DE2343565C3 - Einrichtung zur Erzeugung und Steuerung von zwei gleichpoligen, gegenläufig zueinander variierbaren Ausgangsgleichspannungen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Erzeugung und Steuerung von zwei gleichpoligen, gegenläufig zueinander variierbaren Ausgangsgleichspannungen.

Solche Einrichtungen werden beispielsweise in Stereo-Anlagen dazu verwendet, um die Lautstärke auszugleichen bzw. einzustellen. Dabei werden mittels einer zugeführten Eingangsspannung die beiden Ausgangsspannungen gegenläufig zueinander geändert, so daß die Eingangsspannung eines Lautsprechers ansteigt, während die des anderen Lautsprechers gleichzeitig

abnimmt.

Bisher wurde diese Koppelung zwischen der Eingangsspannung und den Ausgangsspannungen im wesentlichen auf mechanischem Wege durchgeführt, wobei z. B. variable Widerstände eingesetzt werden mußten. Wegen der dabei erforderlichen mechanischen Kontakte traten jedoch häufig Störungen auf.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der angegebenen Gattung zu schaffen, ίο bei der keine mechanischen Kontakte erforderlich sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs \ aufgeführten Merkmale gelöst.

Wenn bei der Einrichtung gemäß der Erfindung das < >s Steuerpotential des Feldeffekttransistors erhöht wird, wobei sich gleichzeitig der nichtpolarisierte Kondensator auflädt, so nimmt das Potential an der Ausgangsklemme des pnp-Transistors zu, während das Potential an der Ausgangsklemme des npn-Transistors abnimmt Wenn das Steuerpotential des Feldeffekttransistors verringert wird, ändern sich die Potentiale an den leweiligen Ausgangsklemmen in der umgekehrten Richtune Dadurch führt also eine kontinuierliche Änderung des Ladungszustandes des nichtpolarisierten Kondensators zu einer kontinuierlichen Änderung der Spannung, die an den beiden Ausgangsklemmen auftritt. Es ergibt sich also eine einfache und weitgehend störungsfrei arbeitende Einrichtung, die sich auf vielen Gebieten einsetzen läßt. Da die beiden Ausgangsspannungen mit großer Genauigkeit gegenläufig zueinander variiert werden, lassen sich beispielsweise die Lautstarkepegel von zwei Lautsprechern sehr exakt einstellen bzw abgleichen. Außerdem können die beiden Ausgangsspannungen mit beliebiger zeitlicher Eintei hing Lf einem bestimmten Wert gehalten werden. Und schließlich lassen sich die Ausgangsspannungen in einem verhältnismäßig großen Bere.ch beliebig vanie-

^reiAus der Zeitschrift »radio mentor«, 1970, Heft 7, Seiten 475 476 ist eine Einrichtung zur Ultraschall-Fernbedienung mit elektronischer Einstellung bekannt. _s bei der ein MOS-Feldeffekttransistor mit semer Senke über einen ersten Widerstand an ein Gleichspannungspotential, mit seiner Quelle über einen zweiten Widerstand an Erde und mit seiner Steuerelektrode an einen nichtpolarisierten Kondensator, der mit seinem anderen Anschluß mit Erde verbunden ist und dessen jeweilige Ladespannung die Ausgangsspannung an dem zweiten Widerstand bestimmt, und an einen dritter, Widerstand angeschlossen ist, an den zur Veränderung der Ladespannung des Kondensators wahlweise eine ^ gegenüber Erde positive oder negative Gleichspannung anlegbar ist Die bei dieser Schaltung ferner vorgesehene von der Spannung an dem zweiten Widerstand gesteuerte npn-Ausgangstransistor dient nicht zur Erzeugung einer variablen Ausgangsspannung, sondern arbeitet als gesteuerter Spannungsteiler für ein Signal.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig 1 den Schaltungsaufbau einer Einrichtung zur Erzeugung und Steuerung von zwei gegenläufig zueinander variierbaren Ausgangsspannungen nach einer Ausführungsform der Erfindung,

F i g 2 ein Diagramm, in dem die Beziehung zwischen der Spannungsänderung und den Steuerspannungen eines MOS-Feldeffekttransistors an den Punkten A und β von F ig. 1 dargestellt ist,

F i g 3 ein Diagramm mit einer Kennlinie eines pnp-Transistors, wobei der Kollektorstrom über dem Basisstrom aufgetragen ist,

F i g. 4 ein Diagramm einer Kennlinie eines npn-Transistors, wobei der Kollektorstrom über dem Basisstrom aufgetragen ist, und

F i g. 5 ein Diagramm, in dem die Spannungsanderung dargestellt ist, die an den Ausgangsklemmen auftritt, wenn die Sieuerspannung des MOS-Feldeffekttransistors bei der Schaltung nach F i g. 1 variiert wird.

In F i g. 1 sind bei 1 und 2 zwei Pole dargestellt, die mit einer zegenüber Erde postiv gepolten Gleichspannungsquelle oder mit einer gegenüber Erde nagativ gepolten Gleichspannungsquelle (die beiden Gleichspannungsquellen sind nicht dargestellt) verbunden sind. Mit 3 ist ein Schaltkontakt bezeichnet, der wahlweise mit den obenerwähnten Polen 1 und 2 verbunden

werden kann, also entweder an den Pol 1 oder 2 angeschlossen oder von ihnen getrennt ist. Ein Eingangswiderstand 4 ist zwischen dem Schaltkontakt 3 und der Steuerelektrode eines MOS-Feldeffekttransistors 5 vorgesehen. Ein Anschluß eines nichtpolarisier- s ten Kondensators 6 mit der Kapazität C ist mit der Steuerelektrode des MOS-Feldeffektiransistors 5 verbunden, während sein anderer Anschluß mit Erde verbunden ist Ein erster, als Entladewiderstand dienender Widerstand 7 ist zwischen ein Gleichspan- ,₀ nungspotential + V_D und die Senke des MOS-Feldeffekttransistors 5 geschaltet: ein zweiter, als Ausgangswiderstand dienender Widerstand 8 ist zwischen die Quelle des MOS-Feldeffekttransistors 5 und Erde geschaltet Die Basis eines npn-Transistors 9 ist über einen Widerstand 10 mit der Quelle des MOS-Feldeffekttransistors 5 verbunden, während sein Kollektor über einen Widerstand 11 an das Gleichspannungspotential + V_D angeschlossen und sein Emitter geerdet ist. Die Basis eines pnp-Transistors 12 ist über einen Widerstand 13 mit der Senke des MOS-Feldeffekttransistors 5 verbunden, während sein Emitter an das Gleichspannungspotential + Vd angeschlossen und sein Kollektor über einen Widerstand 14 geerdet ist Eine Ausgangsklemme 15 befindet sich auf der Kollektorseite des npn-Transistors 9, während sich eine Ausgangsklemme 16 auf der Kollektorseite des pnp-Transistors 12 befindet.

Wenn beim Betrieb der MOS-Feldeffekttransistor 5 im gesperrten Zustand bleibt, entspricht das Potential am Punkt A auf der Senkenseite des MOS-Feldeffekttransistors 5 dem Gleichspannungspotential + Va da durch den ersten Widerstand 7 kein Strom fließt. Andererseits ist das Potential am Punkt B auf der Quellenseite des MOS-Feldeffekuransistors 5 Null, weil ^ durch den zweiten Widerstand 8 kein Strom fließt.

Wenn anschließend der Schaltkontakt 3 mit dem Pol 1 der gegenüber Erde positiv gepolten Gleichspannungsquelle verbunden und dem Schaltkreis so die Spannung + V, zugeführt wird, dann wird der nichtpolarisierte Kondensator 6 durch den dritten Widerstand 4 aufgeladen. Wenn der nichtpolarisierte Kondensator 6 aufgeladen wird, d. h., wenn die Spannung der Steuerelektrode des MOS-Feldeffekttransistors 5 zunimmt, dann fließt der Strom von der Senkenseite des MOS-Feldeffekttransistors 5 zu seiner Quellenseite, und zwar entsprechend der erzeugten Steuerspannung. Aufgrund des von dem Stromfluß durch den ersten Widerstand 7 verursachten Spannungsabfalles nimmt das Potential am Punkt A auf der Senkenseite das MOS-Feldeffekttransistors 5 ab und sinkt unter das Gleichspannungspotential + Vd. Aufgrund des Stromflusses durch den zweiten Widerstand 8 nimmt inzwischen das Potential an dem Punkt B auf der Quellenseite des MOS-Feldeffekttransistors 5 von Null ss aus zu und wird auf einen höheren Wert angehoben. Wenn der Schaltkontakt 3 unter dieser Bedingung bei beliebiger zeitlicher Einteilung abgeschaltet wird, dann wird der Stromfluß durch den Widerstand unterbrc chen, so daß die bis dahin in dem nichtpolarisierten ho Kondensator 6 angesammelten elektronen Ladungen konstant bleiben. Mit anderen Worten hält man also die Potentialdifferenz zwischen den Punkten A und B auf einem konstanten Wert.

Wenn anschließend der Schaltkontakt 3 zu dem hs negativen Pol 2 umgeschaltet wird, so daß eine Spannung - V, auf den Stromkreis gegeben wird, dann sinkt die elektrische Ladung des nichtpolarisierten Kondensators 6 ab, d. h, die Spannung an der Steuerelektrode des MOS-Feldeffekitransistors 5 wird niedriger, während der Strom so weit zunimmt, bis der MOS-Feldeffekttransistor 5 in den gesperrten Zustand gebracht wird. Dadurch steigt das Potential am Punkt A bis auf den Wert des Gleichspannungspotentials + V_u an, während das Potential an dem Punkt B auf das Null-Potential absinkt. Wenn bei einer beliebigen zeitlichen Einteilung während des oben angegeben Ablaufs der Schaltkontakt 3 abgeschaltet wird, so werden die Potentiale an den Punkten Λ und B auf bestimmten Werten gehalten, und zwar entsprechend den so erzeugten, an den Ausgangsklemmen auftretenden Ausgangsspannungen.

Daraus ergibt sich, daß der Senkenstrom des MOS-Feldeffekttransistors auf einen Wert gebracht werden kann, der zwischen dem Wert für den gesperrten Zustand und dem Wert für den gesättigten Zustand des MOS-Feldeffekttransistors 5 liegt, indem eine Spannung + V₁ oder — V, an den Schaltkontakt 3 angelegt oder der Schaltkontakt 3 abgeschaltet wird Nimmt man an, daß die Widerstandswerte der Widerstände 7 und 8 gleich sind und mit R₇ bzw. R* bezeichnet werden, und nimmt man weiter an, daß der innere Widerstand (r) gleich r<RT = Rn ist, wenn zwischen der Senke und der Quelle des MOS-Feldeffekttransistors 5 Sättigung herrscht, dann können die Spannung Va an dem Punkt A auf der Senkenseite des MOS-Feldeffekttransistors 5 und die Spannung V₁, an dem Punkt B auf seiner Quellenseite durch die folgenden Gleichungen ausgedrückt werden, wobei vorausgesetzt ist, daß sich der MOS-Feldeffekttransistor 5 im Sättigungszustand befindet:

V-V- ^RlVP.- V - ^R*^V<>.

^A ~ " ~ "R₇'Tr+"R₈" ' ^B ~ R₁ + r + Rk "

folgt:

^Ri^VJ> _ 3jL^VJ> ₌ ^VJ> R₁ + 1 f R₈ R₁ + r + R_H ' 2

V\ und Vß können sich also in dem oben angegebenen Bereich ändern. F i g. 2 zeigt hierfür die Beziehung zwischen V₄ und Vb und der Steuer- oder Torspannung an der Steuerelektrode des MOS-Feldeffekttransistors 5. Hierbei nimmt die Spannung V_A ab, wenn die Spannung an der Steuerelektrode zunimmt, während die Spannung Vadamit zunimmt.

Die oben erläuterten Spannungen V_A und V« weiden dann auf die Basen des pnp-Transistors 12 bzw. des npn-Transistors 9 gegeben. Die Fig.3 und 4 zeigen Kennlinien des pnp-Transistors 12 bzw. des npn-Transistors 9, wobei jeweils der Kollektorstrom über dem Basisstrom aufgetragen ist. Wenn der MOS-Feldeffekttransistors 5 im gesperrten Zustand ist, ist die Spannung Va am Punkt A + V_a während die Spannung V₀ am Punkt ßauf dem Nullpotential ist. Zu diesem Zeitpunkt erfolgt kein Stromfluß durch den Widerstand 14, da sich das Potential am Emitter des pnp-Transistors 12 auf dem gleichen rege! wie seine Basis befindet, so daß kein Strom fließen kann. Andererseits fließt auch kein Strom durch den Widerstand 11, da sich das Potential an dem Emitter des npn-Transistors 9 auf dem gleichen Pegel

wie seine Basis befindet, so daß auch hier kein Strom fließen kann; daraus ergibt sich, daß das Potential an der Ausgangsklemme 15 + Vd ist

Wenn als nächstes die Spannung an der Steuerelektrode des MOS-Feldeffekttransistors 5 erhöht wird, sinkt die Spannung Va, während die Spannung Ve zunimmt. Dadurch entsteht ein niedrigeres Basispotential an dem pnp-Transistor 12, so daß ein Strom durch den Emitter und die Basis fließt Dadurch fließt wiederum ein Strom durch den Widerstand 14, und das Potential Vo t an der Ausgangsklemme 16 nimmt zu. Die Zunahme der Spannung Vß hat eine Erhöhung der

Basisspannung des npn-Transistors 9 zur Folge, so daß ein Strom durch seinen Emitter und seine Basis fließen kann. Außerdem kann dadurch ein Strom durch den Widerstand 11 fließen, so daß das Potential Vo 2 an der Ausgangsklemme 15 abnimmt. Dabei gilt noch folgendes: wenn der Widerstand 13 und der Widerstand 10 so eingestellt werden, daß der pnp-Transistor 12 und der npn-Transistor 9 gesättigt sind, wenn der MOS-Feldef fekttransistor 5 gesättigt ist, so haben die Potentiale Vo \ und Vo 2 an den Ausgangsklemmen 15 und 16 der Verlauf, wie er in F i g. 5 dargestellt ist.

Hierzu 2 Blatt Zc ich nun cc η

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Erzeugung und Steuerung von zwei gleichpoligen, gegenläufig zueinander variierbaren Ausgangsgleichspannungen, dadurch gekennzeichnet, daß ein MOS-Feldeffekttransistor (5) mit seiner Senke über einen ersten Widerstand (7) an ein Gleichspannungspotential, mit seiner Quelle über einen zweiten Widerstand (8) an ι Erde und mit seiner Steuerelektrode an einen nichtpolarisierten Kondensator (6), der mit seinem anderen Anschluß mit Erde verbunden ist und dessen jeweilige Ladespannung die beiden Ausgangsspannungen (Vo i, Vo 2) der Einrichtung bestimmt, und an einen dritten Widerstand (4) angeschlossen ist, an den zur Veränderung der Ladespannung des Kondensators wahlweise ein gegenüber Erde positive oder negative Gleichspannung anlegbar ist, daß ein in Emitter-Schaltung betriebener pnp-Transistor (12) mit seiner Basis an die Senke des MOS-Feldeffekttransistors (5) und ein in Emitter-Schaltung betriebener npn-Transistor (9) mit seiner Basis an die Quelle des MOS-Feldeffekttransistors (5) angeschlossen ist und daß an die Kollektoren der beiden Transistoren (12, 9) Ausgangsklemmen (16,15) für die beiden Ausgangsspannungen (Vo 1, Vo 2) angeschlossen sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Widerstand (4) mit seinem anderen Anschluß an einen Schaltkontakt (3) angeschlossen ist, der wahlweise mit dem Pol (1) einer gegenüber Erde positiv gepolten Gleichspannungsquelle oder mit dem Pol (2) einer gegenüber Erde negativ gepolten Gleichspannungsquelle verbindbar ist.