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"Schaltungsanordnung fur ein Fernseh- oder Rundfunkempfangsgerät
zum Durchschalten der Abstimmspannung" Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung
für ein Fernseh- oder Rundfunkempfangsgerät zum Durchschalten der Abstimmspannung
von einem auf einen Sender voreingestellten Abstimspotentiometer auf das Abstimmelement
mit einem Schalter, der bei Betätigung der Bedienungseinrichtung anspricht.
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Derartige Schaltungsanordnungen sind aus der "Runktechnik", 1971,
Nr. 9, S. 330, 332 und 333 bekannt. Insbesondere Bild 4 auf der Seite 330 zeigt
das Prinzip. Von der Bedienungseinrichtung her, also z.B. von den sogenannten Sensorflächen
her, wird ein Impuls an einen elektronischen Schalter gegeben, der das betreffende
bzw. ihm zugeordnete
voreingestellte Abstimmpotentiometer mit dem
zugeordneten Abstimmelement, z.B. der Kapazitätsdiode, verbindet. Es hat sich erwiesen,
daß die Verstimmung der Kapazitätsdioden schon bei Spannungsänderungen in Größenordnung
von 1OmV ausreicht, um den voreingestellten Sender unzulässig weit zu verstimmen
(z.B. bei UHF ergibt sich max 20 MHz/V).
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Die bekannte Schaltung aus der "Punktechnik" benutzt diskrete Bauteile.
Es wird hierbei die 30 V-Spannung an das gewünschte voreingestellte Abstimmpotentiometer
durch einen elektronischen Schalter geschaltet (Querstrom-Umschalter). Es sind dann
Entkopplungsdioden erforderlich (D 1001 und D 1002 in Bild 4), damit nicht die anderen,
nicht gewünschten Abstimmpotentiometer die Abstimmspannung belasten oder sogar kurzschließen.
Um eine durch diese Dioden entstehende Temperaturdrift zu verringern, ist zur Kompensation
eine weitere Diode (D 1007) im gemeinsamen Fußpunkt der Potentiometer erforderlich.
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Diese Schaltung gibt es auch als integrierte Schaltung (z.B. Siemens
SAS 560). Die Entkopplungsdioden sind aber in Jedem Falle als diskrete Bauteile
erforderlich, da anderenfalls für je vier Programme mehr als sechzehn Anschlüsse
am IC vorgesehen werden müßten. Der wesentliche Nachteil einer solchen Lösung ist
die nicht vollkommen mögliche Temperaturkompensation der Abstimmspannung, so daß
sich eine viel zu große Temperaturdrift ergibt und im Fernsehempfänger automatische
Frequenznachstimmung erforderlich wird (AFC).
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Andererseits sollten wegen der erheblichen Fabrikations-(Lohn-) Kosten
jegliche diskreten und zusätzlich erforderlichen Bauteile vermieden werden.
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Um diese Nachteile zu vermeiden, wurde eine elektronische Schaltung
entwickelt, die im Gegensatz zur oben beschriebenen Schaltung, die jeweils von den
Abstimmpotentiometern kommende, voreingestellten Spannungen an die Schaltereingänge
gibt und die dann nur die ausgewählte bzw. gewünschte
an den Schalterausgang
und damit an die Abstimmdiode des Kanalwählers legt. Es handelt sich dabei also
um einen sogenannten schwebenden Schalter (floating switch) für ein analoges Signal
(= Abstimmspannung), im folgenden kurz als Anal-ogschalter bezeichnet.
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Ein Analogschalter ist im Prinzip bekannt und wird mit diskreten Bauteilen
angewendet (siehe "Funkschau" Heft 17/1971, S. 531 bis 534). Damit ergibt sich eine
Drift der Abstimmspannung von noch 0,6 mV/OC. Es wurde auch eine entsprechende Schaltung
bekannt, die integriert ist (SN 29710 N und SN 29711 N bzw. eine neuere Lösung SN
16798/799 von Texas Instr. Corp.). Diese ergeben eine Drift von 0,3 mV/OC.
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Für einen Analogschalter ergibt sich zunächst das Problem, daß ein
Schalttransistor oder eine Schaltdiode Strom benötigen wenn sie eingeschaltet sind.
Dieser Strom wird dann dem Abstimmpotentiometer am Schleifer entnommen und verfälscht
je nach seiner Größe die Abstimmspannung. Da es sich bei den Abstimmpotentiometern
um 100 kft Jt -Potentiometer handelt - niederohmigere würden die stabilisierte 30
Spannung zu sehr belasten, da für acht Programme acht Potentiometer parallel gespeist
werden - ergibt sich ein Quellwiderstand von max. 25 klL am Abgriff der Potentiometer.
Der den Potentiometern entnommene Strom, der bei Halbleiterschaltungen auch temperaturabhängig
ist, z.B. wegen der Temperaturåbhängigkeit der Stromverstärkung, sollte also kleiner
als 1 /uA sein, so daß bei Temperaturänderung von z.B. 500C eine Stromänderung von
weniger als 0,1 /uA möglich wird. Eine Stromänderung von 0,1 /uA ergibt dann bei
25 kJt eine Änderung der Abstimmspannung von 2,5 mV, das wäre dann 0,05 mV/°C.
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In der diskreten Schaltung in Bild 3 "Funktechnik" liegt über den
Schleifer des Abstimmpotentiometers der Emitterstrom der Schalttransistoren. Es
fließen dann j nach Abstimmspannung ein Basisstrom von z.B. O ... 30 /uÄ (über den
1
MIt -Basisvorwiderstand) und dazu ein Kollektorstrom, den der nachgeschaltete Impedanzwandler
benötigt. Die Summe gibt also einen beachtlichen Emitterstrom von unter Umständen
größer als 30 /uA! Die Aufgabe nach der Erfindung bestand also darin, einen elektronischen
Schalter zu schaffen, der nicht nur einfach herstellbar sein soll, sondern auch
die Durchschaltung der Abstimmspannung ohne Belastung des Gleichstromkreises durchführt,
d.h. jeglichen Strom von der Verbindungsleitung gegen das gemeinsame Massepotential
oder gegen die gemeinsame Betriebsgleichspannung soweit wie möglich vermeidet, und
selbst auch temperaturkompensiert ist.
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nach der Erfindung Zur Lösung dieser Aufgabe wird/bei der eiDgangs
genannten Schaltungsanordnung zwischen jedem Schalter und dem zugeordneten Abstimmpotentiometer
ein temperaturkompensierter aus Halbleiterbauelementen bestehender Impedanewandler
angeordnet, und der Schalter besteht in an sich bekannter Weise aus temperaturkompensierten
Halbleiterelementen. Weiterhin können die Halbleiterbauelemente des Impedanzwandlers
derartig angeordnet und ausgebildet sein, daß sie gleichzeitig als Schalter dienen.
Auch kann der Impedanzwandler in einer Schaltung als Operationsverstärker mit Gegenkopplung
vom Ausgang zum Eingang ausgebildet sein. Außerdem kann das Eingangssignal vom Abstimmpotentiometer
an die Basis eines ersten Transistors geführt sein, dessen Emitter mit dem Emitter
eines zweiten Transistors, dessen Basis mit dem Ausgang A verbunden ist, und mit
dem Kollektor eines dritten Transistors, dessen Basis mit dem Eingang für das von
der Bedienungseinrichtung herkommende Signal verbunden ist und der Emitter des ersten
und zweiten Transistors über einen Stromgenerator, z.B. Mehrkollektortransistor,mit
der gemeinsamen Versorgungsspannung, daß der Kollektor des ersten Transistors mit
dem Kollektor eines vierten Transistors verbunden ist, dessen Emitter an Masse liegt,
dessen Kollektorbasisstrecke überbrückt ist und dessen Basis mit der Basis
eines
fünften Transistors verbunden ist, dessen Emitter ebenfalls an Masse liegt und dessen
Kollektor mit dem Kollektor des zweiten Transistors und der Basis eines sechsten
Transistors verbunden ist und daß der Kollektor des sechsten Transistors an Masse
liegt und dessen Emitter mit der Basis des zweiten Transistors und damit mit dem
Ausgang A verbunden ist und daß ferner der Emitter des dritten Transistors an Masse
liegt.
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Durch die Ausbildung der oben genannten Schaltungsanordnung in der
IC-Technik ist es möglich, weiterhin eine Versorgungsgleichspannung von 30 V zu
verwenden und ein sehr kleines Bauteil zu schaffen.
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In der Schaltungsanordnung nach der Erfindung wird also zunächst ein
Impedanzwandler hinter das Abstimmpotentiometer geschaltet. Dieser wird mit einem
so kleinen Emitterstrom betrieben, daß ein Basisstrom von weniger als 1 /uA am Eingang
des Impedanzwandlers benötigt wird, so daß also die am Abstimmpotentiqmeter eingestellte
Abstimmspannung mit weniger als 1 XuA belastet wird.
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Um eine gute Temperaturkompensation der Basis-Emitter-Spannungen des
Impedanzwandlers zu erzielen, wurde dieser als Differenzverstärker geschaltet, dessen
zweiter Eingang, der hier mit dem Ausgang des Impedanzwandlers identisch -ist, durch
eine Regelschaltung (bzw. Gegenkopplung) so nachgesteuert wird, daß sich in beiden
Transistoren des Differenzverstärkers ein annähernd gleicher Strom einstellt. Dies
ist Vorbedingung für eine gute Temperaturkompensation der Basis-Emitterspannungen.
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Ein derartiger Impedanzwandler ist im Prinzip an sich auch bekannt.
Die oben genannten Vorteile werden jedoch durch die Zwischenschaltung dieses Impedanzwandlers
zwischen den eigentlichen Transistorschalter und das Abstimmpotentiometer erreichbar.
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Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen dargestellt und werden
nachfolgend näher beschrieben.
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Es zeigen Fig. 1 die Schaltungsanordnung im Prinzip, Fig. 2 ein mögliches
Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung nach der Erfindung, bei dem der Impedanzwandler
und der Schalter aus getrennten Transistoren bestehen.
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Fig. 3 ein mögliches Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung nach
der Erfindung, bei dem der Impedanzwandler derartig angeordnet und ausgebildet ist,
daß er gleichzeitig als elektronischer Schalter wirkt.
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Fig. 1 zeigt bei 1 ein Abstimmpotentiometer, das zwischen dem gemeinsamen
Massepotential und einer Betriebsspannung von z.B. +30 V eingeschaltet ist. Dieses
Abstimmpotentiometer 1 ist über einen Schalter 2 mit dem Ausgang A verbunden, der
die Gleichspannung an die Kapazitätsdiode 3 liefert. Parallel zum Abstimmpotentiometer
1 liegt das Abstimmpotentiometer 4 für einen anderen Sender. Es ist auf einen anderen
Gleichspannungswert eingestellt und kann über den Schalter 5 ebenfalls mit dem Ausgang
A verbunden werden, wobei die Schaltungsanordnung derart getroffen ist, daß jeweils
nur ein Abstimmpotentiometer mit dem gemeinsamen Ausgang A und damit mit der Kapazitätsdiode
3 verbunden ist.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Ausbildung der Schalter
2 bzw. 5, und diese Erfindung besteht darin, daß in dem nachfolgend beschriebenen
Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 zwischen den Schaltern 2, 5 usw. der beschriebene
Impedanzwandler 6 bzw. 7 usw. eingeschaltet ist. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig.
3 ist der Schalter jeweils mit dem Impedanzwandler zu einer Einheit zusammengefaßt.
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In Fig. 2 ist mit 8 der Punkt bezeichnet, der in Fig. 1 dem Abgriff
des Potentiometers entspricht, und dort ebenfalls mit 8 bezeichnet ist. Weitere
Versorgungsspannungen sind bei
9 der gemeinsame Masseanschluß, bei
10 eine Spannung von +30 V und bei 11 eine Spannung von +12 V. Der Ausgang der Abstimmspannung
ist wie in fig. 1 mit A bezeichnet. Bei 12 wird die Spannung angelegt, wenn der
Schalter T7 / T8 gesperrt werden soll.
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Der Impedanzwandler nach der Erfindung besteht aus den Transistoren
T1 T2 T32 T4, T5 und I6 der elektronische Schalter aus den Transistoren T7 und T8.
T9 ist ein Schalttransistor, der entsprechend angesteuert leitend wird und den Analogschalter
T7 und T8 sperrt. Die anderen eingezeichneten Transistoren dienen der Stromversorgung.
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In Fig. 3 ist ebenfalls mit 8 der Eingang bezeichnet, während die
Ausgangsspannung wieder bei A erscheint. Bei 10 liegt wieder eine gemeinsame Gleichspannung
von +30 V, bei 9 wieder der gemeinsame Masseanschluß. An 12 wird die Spannung von
der Bedienungseinrichtung her geschaltet und 11 wird extern mit dem Anschluß A verbunden,
um einen Strom von z.B.
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100 µA in den Impedanzwandlerausgang einzuspeisen.
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Der Impedanzwandler und auch der elektronische Scbalter bestehen aus
den Transistoren T20, 21 222 23 T24. 25 ist (entsprechend T9 in Bild 2) der Schalttransistor,
der den elektronischen Schalter steuert. Die übrige gezeichnete Schaltung dient
der Betriebsspannungsversorgung.
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Die Wirkungsweise der SchaltBngsanordnung ist wie folgt: Der Impedanzwandler
besteht im wesentlichen aus einem Differenzverstärker (T1 und T2 in Fig. 2 bzw.
T20, 221 in Fig. 3), einem Stromspiegel (23, T4 und T5 in Fig. 2 bzw.
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T22, T23 in Fig. 3) und einem Emitterfolger (T6 in Fig. 2 bzw. T24
in Fig. 3).
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Der Emitterfolger besorgt die eigentliche Impedanzwandlung, während
der Differenzverstärker und der Stromspiegel für
die UBE - und die
Temperaturkompensation sorgen.
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Der Differenzverstärker (T20, T21 in Fig. 3) gibt Kollektorströme
entsprechend der Differenz der Basisspannungen ab.
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Für gleiche Kollektorströme muß diese Differenz = Null sein.
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Der Stromspiegel (T22, T23 in Fig. 3) liefert am Kollektor von T23
immer den gleichen Strom, der in den Kollektor von T22 als Referenz hineingeschickt
wird. Der Kollektorstrom, den hier z.B. T20 liefert, teilt sich dann so auf, daß
z.B.
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bei einer Stromverstärkung von ß = 98 der Transistoren T22 und T23,
98 % des Stromes in den Kollektor T22 fließen und je 1 % in die Basis von T22 und
T23. Da die Basis-Emitter-Spannung von T22 und T23 gleich ist, fließen auch die
gleichen Kollektorströme in T22 und T23 (bei gleicher Transistorgeometrie bzw. Größe).
Der Kollektorstrom von T23 liefert also dann 98 ffi des aus T20 fließenden Kollektorstromes
und dies fast unabhängig von der Eollektorspannung, also als Stromgenerator.
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Die Gegenkopplung über den Transistor T24 auf die Basis T21 bewirkt
nun, daß die Basis T21 so nachgesteuert wird, daß die Kollektorströme von T23 und
T21 abzgl. den Basisstrom von T24 gleich groß sind. Dann sind also wegen des Stromspiegels
auch die Kollektorströme von T20 und T21 gleich groß und die UBE-Werte von T20 und
T21 kompensieren sich vollkommen! Die Temperaturdrift wird dann minimal.
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Dies steht im Gegensatz zu einem einfachen Emitterfolger, dem zur
UBE-Kompensation eine Diode vor die Basis geschaltet wurde. Dann fließen im allgemeinen
verschiedene Ströme durch die vorgeschaltete Kompensationsdiode und die Basis-Emitter-Diode
und die Kompensation ist nicht vollkommen.
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Der Stromspiegel in Fig. 2 mit T3, T4 und T5 hat im Prinzip die gleichen
Eigenschaften wie der in Fig. 3 (T22, T23),d.h., der aus dem Kollektor T1 fließende
Strom wird hier gegen die positive Batteriespannung gespiegelt und fließt aus dem
Kollektor
T5 mit nahezu gleicher Größe wieder heraus. Diese Schaltung ist mit drei Transistoren
aufgebaut, da die lateralen pnp-Transistoren nur eine geringe Stromverstärkung ß
aufweisen, die etwa zwischen zwei und fünfzehn liegt. Es ergibt sich dann einebessere
Annäherung der Größe des gespiegelten Stromes zu der des hineinfließenden Referenzstromes,
d.h. der Fehler des -Stromspiegels wird dann kleiner.
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Der eigentliche Analogschalter ist in Fig. 2 hinter dem Impedanzwandler
angeordnet (T7 und T8). Dies ist erforderlich, da T1 und T2 nur eine Basis-Emitter-Sperrspannung
von etwa 6 Vvertragen, die umzuschaltende Abstimmung aber zwischen 1 und 28 V betragen
kann. Dieser Dransistorschalter arbeitet so, daß im eingeschalteten Zustand ein
Basisstrom von etwa 10 /uA von dem Stromgenerator T10 geliefert wird. Diese 10 /uA
fließen also unabhängig von der Eollektor-Emitter-Spannung des Transistors T10,
sie sind nur abhängig von dessen Basis-Emitter-Spannung. Die 10 /uA verteilen sich
über zwei gleiche Basisvorwiderstände auf die beiden gegeneinander geschalteten
Schalttransistoren T7 und T8 und steuern diese in den leitenden Zustand. Für eine
vollkommene Kompensation der beiden Kollektor Emitter-Spannungen von T7 und T8 sind
diese gegeneinander geschaltet und damit beide Kollektor-Emitter-Spannungen gleich
groß sind, werden auch annähernd gleiche Ströme durch T7 und T8 geschickt. Dazu
wird vom Stromgenerator T11 ein doppelt so großer Strom zuzüglich den Basisstrom
aus T10 in die Emitter von T7 und T8 eingespeist, wie von dem Stromgenerator T12
am Ausgang gezogen wird. So fließen z.B. aus T10 RO/uA, aus T11 210 /uX und aus
T12 100 /uA. Dann bleiben noch 100 /uA als Differenz, die dann über 17 fließen und
dem Impedanzwandler entnommen werden, also dem Emitter von T6. T7 und T8 führen
also gleiche Ströme von jeweils 100 /uA, die Uc°Werte sind dann gleich.
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und kompensieren sich.
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Soll der beschriebene Analogschalter gesperrt werden, so wird der
Schalttransistor T9 leitend gesteuert, so daß sein
Kollektor nahezu
Nullpotential führt. Dann liegen auch die Basen von T7 und T8 nahezu auf Nullpotential
(Masse) und sind gesperrt. Der Kollektorstrom von T10 (10 /uA) fließt dann in den
Kollektor von Tg. . Am Kollektor des Transistors T7 liegt dann zwar weiterhin die
vom Impedanzwandler gelieferte Abstimmspannung des dazugehörigen Abstimmpotentiometers.
Diese kann aber nicht mehr an den Ausgang A gelangen.
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Der Stromgenerator T12 am Ausgang A ist nur einmal für alle Analogschalter
vorhanden und zieht seinen Strom nur aus dem einen, jeweils eingeschalteten Analogschalter.
Dies gilt auch für Fig. 3. Der Stromgenerator zieht nur einmal Strom vom Anschluß
über die Verbindung nach A. Der Stromgenerator am Ausgang ist erforderlich, um z.B.
einen an den Ausgang geschalteten Siebkondensator von z.B. 0,5 /uF zur Siebung von
möglichen, eingestreuten Brumm- und Störspannungen in einer Zeit von weniger als
01 Sekunde auf die jeweils eingestellte Abstimmspannung nach einer Umschaltung umzuladen.
Bei einer Umschaltung von 1 V auf 28 V ergeben sich somit z.B. bei 0,5 /uF und 100
/uA eine Umladezeit von 135 ms. Die Umladung selbst erfolgt vollkommen linear mit
einer Geschwindigkeit von 200 V/Sek. , da am Ausgang eine Konstant-Stromquelle von
hier 100 /uA (T12 in Fig. 2, in Fig. 3) zieht.
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In Fig. 3 übernimmt der Impedanzwandler auch die Aufgabe des Analogschalters.
Soll dieser gesperrt werden, so wird hier T25 leitend gesteuert und die 10 /uA aus
dem Stromgenerator T26 werden von T25 übernommen. Der Kollektor von T25 und damit
auch die Emitter der beiden pnp-Transistoren T20 und T21 werden auf nahezu Nullpotential
gezogen. Damit sperren T20 und T21. Am Eingang 8 bleibt die jeweils eingestellte
Spannung des zugeordneten Abstimmpotentiometers stehen und an den Ausgang A gelangt
die Abstimmspannung eines anderen, jetzt eingeschalteten Analogschalters.
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PATENTANSPRÜCHE: