzeichnet, daß über eine Schalt-

   Widerstand32 39 000 Ohm _{(5 vorrichtu}J_{g ein WiderS}tend an die Kollektor-Kondensator JJ 04 μί· elektrode des Transistors angeschlossen ist, um

   Die Schaltspannung kann dabei 220 V betragen. die Polarisationsspannung des Kollektor-Basis-

   Die zwei Kondensatoren 33 und 39 können Überganges umzukehren.

   Elektrolytkondensatoren sein, aber sie müssen sich 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, zur Verwendung bei hohen Frequenzen zum Über- 20 dadurch gekennzeichnet, daß über eine Schaltragen des Videosignals eignen. tungsvorrichtung ein Widerstand mit der Basis

   Die Vorteile der Verwendung dieser Umkehrvor- des Transistors verbunden ist, um die Polarisarichtung für das Videosignal mit Transistoren sind tionsspannung des Kollektor-Basis-Uberganges offensichtlich. Infolge ihrer grundsätzlich statischen umzukehren.

   Wirkung bringt eine solche Umkehrvorrichtung 25 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, 2 keine mechanischen oder elektromechanischen oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß auch eine Schwierigkeiten und keine Zeitverzögerung infolge solche Gegenkopplung vorgesehen ist, daß die mechanisch bewegter Kontakte mit sich. Außerdem Verstärkung der Schaltung beim in der Sperrermöglicht die Verwendung dieser Schaltung, Streu- richtung betriebenen Kollektor-Basis-Ubergang kupplungen infolge der Kapazität zwischen den 30 etwa 1 beträgt.

   Kontaktstreifen der verschiedenen Kreise der Relais 5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1,

   zu unterdrücken, die in den bekannten Anordnungen gekennzeichnet durch die Verwendung in einem

   verwendet werden, wobei das magnetische Leckfeld Multistandard-Fernsehempfänger.

   (Streufeld) dieses Relais vermieden wird.

   Obgleich die Erfindung für p-n-p-Transistoren be- 35 _T „ , ^ , , .„

   schrieben ist, kann einer oder können beide Tran- ^In Betracht gezogene Druckschriften:

   sistoren selbstverständlich durch npn-Transistoren »IRE TRANSACTIONS ON BIO MEDICAL

   ersetzt werden, wobei selbstverständlich die Polari- ELECTRONICS«, Juli 1962, S. 181 bis-184;

   täten der den Elektroden zugeführten Spannungen R. F. Shea, »Principles of Transistor Circuits«,

   passend geändert werden sollen. 4° 1953, S. 157.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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