DE2209771A1 - Integrierte Schwellenschaltung - Google Patents

Description

Dipl.-tng. ERICH E. V/ALTHER ^J¥/^RJ

Akte: PHN- 5474
Anmeldung vom« 28. Febr. 1972

"Integrierte Schwellenschaltung".

Die Erfindung bezieht sich auf eine integrierte Schwellenschaltung für eine automatische Verstärkungsregelungsschaltung eines Fernsehempfängers .

Die Erfindung bezweckt, eine Schwellenschaltung zu schaffen, die eine im allgemeinen für integrierte Verstärkungsregelungen erforderliche minimale Anzahl Ausführungspunkte hat, einen gegenüber der Speisespannung grossen Ausgangsspannungsbereich aufweist und zwei Ausgangsspannungen geben kann, die aneinander anschliessende Regelbereiche

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mindestens zweier Empfängerstufen mit einem gut definierten Übergang zwischen diesen Regelbereichen versorgen können.

Eine erfindungsgemässe integrierte Schwellenschaltung weist daher das Kennzeichen auf, dass diese einen ersten Transistor enthält, dessen Basis der Eingang der Schwellenschaltung ist, dessen Emitter mit der Parallelschaltung einer Diode und eines Basis-Emitterüberganges eines zweiten Transistors verbunden ist, und wobei der Kollektor des ersten Transistors gleichstrommässig mit einem ersten Anschlusspunkt der integrierten Schaltung zur Lieferung einer Regelspannung für einen Teil des Fernsehempfängers verbunden ist, und wobei der Kollektor des zweiten Transistors gleichstrommässig mit einem zweiten Anschlusspunkt der integrierten Schaltung zur Lieferung einer Regelspannung für einen anderen Teil eines Fernsehempfängers gekoppelt ist.

Durch Verwendung der parallel zum Basis-Emitterübergang des zweiten Transistors liegenden Diode ist erreicht, dass ein zusätzlicher Anschlusspunkt zur Einstellung eines geeigneten Ubernahmegebietes zwischen den Regelbereichen der beiden Teile überflüssig ist. Dieses Einstellen kannn nun dadurch erfolgen, dass am ersten Anschlusspunkt eine einstellbare oder angepasste Wiederstandsschaltung an-

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gebracht wird. Die Diode parallel zum Basis-Emitterübergang des zweiten Transistors dient dabei weiter dazu, das Gebiet, in dem der Schwellenwert liegen
soll, bei der Herstellung der integrierten Schaltung festzulegen.

Mit der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung ist es weiter durchaus möcligh, zwei Regelstufen mit etwa gleichem Eingangswiderstand zu regeln, wie dies in der Praxis meistens erforderlich ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden
näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 ein vereinfachtes Schaltbild einer erfindungsgemässen Schwellenschaltung,

Fig. 2 ein vereinfachtes Schaltbild einer erfindungsgemässen: Schwellenschaltung, mit der Regelspannungen unterschiedlichen Regeis und für unterschiedliche Regelanordnungen erhalten werden können.

In Fig. 1 hat eine integrierte Schwellenspannungsschaltung 1 einen ersten npn-Transistor 3» dessen Emitter mit einem Ende einer Parallelschaltung eines als Diode geschalteten pnp- Transistors 5 und des Basis-Emitterüberganges eines zweiten npn-Transistors 7 verbunden ist, von welcher Parallelschaltung das andere Endean einen Anschluss O einer Speisequelle gelegt ist.

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Der Kollektor des ersten Transistors 3 liegt an einem ersten Anschlusspunkt 9 der Schwellenschaltung 1. Dieser erste Anschlusspunkt 9 ist über einen Widerstand 11 an eine positive Speisespannung (+) gelegt und ist weiter mit einem Regelspannungseingang eines Zwischenfrequenzverstärkers 15 eines Fernsehempfängers verbunden. Die positive Speisespannung ist weiter an einen Anschluss 12 der integrierten Schaltung 1 gelegt wodurch beispielsweise etwaige andere mit der Schwellenschaltung integrierte Schaltungen gespeist werden können·

Der Kollektor des zweiten Transistors 7 liegt an einem zweiten Anschlusspunkti, 17 der Schwellenschaltung 1. Dieser zweite Anschlusspunkt 17 ist über einen Widertstand 19 an die positive Speisespannung (+) gelegt lind weiter mit einem Regeleingang 21 eines Hochfrequent teils 23 des Fernsehempfängers verbunden.

Der Hochfrequenzteil 23 erhält über einen Eingang 25 ein Fernsehsignal, das in ein Zwischenfrequenz signal umgewandelt wird. Dieses Zwischenfrequenz signal wird durch den Zwischenfrequenzverstärker 15 verstärkt, detektiert und mit Hilfe eines automatischen Regelspannungssignaldetektors 27 abermals detektiert und in eine Regelspannung umgewandelt, die der Basis des ersten Transistors 3 zugeführt wird.

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Bei Empfang eines 'Fernsehsignals geringer Stärke am Eingang 25 gibt der Regelspannungssignaldetektor 27 eine derartige Spannung ab, dass der erste Transistor 3 und auch, der zweite Transistor 7 voll ausgesteuert sind, (Sättigungszustand) und die Ausgangsspannungen an den ersten und zweiten Anschlusspunkten 9 bzw. 17 niedrig sind, wodurch die Verstärkungen des Hochfrequenz- und Zwischenfrequenz teils 23 bzw. 15 maximal sind.

Nimmt die Signalstärke am Eingang 25 zu, so sinkt die Spannung an der Basis der ersten Transistors 3· Dieser erste Transistor 3 wird bei einem bestimmten Signalwert nicht mehr voll ausgesteuert und der Kollektorstrom nimmt ab, wodurch die Ausgangsspannung am ersten Anschlusspunkt 9 zunimmt und die Verstärkung des Zwischenfrequenzteils 15 verringert. Der Strom durch den Transistor 3 geht weiter durch die Parallelschaltung der Diode 5 und des Basis-Emitterüberganges des zweiten Transistors 7· Der zweite Transistor 7 bleibt weiterhin noch voll ausgesteuert. Zwar geht ein Teil dieses Stromes durch die Diode 5 aber der restliche Teil reicht noch aus um den zweiten Transistor 7 voll auszusteuern.

Der Widerstand 11 und das Verhältnis zwischen den Oberflächen der Diodenelektroden und der

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Basis-Emitterelektroden des zweiten Transistors 7 sind derart gewählt worden, dass erst, wenn der Kollektorstrom am ersten Transistor bis auf etwa weniger als 15 bis 20% seines Wertes bei voller Aussteuerung gesunken ist, der Strom durch den zweiten Transistor 7 klein genug wird, um die Aussteuerung desselben weniger als vollständig zu machen (aus dem Sättigungszustand kommen zu lassen), wodurch auf die Kollektorspannung des zweiten Transistors bei weiterer Abnahme der Spannung an der Basis des ersten Transistors 3 ansteigen wird. Die Kollektorspannung des ersten Transistor 3 kann dann nur wenig ansteigen, so dass die Regelung des Zwischenfrequenzteils 15 praktisch aufhört und die Regelung des Empfängers durch den Hochfrequenzteil 21 übernommen wird.

Die Regelspannung, die den Anschlüssen 9 und 17 entnommen wird, weist eine gegenüber der Speisespannung grosse Änderung auf, weil bei Vollaussteuerung der Transistoren 3 und 7 die Spannung daran fast Null ist und im gesperrten Zustand der Transistoren 3 und 7 der Speisespannung entsprechen kann.

Weil die Regelung des Hochfrequenzteils, wie dies obenstehend beschrieben worden ist, unter einem bestimmten Wert des Kollektorstromes durch den ersten Transistor 3 anfängt, ist mit der Wahl

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des Wertes des Widerstandes 11 der Spannungswert zu wählen, der zu diesem Kollektorstrom gehört und dadurch ist dieser Spannungswert an den Regelbereich des Zwischenfrequenzteils 15 anzupassen. Dadurch kann eine sehr definierte Übernahme der Regelung durch den Hochfrequenzteil 23 erzielt werden. Der Widerstand 11 kann völlig oder' teilweise ausserhalb der integrierten Schaltung 1 angebracht sein und kann gewünschtenfalls von einem einstellbaren Typ sein. Weil der Widerstand 11 zwischen einem Speisepunkt und dem ersten Anschlusspunkt 9 liegt, braucht dazu kein zusätzlicher Anschlusspunkt der Schaltungsanordnung vorhanden zu sein. Für ein in vielen Fällen brauchbares Stromverhältnis durch die Diode 5 und den Basis-Emitterübergang des zweiten Transistors 7 ist etwa ein Sechstel des Stromverstärkungsfaktor des zweiten Transistors 7 ein günstigert Wert. Wie in der Zeichnung dargestellt ist, wird die Diode 5 in einer integrierten Schaltung im allgemeinen ein als Diode geschalteter Transistor sein. Das gewünschte Stromverhältnis wird dann auf einfache Weise durch die Wahl des Verhältnisses der Basis-Emitteroberfläche des zweiten Transistors 7 zu der des als Diode geschalteten Transistors 5 erreicht, welches Verhältnis im betreffenden Fall etwa sechs sein muss. Bekanntlich darf man voraussetzen, dass

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das Verhältnis zwischen den Basis-Emitterübergangsoberflächen des zweiten Transistors 7 und des als Diode geschalteten Transistors 5 den Stromverstärkungsfaktor der Kombination bedeutet.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 2. weicht von der nach Fig. 1 in den nachfolgenden Punkten ab.

Der zweite Transistor 7 der Schwellenschaltung 1 und der als Diode geschaltete Transistor 5 sind nun in einem anderen Verhältnis bemessen und dienen als Invertierschaltung um eine andere Richtung der RegelSpannungsänderung am zweiten Anschlusspunkt 17 zu erhalten. Der Kollektor des zweiten Transistors ist deswegen über einen Widerstand 21 mit dem Speisepunkt 12 verbunden und liegt weiter an der Verbindung des Kollektors und der Basis eines als zweite Diode 23 geschal*·

teten npn-Transistors und an der Basis eines dritten npn-Transistors 25, dessen Kollektor am zweiten Anschlusspunkt 17 liegt.

Vom Hochfrequenzteil 11 wird nun vorausgesetzt, dass er vom Typ ist, der eine in entgegengesetzter Richtung fliessende Regelspannung gegenüber der nach Fig. 1 braucht.

Die Wirkungsweise der Invertierschaltung ist wie folgt. Der Strom im Emitterkreis des ersten

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Transistors 3 wird mit einem Verstärkungsfaktor, der beispielsweise praktisch eins ist, auf den Kollektorkreis des zweiten Transistors 7 übertragen. Das Verhältnis der Oberfläche des Basis-Emitterüberganges des zweiten Transistors 7 zu der des Basis-Emitterüberganges der Diode 5 ist in diesem Fall also praktisch eins gewählt. Der Widerstand 21 in der Kollektorleitung des zweiten Transistors 7 wird derart gewählt, dass beim gesperrten Zustand des zweiten Transistors 7 der Strom durch den dritten Transistor 25 gross genug ist um diesen vollauszusteuern. Die Spannungen an den Kollektorelektroden der Transistoren 7 und 25 ändern sich dann gerade entgegengesetzt .

Wird das Verhältnis der Oberfläche des Basis-Emitterüberganges des dritten Transistors 25 ¹^u dem des als Diode geschalteten Transistors 23 wieder dem gewünschten Verhältnis der Aussteuerungswerte des ersten Transistors zum Auftreten des maximalen Stromes und des Stromes, bei dem die Schwelle in der Regelung des Hochfrequenzteils 23 überschritten wird, also beispielsweise etwa sechs, gemacht, so wird dieselbe Regelung erhalten wie in dem Fall aus Fig. 1, in dem Sinne, dass die Regelspannung am zweiten Anschlusspunkt 17 nun in entgegengesetztem Sinne also von Maximum nach Minimum ändert bei einem

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abnehmenden Wert der Spannung an der Basis des ersten Transistors 3» nachdem die Spannung am ersten Anschlusspunkt 9 einen weiter durch den Widerstand 11 bestimmten Wert überschritten hat.

Obschon obenstehend für die üblichsten Belastungen durch die Regeleingänge 13 und 21 der Empfängerteile 15 und 23 günstige Werte der Oberflächenverhältnisse angegeben sind, dürfte es einleuchten, dass diese anders gewählt werden können, ohne dass vom Wesentlichen der Erfindung abgewichen wird.

Statt des Widerstandes 11 kann auch der Eingangswiderstand der Regeleingänge 13 an das gewünschte Ubernahmegebiet angepasst werden.

Die Regelsteilheiten der an die Anschlusspunkte angeschlossenen Teile 25 und 23 zusammen mit der Schwellenschaltung können gewünschtenfalls auch durch eine andere Wahl der Oberflächenverhältnisse und/oder Belastungswiderstände als die obenstehende angepasst werden.

Es ist weiter möglich, die Schaltungsanordnung aus Fig. 1 mit der aus Fig. 2 zu kombinieren und zwar durch Parallelschaltung der mit dem Emitter des ersten Transistors 3 verbundenen Eingänge der in den beidem Figuren unterschiedlichen weiteren Schaltungsanordnungen, wobei dann Regelspannungen, die unterhalb eines Schwellenwertes der Eingangsspannung

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im negativen Sinne sowie Regelspannungen, die sich in positivem Sinne ändern, erhalten werden können.

Es dürfte weiter einleuchten, dass obschon in diesen Beispielen npn-Transistorsn als die zur Zeit üblichsten Transistoren für integrierte Schaltungen verwendet worden sind, gewünschtenfalls auch Transistoren eines anderen Typs verwendbar sind. Die Wahl der unterschiedlichen Grossen der Schaltung aus Fig. 2 wird an Hand einer Berechnung erläutert.

Folgendes wird vorausgesztet. i. = der Eingangsstrom der Schwellenschaltung, also der Strom zur Basis des ersten Transistors 3»

I₁ = der Kollektorstrom des ersten Transistors 3» der dem Eingangsstrom der Diode-Transistorkombination 5i7 praktisch entspricht.
i„ = der Strom durch den Widerstand 21,

i = der Kollektorstrom des zweiten Tran-^C2

sistors 7i

i = der Strom zur Diode-Basiskombination

am Eingang des dritten Transistors 25, i = der Strom durch den Widerstand 19» V 1 die Speisespannung,
B₁ = die Stromverstärkung des ersten Tran-

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sistors 3f

B st die Stromverstärkung der Diode-Transistorkombination 5» 7»

B s die Stromverstärkung der zweiten

Diode-Transistorkombination 23, 25,

V, = die Basis-Emitterspannung des zwei^be2

ten Transistors 7 '3

V, = die Basis-Emitterspannung des dritten

Transistors 25, V_Q = die Spannung am Anschlusspunkt 9»

V = die Kollektorspannung des zweiten ^C2

Transistors 7»

V₁₇ = die Spannung am Anschlusspunkt 17· Weiter wird vorausgesetzt, dass der Kollektorstrom der Transistoren dem Emitterstom derselben praktisch entspricht.

Nun ist i, = B'i.
1 1 in

Also V₉ = V - B₁I_1nR₁₁.

Weiter ist i = B_oB,i.
C₂ 2 1 in

^V * ^Vbe

Daraus folgt: i, = —= - B₀B₄i. .

3 21 2 1 in

^V~^Vbe

Nun ist i„ = B„i, = B„ -B^B-B₁I. 3 3 b„ 3 Rp-i 3 2 1 in

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Und V₁₇ = V-B,

Mit O^V₁₇^V^₉^ Wenn der erste Transistor 3 gerade aus der Vollaussteurrung kommt, gilt:

Für den entsprechenden Stromwert i. des Eingangs-

ⁱⁿ1 stromes gilt dann:

V-V,
^be2

Wenn der dritte Transistor 25 gerade in den leitenden Zustand gelangt, gilt:

V - V

V₁₇ - ν
Also dann ist:

Vorausgesetzt wird nun, dass das Verhältnis zwischen den Stromwerten i. und i. , wobei die Regelspannungsbereiche an den beiden Ausgängen 9 und 17 anfangen, gleich ρ ist.
Dann ist

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^±ln1 ^B2^B1^R21 ^(V"^Vbe3^} „ ^R21 ._Ί

P = T = g-D _v__v = ^B2 R weil

¹In₂ ^ΰ1^Κ11 ^be₂ ^{2 R}11

^Vbe R

R = 1 - Oder B = jr-i-ί ( 1)

= 1 - Oder B j be

Damit V₁- von O bis V laufen kann, muss weiter im Ausdruck

■ ^v -^E3

^V ~^Bo _12 ^J

O sein ^{ü seln}·

Das heissi: R . ^ ^B3^Rio i²)

Zum Beispiel

R₂₁ = B₃R₁₉ p, R₁₁ und R₁Q liegen praktisch fest durch die

Anforderungen, welche die weitere Regelschaltung stellt.

Frei wählbar sind nun entweder B_ oder B₂ oder aber R₂₁, damit die Bedingungen (1) und (2) erfüllt werden.

Zur Erhaltung eines günstigen Verhältnisses der Ströme und Widertandswerte in der Schwellenschal-

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tung wird B_ = 1 gewählt.

Zur Erfüllung der Bedingung (1) wird dann:

— = ρ oder R₂₁ = p&^

und zur Erfüllung der Bedingung (2) für einen gros sen Regelbereich wird dann zugleich:

Also P^₁₁ ^j ^B3^R19 ^{ztun Beis}P^iel = ^B3^R19 und weil in der Praxis meistens R₁₁ = R_1Q ist, wird

z.B. B„ = p,

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Claims (1)

1. PHN

   Patentansprüche:

   (Ij Integrierte Schwellenschaltung für eine automatische Verstärkungsregelun&s&chaltung eines. Fernsehempfängers , dadurch gekennzeichnet, dass diese einen ersten Transistor enthält, dessen Basis der Eingang der Schwellenschaltung ist, dessen Emitter mit der Parallelschaltung einer Diode und eines
   Basis-Emitterüberganges eines zweiten Transistors verbunden ist, wobei der Kollektor des ersten Transistors gleichstrommässig mit einem ersten Anschlusspunkt der integrierten Schaltung zur Lieferung einer Regelspannung für einen Teil des Fernsehempfängers verbunden ist und wobei der Kollektor des zweiten Transistors gleichstrommässig mit einem zweiten
   Anschlusspunkt der integrierten Schaltung zur Lieferung einer Regelspannung für einen anderen Teil eines Fernsehempfängers gekoppelt ist.
   2. Integrierte Schwellenschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kollektor des zweiten Transistors mit dem zweiten Anschlusspunkt verbunden ist.

   3· Integrierte Schwellenschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kollektor des zweiten Transistors mit einem Widerstand nach einem Speisepunkt und mit einer Parallelschaltung einer zweiten Diode und eines Basis-Emitterüberganges

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   PHN

   eines dritten Transistors verbunden ist, von welchem dritten Transistor der Kollektor mit dem zweiten Anschlusspunkt gleichstrommässig verbunden ist. h. Integrierte Schwellenschaltung nach Anspruch 2, wobei die Diode ein Transistor ist, dessen Basis und dessen Kollektor miteinander und der Basis des zweiten Transistors verbunden sind, und dessen Emitter mit dem Emitter des zweiten Transistors verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen der Oberfläche des Basis-Emitterüberganges des zweiten Transistors und der des Basis-Emitterüberganges des als Diode geschalteten Transistors, welches Verhältnis dem Verhältnis zwischen dem Strom durch den zweiten Transistor in teilweise ausgesteuertem Zustand und dem zugehörAnden Strom durch den ersten Transistor in teilweise ausgesteuertem Zustand entspricht, zwischen vier und zehn liegt. 5. Integrierte Schwellenschaltung nach Anspruch 3, wobei die genannten Dioden Transistoren sind, deren Basis- und Kollektorelektroden miteinander und mit der Basis des parallelgeschalteten Basis-Emitterüberganges verbunden sind, während die Emitterelektroden der als Dioden geschalteten Transistoren mit dem Emitter dee parallelgeschalteten Basis-Emitterüberganges verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen <ä*»r Oberfläche des Basis-

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   PHN

   Emitteruberganges des zweiten Transistors und der des Basis-Emitterüberganges des als Diode ihm parallelgeschalteten Transistors praktisch gleich eins ist
   und das Verhältnis zwischen der Oberfläche des Basis-Emitterüberganges des dritten Transistors und der des Basis-Emitterüberganges des als zweite Diode ihm
   parallelgeschalteten Transistors einem zwischen vier
   und zehn liegenden Wert praktisch entspricht.

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