DE2021108A1

DE2021108A1 - Transistorschaltung

Info

Publication number: DE2021108A1
Application number: DE19702021108
Authority: DE
Inventors: Yoshio Ishigaki; Takao Tsuchiya
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1969-05-01
Filing date: 1970-04-29
Publication date: 1970-11-12
Also published as: US3775557A; NL7006393A; FR2047261A5; DE2021108B2; GB1298124A; DE2021108C3; CA942853A

Description

It 1558

Sony Corporation, Tokyo/Japan

Transistorschaltung

Die Erfindung betrifft eine Transistorschaltung mit einem Paar von Transistoren, die je eine, erste,zweite und dritte Elektrode besitzen, ferner mit Schaltungselementen zur Zuführung eines Eingangssignales zu wenigstens einer der ersten Elektroden, mit Schaltungselementen zur Abnahme eines Ausgangssignales von wenigstens einem der zweiten Elektroden, mit Kopplungselementen zwischen den dritten Elektroden sowie mit einer an wenigstens eine der dritten Elektroden angeschlossene Konstantstromquelle.

Bei der Entwicklung integrierter Transistorschaltungen erweisen sich die induktiven und kapazitiven Elemente im allgemeinen als störend. Versuche, solche integrierten Schaltungen nur aus Transistoren, Dioden und Widerständen ohne Verwendung von energiespeichernden Elementen aufzubauen, führten bisher zu äußerst komplizierten und schwierig herzustellenden Schaltungen*

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung dieser Nachteile eine Transistorschaltung zu entwickeln, die sich für den Aufbau Integrierter Transistor-Netzwerke eignet und die leicht geschaltet werden kann. Weiterhin soll die Transistorschaltung zur Durchführung einer Vielzahl unterschiedlicher Funktionen geeignet sein. Sie soll insbesondere als Differentialverstärker, als Phasengleichrichter und als Farb-Demodulatorkreis zur Gewinnung der Farbdifferenzsignale bei

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einem Fernsehempfänger geeignet sein.

Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß mit wenigstens einem der Transistoren des Paares Steuerschaltelemente zur Steuerung des Leitfähigkeitszustandes dieses Transistors verbunden sind.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung veranschaulicht. Es zeigen

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Transistorschaltung ;

Fig. 2 eine Schemadarstellung zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltung gemäß Fig. 1;

Fig. 3 und 4 abgewandelte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Schaltung;

Fig. 5 eine Anzahl von Diagrammen zur Erläuterung der Wirkungsweise;

Fig. 6 eine Anzahl von Diagrammen zur Erläuterung der Wirkungsweise bei Verwendung der Transistorschaltung als Synchrongleichrichter;

Fig. 7 ein Prinzipschaltbild eines erfindungsgemäßen Farbdemodulators.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Transistorschaltung sind die Emitter des ersten und zweiten Transistors Q₁ und Q₂ mit den Emittern des dritten und vierten Transistors Q-, und Q₁J verbunden. Der Verbindungspunkt der Emitter des ersten und dritten Transistors Q₁ und Q,

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ist an den Kollektor eines Transistors X₁ angeschlossen, der als Konstantstromquelle dient. In entsprechender Welse ist der Verbindungspunkt der Emitter des zweiten und vierten Transistors Qo und Qjj an den Kollektor eines Transistors X₂ angeschlossen, der als Konstantstromquelle dient.

Die Kollektoren des ersten und zweiten Transistors Q₁ und Q₂ sind über Lastwiderstände R₁ und R₂ an einen Stromquellen-' anschluß 1 angeschlossen. Die Kollektoren des dritten und vierten Transistors Q, und Q^ sind direkt mit dem Stromquellenanschluß 1 verbunden. Der Verbindungspunkt der Emitter des ersten und dritten Transistors Q₁ und Q, und der Verbindungspunkt der Emitter des zweiten und vierten Transistors Q_g und Qjj sind über einen Widerstand 2 miteinander verbunden; sie können auch unmittelbar miteinander verbunden sein.

Die Basen der Transistoren X₁ und X₂ werden von einem Stromquellenanschluß 3 mit einer festen Vorspannung versorgt. Ihre Emitter sind miteinander verbunden und über einen Widerstand an Masse angeschlossen. Die Basen des ersten und zweiten Transistors Q₁ und Q₂ sind mit Eingangsanschlüssen 5., und 5₂ verbunden und werden mit einer geeigneten Vorspannung versorgt. Ihre Kollektoren sind mit Ausgangsanschlüssen 6* und 6₂ verbunden. Die Basen des dritten und vierten Transistors Q, und Q₁₁ sind mit einem gemeinsamen Steuersignaleingangsanschluß 7 verbunden. Die beiden Transistoren X₁ und X₂ arbeiten im Kollektor-Sättigungsbereich und wirken als KonstantStromquellen, so daß selbst durch eine Änderung ihres Kollektorpotentiales praktisch keine Änderung der Kollektorströme verursacht wird.

Es sei angenommen, daß die Basis des ersten Transistors Q₁ vom Anschluß 5^ ein Wechselstrom-Eingangssignal S₁ erhält und daß die Basen des dritten und vierten Transistors Q, und Q₁, vom Anschluß 7 mit einem Steuersignal 12 versorgt werden, wie dies in Fig._t5A veranschaulicht ist. Befindet sich das Steuer-

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signal 12 im Zustand "1" (Pig. 5A), so sind die Transistoren Q, und Qh leitend; in diesem Falle sind die Transistoren Q-, und Qp infolge des Anstieges ihres Emitterpotentiales gesperrt. Beim Einschalten der Transistoren Q-, und Q^ wirkt die Schaltung somit nicht als Differentialverstärker. Als Ergebnis wird eine Gleichspannung Vg, wie sie in den Pig..5B und 5C durch die geraden Linien 8^ und 8p dargestellt ist, an den Ausgangsanschlüssen O₁ und 6₂ abgenommen. -

Befindet sich das Steuersignal 12 im Zustand "0", so sind die Transistoren Q-, und Qj, nicht leitend und die Transistoren Q₁ und Q₂ leitend. Sind in diesem Falle die Kennwerte der Transistoren Q₁ und Q₂* X₁ und X„ sowie die Widerstandswerte der Widerstände R. und R₂ einander gleich, so fließen die Kollektor-Gleichströme Iq der Transistoren Q₁ und Q₂ auch über die Transistoren X₁ und X₂.

Wird das Eingangssignal S₁ der Basis des Transistors Q₁ zugeführt, so fließt ein diesem Eingangssignal entsprechender Signalstrom zu den Transistoren Q₁ und Q₂. In der positiven Halbwelle des Signales S₁ vergrößert sich der Kollektorstrom des Transistors Q₁; die Kollektorströme der Transistoren X₁ und X₂ werden dagegen konstant gehalten; demgemäß fließt der auf dem Eingangssignal S₁ beruhende Signalstrom über den Transistor Q₁, den Widerstand 2 und den Transistor Q₂* wie in Fig. 2 durch den Pfeil 9 angedeutet. In der negativen Halbwelle des Signals S₁ fließt der Signalstrom in entgegengesetzter Richtung. Die Schaltung wirkt in diesem Falle somit für das Eingangssignal als Differentialverstärker und liefert an den Ausgangsanschlüssen O₁ und 6g Wechselstrom-Ausgangssignale 11- und H₂, die um Gleichspannungswerte schwanken, welche durch die gestrichelten Linien 1O₁ und 1O₂ angedeutet sind (vgl. Fig. 5B und 5C). Die Gleichspannungswerte sind gegenüber der Stromquellenspannung V_ß um Spannungsfälle R₁Iq und R₂Iq niedriger ( es sind dies die Spannungsabfälle der Kollektorströme

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Iq der Transistoren Q₁ und*Qg ~an- den Widerständen FL und R₂.). Die* resultierenden Ausgangssignale IL und 1I₂ weisen entgegengesetzte Phase auf.

Wird ein dem Eingangssignal S- in der Phase entgegengesetztes Eingangssignal S₂ über den Anschluß 5₂ der Basis des zweiten Transistors Q₂ zugeführt, so wird der über den Widerstand 2 fließende Strom doppelt so groß, als wenn nur das Eingangssignal S₁ dem Transistor Q₁ zugeführt wird. Die an den Anschlüssen O₁ und 6₂ zur Verfügung stehenden Ausgangs signale H₁ und H₂ . sind somit doppelt so hoch, als wenn nur das Eingangssignal S₁ dem Transistor Q₁ zugeführt wird.

Die an den Anschlüssen 6* und>6₂ abgenommenen Gleichspannungswerte der Ausgangssignale hängen davon ab, ob die Schaltung als Differentialverstärker wirkt oder nicht. Wird jedoch die Differenz zwischen den Ausgangsspannungen der Anschlüsse 6* und 6₂ als Ausgangssignal abgenommen, so können die Ausgangs-Gleichspannungswerte in beiden Fällen einander gleichgemacht werden (wie Fig. 5D zeigt), indem die Spannungsabfälle der Kollektor-Gleichströme I_Q an den Widerständen R₁ und R₂ einander gleichgemacht werden. Da die Ausgangssignale H₁ und H₂ in der Phase einander entgegengesetzt sind, wird die Amplitude des Wechselspannungs-Ausgangssignales 13» die im Falle der Wirkung der Schaltung als Differentialverstärker erzeugt wird, doppelt so groß wie die der Signale H₁ und H₂. .

Fig. 3 zeigt eine Abwandlung der erfindungsgemäßen Schaltungi die Schaltungsverbindungen entsprechen, im wesentlichen denen der Fig. 1; es sind jedoch die Kollektoren der Transistoren Q₁ und Q^ sowie die der Transistoren Q₂ und Q^ miteinander verbunden. Selbst wenn bei einer solchen Schaltungsanordnung die Transistoren Q₁ und Q₂ im nicht leitenden Zustand sind, sind die Transistoren Q^ und Qj, leitend, so daß ihre Kollektor-Gleichströme I_Q über die Widerstände R₁ und R₂ fließen,

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die am Anschluß 6^ und 6₂ abgenommene Gleichspannung nimmt daher den Wert gemäß Fig. 5E an.

Selbst wenn die Kollektoren der Transistoren Q-, und Q₁. nicht mit den Kollektoren der Transistoren Q₁ und Q₂ verbunden sind, wie im Falle der Fig. 3» können die Ausgangs-Gleichspannungswerte wie im Falle der Fig. 3 einander gleichgemacht werden (wie dies in Fig. 5D dargestellt ist), indem die an den Anschlüssen 6^ und 6p der Schaltung gemäß Fig. 1 gewonnenen Ausgangssignale den Basen der Transistoren Y- und Y₂ zugeführt werden, die einen Differentialverstärker bilden (vgl. Fig. H).

Im Beispiel der Fig. 3 sind zwei Paare von Transistoren Q₁, Qp und Q-Z, Qh vorgesehen; der dritte und vierte Transistor Q.,, Qjj kann jedoch entfallen.

Wird die Frequenz des sinusförmigen Steuersignales Ik gleich der des Eingangssignales S₁ gewählt, und befindet sich das Eingangssignal S₁ in Phase mit dem Steuersignal 14, so sind der erste und zweite Transistor Q₁ und Q₂ in der negativen Halbwelle des Eingangssignales S₁ leitend, was in Fig. 6C durch die Schraffur angedeutet ist. Infolgedessen ist der mittlere Wert des in dieser Zeit über den Lastwiderstand R₁ fließenden Stromes ein Minimum.

Besitzt das Eingangssignal S₁ gegenüber dem Steuersignal 1*1 eine Phasen voreilung von 90° (vgl. Fig. 6D), so sind der erste und zweite Transistor Q₁ und Q₂ in der vom positiven bis zum negativen Scheitelwert des Eingangssignales S₁ reichenden Halbwelle leitend. Demgemäß ist der mittlere Wert des während dieser Zeit über den Lastwiderstand R₁ fließenden Stromes gleich Null.

Eilt das Eingangssignal S₁ gegenüber dem Steuersignal 1*J um l80° voraus (wie in Flg. 6E dargestellt), so sind der erste und zweite Transistor Q₁ und Q₂ in der positiven Halbwelle des

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Eingangssignales S₁ leitend, so daß der mittlere Wert des über den Lastwiderstand R₁ fließenden Signalstromes ein Maximum wird.

Nimmt man daher das Ausgangssignal vom Ausgangsanschluß O₁ über einen Tiefpaßfilter auf, so wird vom Filter eine Ausgangsspannung proportional zur Phasendifferenz zwischen dem Eingangssignal S₁ und dem sinusförmigen Steuersignal Ik gewonnen. Ist das Eingangssignal S₁ ein moduliertes Signal derselben Frequenz, so kann daher ein demoduliertes Ausgangssignal gewonnen und damit eine sogenannte synchrone Gleichrichtung erreicht werden.

Die erfindungsgemäße Transistorschaltung eignet sich daher | als Farbdemodulatorkreis für Farbfernsehempfänger. In einem solchen Falle wird den Eingangsanschlüssen ein zusammengesetzter Farbsignal-Subträger zugeführt, der aus Färb-Subträgern von 3,58 MHz besteht, die durch I- und Q-Signale moduliert und gegeneinander um 90 phasenverschoben sind; Bezugssignale von 3*58 MHz, die jeweils in Phase mit den Färb-Subträgern sind, werden als Steuersignal zugeführt, womit man die jeweiligen Farbsignalkomponenten erhält.

Fig. 7 zeigt eine andere Abwandlung der erfindungsgemäßen Trans is tor schaltung in Anwendung auf einen Farbdemodulatorkreis ·; Mit den Bezugszeichen 15R und 15B sind jeweils die Farbdemodulatorkreise zur Erzeugung von Rot- und Blau-Farbdifferenzsignalen ™ R-Y und B-Y bezeichnet. Diese Schaltungen sind mit der Schaltung gemäß Fig. 3 identisch, wobei entsprechende Elemente mit den- . selben Bezugszeichen unter Hinzufügung eines R bzw. eines B bezeichnet sind, je nach dem, ob es sich um die Elemente des Rot- oder des Blau-Farbdemodulatorkreises 15R bzw.l5B handelt. Den Eingangsanschlüssen 5-ro und 5j_B der Demodulatorkreise 15R und 15B wird jeweils ein Farb-Subträgersignal zugeführt, das aus Subträgern von 3,58 MHz besteht, die um 90° gegeneinander phasenverschoben sind und jeweils durch das rote bzw. blaue Farbdiffer-enzsignal R-Y und B-Y amplitudenmoduliert sind. Den

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anderen Eingangsanschlüssen 5pj? ^un<^ 5₂r ^^er Schaltungen 15R und 15B wird ein Signal zugeführt, das dem Parb-Subträgersignal in der Phase entgegengesetzt ist.

Ein Steuersignal-Eingangsanschluß 7R des Rotfarbe-Demodulatorkreises 15R wird mit einem Bezugssignal von 3,58 MHz gespeist, das in Phase mit dem durch das Rotfarbe-Differenzsignal R-Y modulierten Subträger ist. Ein Steuersignaleingangsansehluß 7B des Blaufarbe-Demodulatorkreises 15B wird mit einem Bezugssignal von 3j58 MHz gespeist, das in Phase mit dem durch das Blaufarbe-Differenzsignal B-Y modulierten Subträger ist. Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, wird das Rotfarbe-Differenzsignal R-Y über einen Tiefpaßfilter 17R vom Kreis 15R abgenommen. Erforderlichenfalls kann noch ein in Emitter-Folgeschaltung angeordneter Verstärkungstransistor 16R Verwendung finden.

Das Blaufarbe-Differenzsignal B-Y wird von der Schaltung 15B gewonnen, indem das Ausgangssignal am Anschluß 6_lß einem Tiefpaßfilter 17B zugeführt wird. Erforderlichenfalls kann noch ein in Emitterfolgeschaltung angeordneter Verstärkungstransistor 16B vorgesehen werden.

Durch einen gleichartigen Farbdemodulatorkreis kann auch noch ein Grünfarbe-Differenzsignal G-Y erzeugt werden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird jedoch das Grünfarbe-Differenzsignal G-Y aus dem Rotfarbe- und dem Blaufarbe-Differenzsignal R-Y bzw. B-Y gewonnen. Zu diesem Zweck sind die Basen der Transistoren 18R und 18B in einer Matrixschaltung miteinander verbunden und an die Anschlüsse 6pr> und β^η der Demodulatorkreise 15R und 15B angeschlossen. Der Verbindungspunkt der Widerstände I9 und 20 ist an einen Tiefpaßfilter 17G angeschlossen, erforderlichenfalls über einen in Emitterfolgeschaltung angeordneten Verstärkungstransistor I6G. Die Widerstandswerte der Widerstände 19 und 20 sind so bestimmt, daß sie das Grünfarbe-Differenzsignal Q-Y liefern, das aus den im richtigen Verhältnis addierten Rotfarbe- und Blaufarbe-Differenzsig-

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nalen R-Y und B-Y besteht.

Ein Konstantspannungskreis 21 liefert eine fest Vorspannung

an die Basis der Transistoren Xj_Rj X₂R ^{und x}ib» ^X2B> ^{die als} Konstantstromquellen für die Demodulatorkreise 15R und 15B dienen. Der Konstantspannungskreis 21 enthält zur Temperaturkompensation eine an die Basis eines in Emitterfolgeschaltung angeordneten Transistors 22 angeschlossene Diode 23·

Die Erfindung eignet sich nicht nur für R-Y, G-Y und B-Y Demodulationssysteme, sondern auch für I, Q und X, Z Demodulationssysteme. .

Bei den vorstehend erläuterten Ausführungsbeispielen sind die Emitter des ersten und zweiten Transistors Q₁ und Q₂ über einen Widerstand miteinander verbunden; sie können jedoch auch über andere Impedanzen verbunden oder direkt kurzgeschlossen sein. Die Konstantstromquellen brauchen nicht aus Transistoren zu bestehen, sondern können beispielsweise durch große Widerstände gebildet werden.

Bei den erläuterten Ausführungsbeispielen wurden npn-Transistoren verwendet; stattdessen können auch pnp-Transistoren benutzt werden. Es können weiterhin auch Feldeffekttransistoren eingesetzt werden, die in grundsätzlich gleicher Weise geschaltet werden, wobei jeweils statt Basis, Emitter und Kollektor der npn- oder pnp-Transistoren die Torelektrode, die "source"-Elektrode bzw. die "drain"-Elektrode des Feldeffekttransistors gesetzt werden.

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Claims

Patentansprüche

rn) Transistorschaltung mit einem Paar von Transistoren, die je eine erste, zweite und dritte Elektrode besitzen, ferner mit Schaltungselementen zur Zuführung eines Eingangssignales zu wenigstens einer der ersten Elektroden, mit Schaltungselementen zur Abnahme eines Ausgangssignales von wenigstens einem der zweiten Elektroden, mit Kopplungselementen zwischen den dritten Elektroden sowie mit einer an wenigstens eine der dritten Elektroden angeschlossene Konstantstromquelle, dadurch gekennzeichnet, daß mit wenigstens P einem der Transistoren des Paares Steuerschaltelemente zur Steuerung des Leitfähigkeitszustandes dieses Transistors verbunden sind.
2.) Transistorschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste, zweite und dritte Elektrode die Basis, der Kollektor und der Emitter sind.
3.) Transistorschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste, zweite und dritte Elektrode die Basis, der Emitter und der Kollektor sind.
fc 4.) Transistorschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an die zweite Elektrode eine Spannungsquelle angeschlossen ist und daß die Schaltungselemente zur Abnahme eines Ausgangssignales ein Impedanzelement enthalten, das zwischen die zweite Elektrode und die Spannungsquelle geschaltet ist.
5.) Transistorschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstantstromquelle wenigstens einen Transistor mit fester Vorspannung enthält.
6.) Transistorschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu den Steuerelementen wenigstens ein dritter Tran-

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sistor gehört, der eine erste, zweit3 und dritte Elektrode besitzt, wobei die zweite und dritte Elektrode des dritten Transistors mit der zweiten und dritten Elektrode eines der Transistoren des Transistorpaares verbunden ist und die erste Elektrode des dritten Transistors mit einem Steuersignal.versorgt wird. .
7.) Transistorschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekenniizeichnet, daß zu den Steuerschaltelementen ein zweites Paar von Transistoren gehört, deren Kollektoren mit den Kollektoren des ersten Transistorpaares verbunden sind und deren Basen an einen Steuersignal-Eingangsanschluß angeschlossen sind.
8.) Transistorschaltung nach Anspruch 2,. dadurch gekennzeichnet, daß zu den Steuerschaltelementen ein zweites Transistorpaar gehört , deren Kollektoren mit einer Stromquelle verbunden sind, deren Emitter an die Emitter des ersten Transistorpaares angeschlossen sind und deren Basen zur Bildung eines Steuersignal-Eingangsanschlusses miteinander verbunden sind.
9.) Transistorschältung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Transistor eines weiteren, in Form eines Differentialverstärkers geschalteten Transistorpaares zwischen die Ausgangsanschlüsse geschaltet ist, wobei die Eingänge dieses weiteren Transistorpaares mit den Ausgangsanschlüssen verbunden sind.
10.) Farbdemodulatorsehaltung mi ti einem Transistorpaar, einer Konstantstromquelle, die an eine Elektrode jedes Transistors angeschlossen ist, ferner mit Kopplungselementen zwischen dieser Elektrode jedes der Transistoren, dadurch gekennzeichnet, daß Schalttransistoren parallel zu jedem Transistor dieses Transistorpaares angeordnet sind, daß weiterhin Schaltungselemente vorgesehen sind, die einen Farb-Subträger den Eingängen des Transistorpaares zuführen, weiterhin Schaltungselemente, die ein Bezugs-Oszillatorsignal einem Eingang der Steuertransistoren zuführen.

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11.) Transistorschaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß Schaltungselemente vorgesehen sind, welche die Farb-Subträger in entgegengesetzter Phasenlage den jeweiligen Eingängen der Transistorpaare zuführen.

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