DE2445116B2 - Einrichtung zur aenderung einer ausgangsspannung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Änderung einer Ausgangsspannung in einem begrenz- do ten Bereich gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs I.

Aus der DT-AS 17 63 459 ist eine Einrichtung zum Ändern einer Ausgangsgleichspannung in einem begrenzten Bereich bekannt, die eine Neonlampe, von welcher ein Anschluß mit einem Schaltungspunkt für ds gegensinnig gepolte, abwechselnd anlegbare Gleichspannungen verbunden ist, einen MOS-Feldeffekttransistor. dessen Steuerelektrode mit dem zweiten Anschluß der Neonlarnpe verbunden ist, einen nichtpolarisierlen Kondensator, der zwischen die Steuerelektrode des MOS-Feldeffekttransistors und Erde geschaltet ist, einen Ausgangswiderstand, der zwischen die Quellenelektrode des MOS-Feldeffekttransistors und Erde geschaltet ist, eine erste Diode, deren Anode mit dem Schaltungspunkt für die beiden abwechselnd anlegbaren Gleichspannungen verbunden ist, und eine zweite Diode aufweist, deren Katode mit der Anode der ersten Diode verbunden ist. Eine solche Einrichtung wird zur Fernsteuerung mit Wechselspannungssignalen unterschiedlicher Frequenz verwendet. Dabei besteht die Gefahr, daß der nichtpolarisierte Kondensator auf eine Spannung aufgeladen wird, welche den MOS-Feldeffekttransistor in einen Bereich steuern würde, wo der Betrieb schwierig oder gar unmöglich wird. Um dies zu verhindern, ist bei der bekannten Einrichtung ein aus zwei Dioden bestehender Spannungsbegrenzer zur Begrenzung positiver und negativer Überspannung des der Neonlampe zugeführten Signals vorgesehen. Dadurch wird die Größe der am nichtpolarisierten Kondensator auftretenden Spannung begrenzt, und der MOS-Feldeffekttransistor kann nicht in einen ungünstigen Betriebsbereich gesteuert werden.

Es ist weiterhin eine Einrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 vorgeschlagen (DT-OS 23 63 313) worden, bei der die beiden Halbleiterschalter zwei gesteuerte Siliziumgleichrichter sind. Da für das Einschalten der gesteuerten Siliziumgleichrichter kurze Impulse genügen, kann es jedoch zu Störungen kommen, weil die gesteuerten Siliziumgleichrichter auch durch Rauschimpulse betätigt werden können.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Änderung einer Ausgangsspannung in einem begrenzten Bereich der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der eine unerwünschte Auslösung der die Begrenzung bewirkenden Halbleiterschalter durch Rauschimpulse nicht möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Durch die Erfindung können die beiden Halbleiterschalter nicht durch Rauschimpulse betätigt werden, da als Halbleiterschalter Transistoren verwendet sind und diese nur dann betätigt werden, wenn und solange ein Eingangssignal zugeführt wird. Selbst wenn an den Eingang der Einrichtung eine hohe Eingangsspannung angelegt wird, die unter Umständen zur raschen Ladung und Entladung des Kondensators erforderlich sein kann, lädt bzw. entlädt sich der Kondensator nur bis auf einen derartigen Wert, daß die Ausgangsspannung des MOS-Feldeffekttransistors jeweils nur einen vorher festgelegten oberen und unteren Spannungswert erreicht. Dadurch wird also die Ausgangsspannung auf einen bestimmten Bereich begrenzt, während bei der Einrichtung nach der DT-AS 17 63 459 die Eingangsspannung begrenzt ist, um eine Steuerung des Feldeffekttransistors in einen Bereich zu verhindern, in dem der Betrieb des Systems schwierig oder gar unmöglich ist.

Es hat sich als zweckmäßig herausgestellt, wenn je eine weitere Neonlampe zwischen dem Transistor und der Diode in jeder Reihenschaltung angeordnet wird, so daß eine dieser Neonlampen gezündet wird, wenn die maximale Ausgangsspannung erreicht ist, während die andere Neonlampe gezündet wird, wenn die minimale Ausgangsspannung erreicht ist. Auf diese Weise läßt sich mittels dieser beiden Neonlampen anzeigen, ob die

Ausgangsspannung des MOS-Feldeffekttransistors an der oberen oder unteren Grenze liegt oder nicht.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es ieigen

F i g. 1 und 2 Schaltbilder einer ersten und zweiten Ausführungsform gemäß der Erfindung,

F i g. 3 eine Kurve, in welcher die Beziehung zwischen der Zeit (t) bei anliegender Eingangsspannung und der Ausgangsspaiinung CV₀) dargestellt ist, und

F i g. 4 ein Schaltbild einer dritten Ausführungsform der Erfindung.

In der folgenden Beschreibung sind gleiche bzw. einander entsprechende Teile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. In der in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsform der Erfindung ist entweder eine positive oder eine negative Spannungsquelle 20 oder 21 über einen einpoligen Umschalter 19 mit MHtenstellung an einen Eingangsanschluß 18 angeschlossen; die Eingangsspannung V, wird durch einen Spannungsteiler aus Widerständen 1 und 2 geteilt. Die Verbindung zwischen den Widerständen 1 und 2 ist über eine Neonlampe 3 und einen Eingangswiderstand 4 an die Steuerelektrode bzw. das Gate (im folgenden wird nur von Gate gesprochen) eines MOS-Feldeffekttransistors 6 angeschaltet. (In der folgenden Beschreibung wird nur noch von FET gesprochen.) Ein nichlpolarisierter Kondensator 5 ist zwischen das Gate des FETs 6 und Erde geschaltet, während ein AusgangswiderstanJ 7 zwischen die Quellenelektrode bzw. die Source (im folgenden wird nur noch von Source gesprochen) des FETs 6 und Erde geschaltet ist, wobei die Spannung an dem Ausgangswiderstand 7 die Ausgangsspannung Vo ist. Die Spannung + V» ist an die Senkenelektrode bzw. den Drain (im folgenden wird nur noch von Drain gesprochen) des FETs 6 angelegt.

Die Kathode bzw. die Anode von Dioden 8 und 10 sind mit der von der Verbindung mit dem Widerstand 1 entfernt liegenden Seite des Widerstands 2 verbunden; die Anode bzw. die Kathode der Dioden 8 und 10 sind mit den Kollektoren eines PNP-Transistors 9 bzw. eines NPN-Transistors 11 verbunden. Die Basen der beiden Transistoren 9 und 11 sind über einen Steuerwiderstand 12 mit der Source des FETs 6 verbunden. In dieser Ausführungsform sind die Emitterspannangen der Transistoren 9 und 11 so gewählt, daß sie der folgenden Beziehung genügen: Vi > V₂, wobei Vi und V₂ die an den Emittern der Transistoren 11 bzw. 9 angelegten Spannungen sind.

Die in Fig.2 dargestellte, zweite Ausführungsform wird als Lautstärkeregelschaltung verwendet und weist im wesentlichen den gleichen Aufbau wie die vorbeschriebene Ausführungsform auf, außer daß der Ausgangsanschluß der zweiten Ausführungsform mit dem Steueranschluß eines Differentialverstärkers DA verbunden ist, so daß der über den Differentialv°rstärker DA fließende Tonsignalstrom / entsprechend der Ausgangsspannung V₀ geändert werden kann, wie nachstehend im einzelnen noch beschrieben wird.

Nachfolgend wird nunmehr anhand der Fig. 1 bis 3 die Arbeitsweise der vorbeschriebenen Schaltungen beschrieben. Wenn die Ausgangsspannung V₀ der folgenden Beziehung Vi > V_o> V₂ genügt, dann fließen keine Basisströme in die und aus den Transistoren 9 und 11, so daß sie abgeschaltet bleiben. Wenn die positive Eingangsspannung V, höher ist als das Zündpoteniial der Neonlampe 3, läßt sich die Spannung V an der Verbindung zwischen den Widerständen 1 und 2 durch

folgende Gleichung wiedergeben:

V =
¹ R

R₁ + R₂ + R₇ ''' ~ ^r"

wobei R\ und R₂ die Widerstandswerte der Widerstände 1 bzw. 2 und /?rder Widerstandswert der Transistoren 9 und 11 sind, wenn beide abgeschaltet sind, wobei dann folgende Beziehung gilt: Rt> R\ und Ri.

Hierdurch wird dann die Neonlampe 3 eingeschaltet, und der Strom fließt über den Eingangswiderstand 4 und lädt den Kondensator 5 auf, so daß die Spannung am Gate des FETs 6 ansteigt; infolgedessen nimmt auch die Ausgangsspannung V₀ zu. Wenn die Eingangsspannung V, auf Null abgefallen ist, wird die Neonlampe 3 wieder abgeschaltet, und die Spannung an dem Kondensator 5 bleibt unverändert, so daß die Ausgangsspannung V₀ konstant gehalten werden kann.

Wenn die positive Eingangsspannung angelegt ist, wird die Ausgangsspannung V₀ höher als die Emitterspannung Vi, so daß der Transistor 11 eingeschaltet wird. In diesem Fall ist dann die Spannung V, an der Verbindung zwischen den Widerständen 1 und 2 gegeben durch die Gleichung:

V = —-^ ^
¹ R₁+R₂ +

^R2 . y

R₁ + Ri

wobei Rf der Widerstandswert ist, wenn die Widerstände 9 und 11 angeschaltet sind, wobei dann Rf < Ri und /?2gilt.

In diesen Ausführungsformen sind die Widerstandswerte der Widerstände 1 und 2 so gewählt, daß die Spannung Vf kleiner ist als das Zündpotential der Neonlampe 3. Selbst wenn die Eingangsspannung erhöht wird, ist die Spannung V₁' immer kleiner als das Zündpotential der Neonlampe 3, so daß die Spannung an dem Kondensator 5 einen vorbestimmten Pegel nicht überschreitet. Dies bedeutet, daß die Ausgangsspannung Vo ebenfalls einen vorbestimmten Pegel nicht übersteigt.

Wenn andererseits die negative Eingangsspannung V₁ an den Eingangsanschluß 18 angelegt wird, wird die Neonlampe 3 angeschaltet oder unter der folgenden Bedingung leitend: Vi > V₀ > V₂, so daß sich der Kondensator 5 entlädt, was zu einer Abnahme an der Ausgangsspannung V₀ führt. Wenn der Schalter 19 ausgeschaltet wird, verbleibt die Ausgangsspannung Vo auf einem konstanten Pegel. Wenn die negative Eingangsspannung V, erhöht wird, dann wird die Ausgangsspannung Vo kleiner als die Emitterspannung V₂. Folglich wird der Transistor 9 eingeschaltet, so daß die Neonlampe 3 abgeschaltet wird. Auf diese Weise kann eine übermäßige Entladung des Kondensators 5 verhindert werden. Dies bedeutet, die Ausgangsspannung V₀ sinkt nicht unter eir.on vorbestimmten Pegel. Auf diese Weise kann die Ausgangsspannung V₀ über einen begrenzten Bereich verändert werden, dessen Grenzen durch die Emitterspannungen Vi und V₂ festgelegt sind, wobei Vi > V'ist.

In der in Fig. 3 wiedergegebenen Kurve ist die Beziehung zwischen der Zeit (t) bei Anliegen einer Eingangsspannung und der Ausgangsspannung (Vo) der zweiten, in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform wiedergegeben. Hierbei ist aus der Kurve zu ersehen, daß, wenn die positive Eingangsspannung an den Eingangsanschluß 18 angelegt ist, die Ausgangsspannung Vo mit zunehmender Zeit zunimmt. Wenn

andererseits die negative Eingangsspannung angelegt ist, nimmt die Ausgangsspannung V₀ mit zunehmender Zeit (t) ab. Der Differentialverstärker DA wird entsprechend der Ausgangsspannung V₀ gesteuert, wodurch der Tonsignalstrom /gesteuert wird.

Wenn der Arbeitsbereich des Differentialverstärkers DA zwischen den Spannungen V\ und V₂ liegt, dann bleibt die Lautstärke auch dann unverändert, wenn die Ausgangsspannung Vo sich in F i g. 3 entlang der Linie a-m-b und der Linie c-n-d ändert. Wenn daher eine Begrenzerschaltung aus den Widerständen 9 und 11, den Dioden 8 und 10 sowie den Widerständen 2 und 12 (siehe Fig.2) nicht vorgesehen ist, ändert sich die Lautstärke überhaupt nicht, wenn die Ausgangsspannung Vo von dem Punkt e bis zu dem Punkt b abnimmt, selbst wenn die negative Eingangsspannung V₁-angelegt ist. wenn die Ausgangsspannung V_t. ist. Die Lautstärke wird nur geringer, wenn die Ausgangsspannung Vo unter den Punkt b abfällt. Das heißt, selbst wenn die Eingangsspannung angelegt ist, ändert sich die Lautstärke nicht, bis eine bestimmte Zeit verstrichen ist. Gemäß der Erfindung ist jedoch die Begrenzerschaltung zwischengeschaltet, so daß die maximale Ausgangsspannung die Emitterspannung Vi erreicht, während die minimale Ausgangsspannung die Emilterspannung V₂ erreicht. Das heißt, die Ausgangsspannung V₀ überschreitet nicht die Emitterspannung V₂ und nimmt nicht unter die Emitterspannung Vi ab. Infolgedessen kann die Lautstärke unmittelbar geändert werden, wenn die Eingangsspannung unabhängig von dem Pegel der Ausgangsspannung V₀ an den Eingangsanschluß angelegt wird.

Bei dem in F i g. 4 dargestellten Schaltbild der dritten Ausführungsform gemäß der Erfindung wird der Widerstandwert des Widerstands 1, dessen eine Seite mit dem Eingangsanschluß 18 verbunden ist, in Abhängigkeit von dem Zündpotential von Neonlampen bzw. -röhren 13 und 14 bestimmt. Die andere Seite des Widerstands 1 ist über einen Eingangswiderstand 2a und die Neonlampe 3 an das Gate des FETs 6 angeschaltet. Die Kollektoren der Transistoren 9 und 11 sind mit der Verbindung 22 zwischen dem Widerstand 1 und dem Eingangswiderstand 2a über die Neonlampcn 13 und 14 bzw. die Dioden 8 und 10 verbunden, durch welche ein sprunghafter nicht vorhersehbarer Betrieb infolge eines Stroms in Sperrichtung vermieden ist. Die Emitter der Transistoren 9 und 11 sind über einen Spannungsteiler aus Widerständen 15 bis 17 mit einer Spannungsquelle + Vn verbunden, so daß die Emitterspannungen V? und Vi an die Emitter der Transistoren 9 bzw. It angelegt werden können. Der zwischen dem Gate des FETs 6 und Erde geschaltete, nicht polarisierte Kondensator 5 lädt und entlädt sich über den Eingangswiderstand 2a, wenn die Neonlampe 3 leitend ist. Der Ausgangswiderstand 7 ist zwischen der Source des FETs 6 und Erde geschaltet, während die Spannung Vo an den Drain des FETs 6 angelegt ist. Die Ausgangsspannung V₀ wird an der Source des FETs 6 erhalten, welche mit den Basen der beiden Transistoren 9 und 11 über den Widerstand 12 verbunden ist, dessen Widerstandswert R\₂ so gewählt ist, daß er, um eine Änderung in der Ausgangsspannung Vo zu verhindern, der folgenden Beziehung genügt: /?i2 > /?7, wobei Λ'7 der Widerstandswert des Widerstands 7 ist.

Als nächstes wird die Arbeitsweise der dritten Ausführungsform mit dem vorbeschriebenen Schaltungsaufbau beschrieben. Wenn die positive Eingangsspannung Vi das Zündpotential der Neonlampe 3 übersteigt, wird letztere leitend, so daß der Kondensator 5 mit einer Zeitkonstanten R_2a · Cgeladen wird, wobei /?2,i der Widerstandswert des Eingangswiderstands 2a und Cdie Kapazität des Kondensators 5 ist. Hierdurch nimmt dann die Spannung an dem Gate des FETs 6 zu, wodurch dann auch der Strom an dem Drain und damit die Ausgangsspannung V₀ zunimmt. Wenn das Anlegen der positiven Eingangsspannung an den Eingangsanschluß 18 unterbrochen wird, wird die Neonlampe 3 abgeschaltet, die Spannung an dem Kondensator 5 bleibt jedoch unverändert, so daß die Ausgangsspannung V₀ konstant gehalten werden kann. Wenn die positive Eingangsspannung wieder an den Eingangsanschluß 18 angelegt wird, nimmt die Ausgangsspannung V₀ zu. Wenn die Ausgangsspannung V₀ die Emitterspannung Vi überschreitet, d.h., wenn der Transistor 11 eingeschaltet wird, wird die Neonlampe 14 leitend. Da das Löschpotential der Neonlampe 3 höher liegt als die Zündspannung E₅ der Neonlampen 13 und 1*, fällt die Eingangsspannung V, auf die Spannung £, ab. Das heißt, die Eingangsspannung V₁ fällt unter das Löschpotential der Neonlampe 3 ab, so daß letztere abgeschaltet wird. Infolgedessen nimmt, selbst wenn die Eingangsspannung V, angelegt bleibt, die Ausgangsspannung V₀ nicht noch länger zu.

Wenn andererseits die negative Eingangsspannung an den Eingangsanschluß 18 angelegt wird, wird die Neonlampe 3 wieder leitend, so daß der Kondensator 5 entladen wird, worauf dann die Ausgangsspannung V₀ abnimmt. Wenn die Ausgangsspannung V₀ unter die Emitterspannung V₂ abfällt, wird der Transistor 9 eingeschaltet, so daß die Neonlampe 13 leitend wird. Infolgedessen fällt dann die Spannung an der Verbindung 22 auf die Zündspannung der Neonlampe 13 ab, so daß die Neonlampe 13 abgeschaltet wird. Hierdurch fällt selbst dann, wenn die negative Eingangsspannung angelegt bleibt, die Ausgangsspannung V₍₎ nicht noch langer bzw. weiter ab.

Werden die beiden Neonlampen 12 und 13 auf die in Fig.4 gezeigte Weise zwischengeschaltet, so wird die Neonlampe 14 eingeschaltet, wenn die maximale Ausgangsspannung erreicht ist, während die Neonlampe 13 eingeschaltet wird, wenn die minimale Ausgangsspannung erreicht ist. Infolgedessen ändert sich die Lautstärke eines mit der in Fig.4 dargestellten Einrichtung verbundenen Tonsystems nicht über und unter die Ausgangsspannung dieser Einrichtung. Mittels der Neonlampen 13 und 14 läßt sich anzeigen, ob die Ausgangsspannung an der oberen Grenze Vi oder der unteren Grenze V₂ liegt oder nicht.

Hierzu 2 Blau Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Änderung einer Ausgangsspannung in einem begrenzten Bereich mit einer Neonlampe, deren erster Anschluß mit einem Festkontakt eines einpoligen Umschalters mit Mittenstellung verbunden ist, während der zweite Anschluß der Neonlampe mit der Steuerelektrode eines MOS-Feldeffekttransistors über einen ersten ι ο Widerstand verbunden ist, weiterhin mit einem nichtpolarisierten Kondensator zwischen der Steuerelektrode des MOS-Feldeffekttransistors und Erde, mit einem Ausgangswiderstand zwischen der Quellenelektrode des MOS-Feldeffekttransistors und Erde, mit einer ersten Diode, deren Anode über einen zweiten Widerstand mit der Verbindung zwischen der Neonlampe und dem Umschalter verbunden ist, mit einer zweiten Diode, deren Katode mit der Katode der ersten Diode verbunden ist, und mit zwei jeweils in Reihe mit den Dioden liegenden und in gleicher Richtung wie die zugehörige Diode gepolten Halbleiterschaltern, deren Steuerelektroden über einen Steuerwiderstand mit der Quellenelektrode des MOS-Feldeffekttransistors verbunden sind und an deren eine Hauptelektrode, die von der Diode abgewandt ist und mit der Steuerelektrode die Steuerstrecke bildet, je eine von zwei Steuergleichspannungen angelegt ist, derart, daß das Potential der vorgenannten Hauptelektrode des ersten Halbleiterschalters positiver als das Potential der vorgenannten Hauptelektrode des zweiten Halbleiterschalter ist und die Ausgangsspannung an der Quellenelektrode des MOS-Feldeffekttransistors in einem durch die vorgenannten Potentiale begrenzten Spannungsbereich gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Anschluß der Neonlampe (3) über einen dritten Widerstand (1) mit dem Festkontakt des Umschalters (19) verbunden ist, daß als Halbleiterschalter ein NPN-Transistor (11) und ein PNP-Transistor (9) verwendet sind, daß der Kollektor des NPN-Transistors (11) mit der Katode der ersten Diode (10) und der Kollektor des PNP-Transistors (9) mit der Anode der zweiten Diode (8) verbunden ist, daß die Basen des PNP- und des NPN-Transistors (9, 11) mit dem Steuerwiderstand (12) verbunden sind und daß die Steuergleichspannungen an die Emitter des PNP- und des NPN-Transistors (9,11) angelegt sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß je eine weitere Neonlampe (13, 14) zwischen jede Diode (8, 10) und den zugehörigen Transistor (9,11) geschaltet ist.

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