DE19503881A1 - Stummschalter für einen Audioverstärker - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Stummschalter für einen Signalausgang eines Audioverstärkers und ist insbesondere für Audiosignalausgänge von Fern­ sehempfängern anwendbar.

Das Tonteil eines Fensehempfängers wird aus Kostengründen oft sehr einfach ausgelegt. Ein begrenztes Gehäusevolumen und leistungsmäßig begrenzte Stromversorgungsteile verhindern beim Fernsehempfänger aufwendige Lösungen bezüglich der Lautsprecherbestückung und der Leistungsreserven von Endverstärkern, die eine bessere Tonwiedergabe ermöglichen. Um diesen Mangel zu beheben, weisen vielfach die Fernseh­ empfänger Ausgangsanschlüsse für eine HiFi-Anlage auf. An diesen Aus­ gangsanschlüssen wird standardmäßig eine Signalspannung mit einem einstellbaren Pegel von maximal 2 V Effektivwert mit einer Ausgangsimpe­ danz von ca. 1 Kiloohm zur Verfügung gestellt.

Eine solche Signalspannung kann vorteilhaft direkt vom Signalausgang eines Kopfhörerverstärkers abgenommen werden. Diese Verstärker sind oftmals separate Schaltkreise mit einer Gegentaktendstufe, die aus einer einseitig an Masse liegenden Betriebsspannungsquelle versorgt werden. Am Signalaus­ gang dieser Verstärker liegt eine Signalspannung, der eine Gleichspannung von etwa der halben Betriebsspannung überlagert ist, so daß in der Regel ein Koppelkondensator zum Auskoppeln einer gleichspannungsfreien Signal­ spannung vorhanden ist.

Ein bekanntes Problem besteht darin, daß dieser Koppelkondensator in Verbindung mit den Impedanzverhältnissen am Signalausgang des Verstär­ kers eine solch ungünstige Zeitkonstante aufweist, daß der Lade- bzw. Entladestrom des Koppelkondensators beim Ein- und Ausschalten des Verstärkers am Signalausgang einen starken, steilen Störimpuls verursacht.

Dieser Störimpuls macht sich in den Lautsprechern der nachgeschalteten HiFi-Anlage als lästiges lautes Knacken bemerkbar, sofern die Anlage bereits vor dem Fernsehempfänger in Betrieb genommen wurde.

Letzte Situation ist im vorliegenden Fall durchaus gegeben, da die Bediensy­ steme von Fernsehempfänger und HiFi-Anlage nicht miteinander verbunden sind, so daß es dem Anwender überlassen ist, welches Gerät zuerst einge­ schalten wird. Darüber hinaus können beim Einschalten eines Fernsehemp­ fängers bis zum Erreichen der vollen Betriebsspannung noch weitere Ein- und Ausschaltsignale im Audiosignal auftreten.

Um letzteres zu unterdrücken ist es bekannt, im Audiosignalzweig an ver­ schiedenen Stellen Stummschalter anzuordnen, die während des Ein- oder Ausschaltens des Fernsehempfängers vom Steuerprozessor des Gerätes betätigt werden. Diese Stummschalter müssen jedoch in einem Schaltungsteil angeordnet werden, wo kleine Signalwechselspannungen zu schalten sind oder die Signalübertragung durch Verändern eines Arbeitspunktes in der Schaltung unterbrochen wird. Andernfalls treten beim Übertragen der Nutzsi­ gnalspannung Amplitudenverzerrungen auf.

Im vorliegenden Fall müssen jedoch infolge des hohen Signalpegels am Signalausgang, Pegel-Spitzenwerte von über sechs Volt Spitze zu Spitze unverzerrt verarbeitet werden. Dieses ist mit bekannten Halbleiterschaltern, die zum Beispiel einen bipolaren Transistor als Schalter nutzen, nicht mög­ lich, da dieser im Sperrzustand Amplitudenverzerrungen verursacht.

Zur Lösung dieses Problems ist bekannt, zum Beispiel Lautsprecher an Audioverstärkerendstufen über sogenannte Lautsprecher-Einschaltverzöge­ rungen anzuschalten. Dabei schalten meist mechanische Kontakte die Lautsprecher nach dem Erreichen der vollen Verstärkerfunktion an die Verstärkerausgänge. Diese Lautsprecher-Einschaltverzögerungen sind jedoch sehr aufwendig.

Ausgehend vom beschriebenen Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, einen bekannten Stummschalter dahingehend zu verändern, daß er ausschließlich mit wenigen einfachen preisgünstigen Bauelementen aufgebaut ist, ein verzerrungsfreies Übertragen einer Nutzsignalspannung mit Spitzenwerten von über sechs Volt ermöglicht, wobei ein Verarbeiten von Signalspannungen auch mit Schaltspannungen möglich sein soll, deren Wert unterhalb des Spitzenwertes der Signalspannung liegt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 genannten Mittel gelöst.

Die Erfindung nutzt dabei in bekannter Weise einen elektronischen Kurz­ schlußschalter, bei dem sich im Signalweg eine Ausgangsimpedanz und parallel zum Schaltungsausgang der steuerbare Ladungsträgerkanal, wie zum Beispiel die Kollektor-Emitter-Strecke (C1-E1) eines bipolaren Transistors be­ findet, wobei einerseits die Ausgangsimpedanz im Signalweg wesentlich größer ist, als die Kurzschlußimpedanz des leitenden Ladungsträgerkanals und andererseits die Ausgangsimpedanz nur so groß sein darf, daß sie gegenüber der Sperrimpedanz des gesperrten Ladungsträgerkanals und der Eingangsimpedanz der nachfolgenden Schaltung kleiner oder etwa gleich ist.

Erfindungsgemäß ist dieser steuerbare Ladungsträgerkanal die Kollektor- Emitter-Strecke (C1-E1) eines ersten bipolaren Transistors, dessen Basis über die Emitter-Kollektor-Strecke (E2-C2) eines zweiten Transistors mit komplementärer Zonenfolge mit einer Steuerspannung verbunden ist. Ein Vorteil dieser Schaltung ist, daß bei dieser Anordnung beide Transistoren oh­ ne Betriebsgleichspannung und damit ohne Mittel zur Arbeitspunkteinstellung betrieben werden und dennoch Signalspannungen mit großen Spitzenwerten fehlerfrei verarbeitet werden.

Dabei nutzt die erfindungsgemäße Schaltung die Erkenntnis, daß bei bipola­ ren Transistoren, die in Verbindung mit einer Serienimpedanz als elektroni­ scher Kurzschluß-Schalter benutzt werden, die Kollektor-Emitter-Strecke (C1-E1) des Schalttransistors nur dann fehlerfrei arbeitet, wenn die Spitzenspan­ nung der negativen Halbwelle der Signalspannung unterhalb der Flußspan­ nung der Basis-Kollektor-Diode liegt. Andernfalls verursacht die Signalspan­ nung, die oberhalb der Flußspannung liegt, einen Stromfluß durch die Basis-Kollektor-Diode, wenn die Basis im Sperrzustand des Schalters auf Massepo­ tential liegt.

Da in diesem Zustand das Nutzsignal zum Ausgang übertragen wird, verur­ sacht die genannte Diode spürbare Verzerrungen im Audiosignal. Wird jedoch erfindungsgemäß die Steuerschaltspannung über die Emitten-Kollektor-Strecke (E2-C2) eines zweiten bipolaren Transistors zur Basis des ersten Transistors geführt, der eine komplementäre Zonenfolge aufweist, so liegt in Serie zur Kollektor-Basis-Strecke des ersten Transistors die Kollektor-Basis-Strecke des zweiten Transistor. Infolge der komplementären Zonen­ folge beider Transistoren bilden diese beiden Halbleiterstrecken eine Serien­ schaltung von Dioden, die in entgegengesetzten Richtungen geschaltet sind.

Damit sperrt, unabhängig von der Polarität der Signalwechselspannung, jeweils eine Diode und die beschriebenen Verzerrungen werden vermieden.

Gleichzeitig tritt ein weiterer Vorteil auf. Da die Sperrwirkung des elektroni­ schen Schalters von der Sperrfestigkeit der in Sperrichtung betriebenen, insbesondere der beschriebenen Kollektro-Basis-Strecken und der Kollektor-Emitter-Strecke (C1-E1) des ersten Transistors abhängen und zum Sperren des Schalters keine Gegenspannung, wie zum Beispiel bei Diodenschaltern benötigt werden, kann die Steuerspannung niedriger als die größte zu sperrende Signal-Spitzen-Spannung sein.

Dieses ist dann von Vorteil, wenn die verfügbare Steuerspannung, zum Beispiel als Ausgangsspannung eines Mikroprozessor unterhalb von fünf Volt liegt. Die Erfindung soll nachstehend an Ausführungsbeispielen erläutert werden.

Die Figuren zeigen:

Fig. 1 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stummschalters.

Fig. 2 eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stumm­ schalters. Im Interesse der Übersichtlichkeit wurde jeweils nur ein Audiokanal dargestellt. Bei einem Fernsehgerät für Stereo-Tonwiedergabe wird die entsprechende Schaltung doppelt bei­ nötigt.

Wie Fig. 1 liegt das Audiosignal eines nicht dargestellten Fernsehempfän­ gers, das aus dem Fernsehsignal gewonnen wurde, an einem Eingang eines Audioverstärkers 10. Dieses Audiosignal soll mit einer hohen Übertragungs­ qualität über eine Leitung 11 an eine HiFi-Anlage 12 übertragen werden, zum Beispiel über eine Chinchverbindung. Für eine solche Übertragung muß das Audioausgangssignal standardmäßig einen maximalen Pegelwert von etwa 2 Volt effektiv und eine Ausgangsimpedanz von ca. 1 Kiloohm aufweisen. Ein solches Signal steht mit einstellbarem Pegel am Kopfhörerausgang zur Verfügung.

Der Audioverstärker 10 weist eine Gegentaktendstufe auf, die mit einer Betriebsspannung U_B versorgt wird, wobei der negative Pol der Betriebs­ spannung U_B an Masse liegt.

Auf diese Weise ist der Signalwechselspannung im Ausgangssignal U_o am Ausgang 13 eine Gleichspannung U_DC überlagert, die etwa der halben Betriebsspannung U_B entspricht und mit einem Koppelkondensator 14, der in Serie zu einem Audiosignalausgang 15 des Fernsehempfängers liegt, abgetrennt werden muß. Beim Aus- und Einschalten des Fernsehempfängers wird dieser Koppelkondesator 14 auf die Gleichspannung U_DC aufgeladen bzw. von diesem Wert entladen. Ein Lade- oder Entladestrom fließt dazu von einem Ableitwiderstand 16 in bzw. aus der Gegentaktendstufe des Audiover­ stärkers 10. Da diese in beide Richtungen eine niedrige Impedanz aufweist und der Koppelkondensator 14 in der Größenordnung von mindestens 100 µF liegt, verursacht der Lade- bzw. der Entladestrom im Ableitwiderstand 16 einen hohen Spannungsimpuls. Dieser Spannungsimpuls bewirkt in der am Audiosignalausgang 15 angeschlossenen HiFi-Anlage 12 ein lästiges Knackgeräusch, wenn diese vor dem Fernsehempfänger in Betrieb genom­ men wurde. Um dieses Geräusch zu vermeiden, ist vor dem Audiosignalaus­ gang 15 ein Stummschalter angeordnet, der in an sich bekannter Weise eine Serienimpedanz die der Widerstand 17 in Verbindung mit der Ausgangsimpe­ danz des Audioverstärkers 10 bildet und einen als Kurzschlußschalter wir­ kenden Ladungsträgerkanal eines Transistors 18 enthält.

Erfindungsgemäß ist der Transistor 18 im vorliegenden Fall ein bipolarer NPN-Transistor, dessen Kollektor mit dem Audiosignalausgang 15 und dessen Emitter El mit Masse verbunden sind. Der Basisanschluß B1 des Transistors 18 ist über einen Widerstand 19 mit dem Kollektoranschluß C2 eines zweiten Transistors 20 verbunden. Der Transistor 20 ist ein bipolarer PNP-Transistor, dessen Basis B2 über einen Widerstand 21 auf Masse liegt und dessen Emitter E2 mit einer Steuersignalspannung U_s, die ein Mikropro­ zessor 22 erzeugt, verbunden ist. Die beschriebene Schaltung gilt für den Fall, daß der negative Pol der Betriebsspannung U_B an Masse liegt, und daß die Steuerschaltspannung U_s zwischen dem Wert Null und einer positiven Spannung liegt.

Ist dieses nicht der Fall, muß für den ersten Transistor ein PNP-Typ und für den zweiten Transistor ein NPN-Typ verwendet werden.

Die erfindungsgemäße Schaltung nach Fig. 1 funktioniert wie folgt:
Beim Einschalten eines Fernsehempfängers wird unter anderem an den Audioverstärker 10 die Betriebsspannung U_B angelegt, während ein Mikro­ prozessor 22 des Fernsehempfängers bereits betriebsbereit ist. Damit verändert sich am Ausgang 13 die Gleichspannung U_DC von Null auf den Wert U_DC = 0,5 U_B. Der Kondensator 14 lädt sich über den Widerstand 16 auf. Damit liegt anfänglich am Audiosignalausgang 15 des Fernsehempfän­ gers ein Spannungsimpuls von U_P = 0,5 U_B, der entsprechend der Ladezeit­ konstante, die der Koppelkondensator 14 mit der Ausgangsimpedanz bildet, abklingt. Ein am Audiosignalausgang 15 angeschlossener HiFi-Verstärker 12 würde diesen Impuls als lästiges Knacken wiedergeben. Deshalb erzeugt der Mikroprozessor 22 bis zum Zeitpunkt, an dem der Fernsehempfänger voll in Funktion ist, eine Schaltspannung U_s = 5 V. Damit fließt ein Gleichstrom I_E in den Emitter E2 von Transistor 20. Dieser teilt sich in einen geringeren Basisstrom I_B und einen größeren Kollektorstrom I_C auf. Die Widerstände 19 und 21 gewährleisten dabei, daß die Gleichspannung am Kollektor C2 vom Transistor 20 über der Flußspannung für die Basis-Emitter-Diode vom Transistor 18 liegt. Der Kollektorstrom I_C fließt in die Basis von Transistor 18, dieser öffnet und die lästige Impulsspannung am Audiosignalausgang 15 wird kurzgeschlossen.

Sind alle Funktionseinheiten des Fernsehempfängers voll funktionsfähig, so erzeugt der Mikroprozessor 15 eine Schaltspannung U_s = 0. Der Gleichstrom zum Emitter von Transistor 20 wird I_E = 0. Damit gelangt kein Steuerstrom zur Basis von Transistor 18, dessen Kollektor-Emitter-Strecke (C1-E1) sperrt und die Signalwechselspannung des Ausgangssignals U₀ wird zum Audiosignal­ ausgang 15 übertragen. Da zwischenzeitlich der Kondensator 14 vollständig auf die Gleichspannung U_DC am Ausgang 13 aufgeladen ist, schwingt das Ausgangssignal am Audiosignalausgang 15 symmetrisch um die Nullinie. Damit wird die Kollektor-Emitter-Strecke (C1-E1) mit einer reinen Wechsel­ spannung belastet und der Transistor 18 abwechselnd in normaler inverser Polung betrieben. Dieses stellt für die Kollektor-Emitter-Strecke kein Problem dar. Im Gegensatz dazu würde jedoch die Signalwechselspannung infolge der Gleichrichterwirkung der Kollektor-Basis-Diode von Transistor 18 verzerrt werden.

Dieses wird erfindungsgemäß durch die in Serie geschaltete Kollektor-Basis-Diode von Transistor 20, die entgegengesetzt gepolt ist, verhindert.

Die Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Stummschalters. Diese Ausführung unterscheidet sich von der erstbeschrie­ benen in der Art der Ansteuerung von Transistor 20. In diesem Fall ist der Emitter E2 von Transistor 20 mit dem positiven Pol der Betriebsspannungs­ quelle des Mikroprozessors 22 verbunden und die Steuersignalspannung U_s wird dem Stummschalter über die Basis B2 zugeführt. Diese Schaltung weist gegenüber der erstgenannten den Vorteil auf, daß der benötigte Steuersi­ gnalstrom, den der Mikroprozessor 22 für den Stummschalter aufbringen muß, um den Gleichstromverstärkungsfaktor von Transistor 20 reduziert wird. Auch bei dieser Schaltung werden Verzerrungen durch die Serienschaltung der zwei Kollektor-Basis-Dioden vermieden.

Claims (6)

1. Stummschalter für einen Audioverstärker (10), der an einem Ausgang (13) einen Auskoppelkondensator (14) zum Abtrennen einer dem Aus­ gangssignal (U₀) überlagerten Gleichspannung (U_DC) aufweist, mit ei­ nem Audiosignalausgang (15), zu dem parallel ein Halbleiter-Ladungs­ trägerkanal angeordnet ist, dessen Leitfähigkeit durch eine Steuer­ schaltspannung (U_s) veränderbar ist, zum Vermeiden von Störspannun­ gen, die dem Ausgangssignal (U₀) beim Aus- und Einschalten der Be­ triebsspannung des Audioverstärkers (10) überlagert sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter-Ladungsträgerkanal die Kollektor-Emitter-Strecke (C1-E1) eines ersten bipolaren Transistors (18) ist, dessen Emitter E1 auf Masse liegt und dessen Basis B1 über die Emitter-Kollektor-Strecke (E2-C2) eines zweiten bipolaren Transistors (20), der in Bezug zum er­ sten Transistor (18) von komplementärer Zonenfolge ist mit einer Steu­ erspannung verbunden ist.

2. Stummschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Falle, wenn beim Audioverstärker (10) der Masseanschluß mit dem ne­ gativen Pol der Betriebsspannung verbunden ist, der erste Transistor (18) eine NPN-Zonenfolge und der zweite Transistor (20) eine PNP-Zo­ nenfolge aufweist.

3. Stummschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Se­ rie mit dem Koppelkondensator (17) eine Impedanz geschaltet ist.

4. Stummschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Serie mit der Emitter-Kollektor-Strecke (E2-C2) mindestens ein Widerstand (19) geschaltet ist.

5. Stummschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter (E2) des zweiten Transistors (20) mit einer Steuersignalspan­ nung (U_s) verbunden ist und dessen Basis (B2) über einen Widerstand (21) auf Masse liegt.

6. Stummschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter (C2) des zweiten Transistors (20) mit einem positiven Pol einer Betriebsspannungsquelle und dessen Basis (B2) mit der Steuersignals­ pannung (U_s) verbunden ist.