DE2506034A1

DE2506034A1 - Schaltungsanordnung zum elektronischen durchschalten einer wechselspannung

Info

Publication number: DE2506034A1
Application number: DE19752506034
Authority: DE
Inventors: Gerhard Jonkuhn; Ernst-August Kilian; Guenter Sieboerger
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1975-02-13
Filing date: 1975-02-13
Publication date: 1976-08-19
Also published as: GB1543361A; FR2301132A1; FR2301132B3; JPS6027211B2; JPS51107053A; DE2506034C3; US4037118A; DE2506034B2

Description

PHILIPS PATENTVERViALTUNG GMBH, 2000 HAMBURG 1, STEINDAIM 94

"Schaltungsanordnung zum elektronischen Durchschalten einer Wechselspannung"

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches. Derartige Schaltungsanordnungen können beispielsweise benutzt werden, um eine von mehreren Wechselspannungsquellen (etwa Tonbandgerät oder Plattenspieler) mit einem einen Lautsprecher speisenden Ausgangsverstärker zu verbinden.

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Eine solche Schaltungsanordnung hat gegenüber einem Wechselspannungsschalter mit mechanischen Kontakten verschiedene Vorteile. So kann die Schaltungsanordnung (im allgemeinen eine integrierte Schaltung) an einer für die Leitungsführung optimalen Stelle einer Übertragungseinrichtung angeordnet werden. Das ist bei einem Wechselspannungsschalter mit mechanischen, beispielsweise durch einen Drucktastenschalter betätigten Kontakten nicht möglich, weil dabei die signalführenden Leitungen bis an die Bedienungsfront, an der der Drucktastenschalter angebracht ist, herangeführt werden müssen. Dadurch können Störungen auf die signalführenden Leitungen gelangen. - Eine derartige Schaltungsanordnung eignet sich auch für die Fernbedienung (weil lediglich die Steuergleichspannung für die Schaltungsanordnung geändert werden muß), und schließlich ist von Vorteil, daß wegen des Fortfalls mechanischer Verschleißteile mit einer geringeren Reparaturanfälligkeit zu rechnen ist.

Allerdings bringt der Einsatz einer solchen Schaltungsanordnung auch Probleme mit sich, die bei Wechselspannungsschaltern mit mechanischen Kontakten nicht auftreten. Wird die Wechselspannung nämlich einem Lautsprecher bzw. einem Verstärker,der einen Lautsprecher speist, zugeführt, dann wird beim Umschalten ein störendes Knacken im Lautsprecher hörbar.

Dieses Knacken ist dadurch bedingt, daß bei einem Umschalten der Leitfähigkeitszustand der Halbleiterbauelemente in der Schaltungsanordnung verändert wird, wodurch sich das Potential an dem mit dem Kondensator verbundenen Eingang der Schaltungsanordnung sprungartig verschiebt. Dieser Potentialsprung wird im Lautsprecher als Knack hörbar,, der entsprechend der Umlade geschwindigkeit des Kondensators abklingt.

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Zur Vermeidung dieses störenden Knackens ist es bei einer Schaltungsanordnung, bei der die einzelnen Wechselspannungsquellen über jeweils eine Schaltdiode mit dem Ausgangsverstärker verbunden sind, bekannt, die Schaltspannung für die Schaltdioden über ein RC-Glied mit genügend großer Zeitkonstante zuzuführen. Dadurch wird erreicht, daß das Potential am Eingang der Schaltungsanordnung (Schaltdioden) sich nicht sprunghaft ändert, sondern nur relativ langsam, wodurch der Knack vermieden wird. Diese Lösung hat aber den Nachteil, daß beim Umschalten von einer Wechselspannungsquelle auf eine andere die Signale beider Wechselspannungsquellen während einer Übergangszeit hörbar sind. Dies liegt daran, daß der Kondensator des im vorher durchgeschalteten Kanal enthaltenen RC-Gliedes sich nicht sofort entlädt, wodurch die Schaltdiode dieses Kanals noch leitend und das über diesen Kanal geführte Wechselspannungssignal noch kurze Zeit mit sinkendem Pegel und steigendem Klirrfaktor hörbar bleibt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß ein einwandfreies Umschalten ohne störendes Knacken möglich ist. Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches angegebenen Maßnahmen gelöst.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten, besonders für die Ausführung in integrierter Schaltungstechnik geeigneten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel, bei dem das erwähnte Knacken

weitgehend beseitigt ist und Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel, bei dem - allerdings mit

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höherem Aufwand - ein praktisch knackfreies Umschalten erreicht wird.

Die in Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung enthält zwei erfindungsgemäße Dämpfungsglieder zur wahlweisen Durchschaltung jeweils einer der von den Wechselspannungsquellen 1 und 1· gelieferten Wechselspannungen an den gemeinsamen Ausgang 2 der Schaltung. Jedes Dämpfungsglied enthält einen Transistor 3 "bzw. 3', dessen Basis über einen Kondensator 4 bzw. 4^f mit der Wechselspannungsquelle 1 bzw. 1¹ und über einen Widerstand 5 bzw. 5' mit einer gemeinsamen Vorspannung (+) verbunden ist. Der Emitter dieses npn-Transistors, dessen Kollektor mit der .positiven Speisespannungsklemme (++) verbunden ist, ist mit den Emittern zweier pnp-Transistoren 7 und 8 bzw. 7' und 8^f verbunden. Der Kollektor des Transistors 8 bzw. 8¹ ist mit dem einen Kontakt eines Umschalters 9 bzw. 9¹ verbunden, der eine Steuergleichstromquelle 10 bzw. 10' wahlweise mit dem Kollektor des Transistors 8 (8') oder dem Emitter des Transistors 3 (3¹) verbindet. Die Umschalter 9 bzw. 9¹ sind so ausgelegt, daß jeweils nur eine der Steuerstromquellen 10 bzw. 10' mit dem Kollektor des Transistors 8 bzw. 8' verbunden ist. Der Kollektor des Transistors 8 (8·) ist außerdem noch mit der Basis eines pnp-Transistors 11 (11·) verbunden, dessen Kollektor geerdet ist und dessen Emitter die Basen der Transistoren 7 und 8 (7^f und 8') speist.

Die Kollektoren der Transistoren 7 und 7^f sind gemeinsam mit dem Kollektor eines npn-Transistors 12 verbunden, der durch einen Kurzschluß zwischen Kollektor und Basis als Diode wirkt und dessen Emitter mit Masse verbunden ist. Der Spannungsabfall zwischen Kollektor bzw. Basis und Emitter des Transistors 12 wird der Basis eines Transistors 13 zugeführt, dessen Emitter geerdet ist und dessen Kollektor mit dem Kollektor eines pnp-Transistors 14 bzw.

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14' verbunden ist. Die Emitterzuleitungen der Transistoren 14 und 14¹ sind gemeinsam mit dem Emitter eines npn-Transistors 15 verbunden, dessen Kollektor an der positiven Speisespannungsklemme angeschlossen ist. Der Basis-Emitter-Strecke des Transistors 14 (14¹) ist die Basis-Emitter-Strecke eines Transistors 16 (16¹) parallelgeschaltet, dessen Kollektor mit dem Kollektor des Transistors 8 (8¹) bzw. der Basis des Transistors 11 (11') verbunden ist.

Der Kollektor des beiden Dämpfungsgliedern gemeinsamen· npn-Transistors 13 ist außerdem mit der Basis eines als Treiberstufe dienenden npn-Transistors 17 verbunden, dessen Emitter geerdet ist und dessen Kollektor aus Stabilitätsgründen mit seiner Basis über einen Kondensator verbunden ist. Der Kollektorstrom des Transistors 17 steuert eine Ausgangsstufe mit den komplementären Transistoren 18 und 19» deren Emitter miteinander verbunden sind, wobei der Verbindungspunkt als für alle Dämpfungsglieder gemeinsamer Ausgang dient. An diesem Ausgang ist die Basis des Transistors 15 angeschlossen.

Der Schaltungsteil mit den Transistoren 3, 7, 12, 13,14 und 15 stellt einen Wechselspannungsverstärker dar, der an sich bekannt ist (Technische Informationen für die Industrie, Nr. 156, Bild 3a der Valvo GmbH). Allerdings dient dieser Differenzverstärker bei der bekannten Schaltung als Eingangsstufe eines Operationsverstärkers, und dementsprechend ist die Basis der Transistoren 7 und direkt mit einer Stromquelle verbunden, so daß die Verstärkung bzw. die Dämpfung dieses Schaltungsteils unverändert bleibt.

Es läßt sich zeigen, daß unter der Voraussetzung, daß die Transistoren 3 und 15, 7 und 14, 12 und 13 identische Kennlinien haben und daß an den Basen der Transistoren 3

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und 15 die gleichen Vorspannungen liegen, und unter der weiteren Voraussetzung, daß die Basisströme der genannten Transistoren, sowie der Basisstrom des Transistors 17 gegenüber den Kollektorströmen vernachlässigbar sind (hohe Gleichstromverstärkung B), im Ruhezustand in beiden Zweigen (3, 7, 12 und 15, 14, 13) der gleiche Strom fließt. Wird nun der Gleichspannung an der Basis des Transistors eine Wechselspannung überlagert, dann ändert sich der Emitter strom des Transistors 3 und damii? auch der Kollektorstrom des Transistors 7 im Takte der Wechselspannung; der Kollektorstrom des Transistors 14 ändert sich gegensinnig hierzu, weil aufgrund der Tatsache, daß die Summe beider Basisströme konstant ist, auch die Summe beider Koliektorströme konstant sein muß. Da aber der Stromspiegel mit den Transistoren 12 und 1.3 erzwingt, daß durch diese Transistoren immer nur der gleiche Strom fließen kann, wenn man einmal die Basisströme vernachlässigt, fließt die Differenz zwischen beiden Strömen, die dem Signal an der Basis des Transistors 3 proportional ist, in die Basis des Transistors 17.

Die erfindungsgemäße Schaltung unterscheidet sich von der bekannten Schaltung dadurch, daß: dieses Differenzsignal über den Transistor 17 und die Ausgangsstufe mit den Transistoren 18 und 19 voll gegengekoppelt wird. Dadurch erhält das Dämpfungsglied - wenn die Basisströme der Transistoren 7 und 14 nicht gesperrt sind - die Spannungsverstärkung 1.

Außerdem können bei der Erfindung die Basisströme der Transistoren 7 und 14 gesperrt werden. In der in der Zeichnung dargestellten Stellung des Schalters 9 fließen die Basisströme. Der Steuergleichstrom der Steuergleichstromquelle 10 fließt hier über den Transistor 11 in die Basen der Transistoren 7 und 14 sowie 8 und 16. Der

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wesentliche Anteil fließt aber über die Kollektoren der Transistoren 8 und 16. Wenn die Trans Is tor en 7 und 8 und ebenso die Transistoren 14 und 16 die gleiche Transistorgeometrie und insbesondere die gleiche Kollektorfläche haben - was sich in integrierter Schaltungstechnik relativ einfach realisieren läßt - dann wird, weil die Basis-Emitter-Strecken parallelgeschaltet d.nd, erzwungen, daß beide Transistoren Jeweils den gleichen Kollektorstrom und damit auch den gleichen Emitterstrom führen. Infolgedessen ist der Emitterstrom des Transistors 3 bzw. 15 doppelt so groß wie der Emitterstrom des Transistors 8 oder des Transistors 7 bzw. des Transistors 16 oder des Transistors 14. Setzt man nun voraus, daß die Basis ströme der Transistoren 7, 8, 11, 14 und 16 gegenüber den Kollektorströmen der Transistoren 8 und 16 vernachlässigt werden können, dann sind die Kollektorgleichströme der Transistoren und 16, die im Ruhezustand gleich groß sind, halb so-groß wie der Steuergleichstrom der Steuergledchstromquelle 10. Da, wie bereits erwähnt, der Emitter gleichstrom des Transistors 3 bzw. 15 doppelt so groß ist wie der Emittergleichstrom und damit auch wie der Kollektorgleiöhstrom des Transistors 8 bzw. 16, 1st der Emittergleichstrom des Transistors 3 gleich dem Steuer gleichstrom. Der ,Emittergleichstrom des Transistors 3 ändert sich also nicht, wenn der Umschalter 9 die in der Zeichnung nicht dargestellte Stellung einnimmt und der Steuergleichstrom direkt über den Emitter fließt. Infolgedessen ändert sich auch nicht der Basisgleichstrom des Transistors 3 und damit auch nicht die Gleichspannung an der Basis des Transistors 3 beim Umschalten. Beim Umschalten des Dämpfungsgliedes vom passiven Zustand in den aktiven Zustand •^gezeichnete Stellung des Umschalters 9) kann also - falls mit dem Ausgangs signal ein Lautsprecher gesteuert wird kein störendes Knacken auftreten.

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Die zusätzlichen Transistoren 8 und 16 bewirken also, daß dem Emitter des Transistors 3 in beiden Stellungen des Umschalters der gleiche Strom zugeführt wird. Außerdem setzen sie die Signalverstärkung herab, weil jeweils die Hälfte des Emitterwechselstroms des Transistors 3 in den Transistor 8 fließt, der nicht zur Signalverstärkung beiträgt. Infolgedessen kann die Kapazität des aus Stabilitätsgründen erforderlichen Kondensators 18 etwa halbiert werden, was bei Ausführung der Schaltung in integrierter Schaltungstechnik ein wesentlicher Vorteil ist, da dieser Kondensator in das gemeinsame Halbleitersubstrat integriert werden muß. Anstatt in der passiven Stellung den Steuergleichstrom über den Emitter des Transistors 3 bzw. 3¹ zu führen, kann der Steuergleichstrom auoh dem Emitter eines v/eiteren Transistors zugeführt werden, der die gleichen Kennlinien hat wie^der Transistor'^» und dessen Basis mit der Basis des Transistors 3 verbunden ist. Dann würde der Transistor 3 in der passiven Stellung des Umschalters 9 zwar keinen Basisgleichstrom ziehen; jedoch würde der Basisgleichstrom dieses weiteren Transistors dann über den Widerstand 5 fließen, so daß sich das Gleichpotential am Eingang des Dämpfungsgliedes nicht verändern würde. Allerdings erfordert diese Lösung einen zusätzlichen Transistor.

Wenn mehr als zwei Wechselspannungsquellen vorgesehen sind, von denen jeweils eine mit dem gemeinsamen Ausgang 2 verbunden werden soll, müssen weitere Dämpfungsglieder vorgesehen sein, die in ihrem Aufbau mit dem linken Dämpfungsglied mit den Elementen 1', 3¹ bis 5', 7' bis 11', 14' und 16' identisch sind. Die Zahl der gemeinsamen Bauelemente (12, 13» 15» 17 usw.) muß dabei nicht vervielfacht werden, weil die Umschalter so gegeneinander verriegelt sein müssen, daß immer nur ein Dämpfungsglied aktiv ist. Dieses gerade aktive Dämpfungsglied erzeugt dann einen Gleich- und einen Wechselstrom für die Transistoren 12,

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13» 15, 17 usw.

Wie bereits erwähnt, führt der Transistor 3 (3¹) in den beiden Stellungen des Umschalters 9 (9¹) nur dann exakt den gleichen Strom,wenn die Basisströme der Transistoren 7, 8, 11, 14, 16 (7', 8», 11', 14», 16·) vernachlässigbar sind. Diese Voraussetzung läßt sich in der Praxis nicht exakt erfüllen, insbesondere, wenn die pnp-Transistören 7, 8, 14 und 16 laterale Transistoren sind. Eine exakte Gleichheit des Emittergleichstromes des Eingangstransistors 3 bzw. 3¹ in beiden Stellungen des Umschalters 9 bzw. 9' läßt sich aber dann erreichen, wenn der Transistor 11 die Stromverstärkung 1 hat.

Ein anderes Ausführungsbeispiel eines Dämpfungsgliedes mit in beiden Schalterstellungen exakt gleichem Emitterstrom des Eingangstransistors ist in Fig. 2 dargestellt. Dieses Dämpfungsglied enthält einen Schaltungsteil, der mit dem Dämpfungsglied nach Fig. 1 mit^den Elementen 3 und T bis 16 identisch ist. Deshalb sind dafür die gleichen Bezugszeichen verwendet. Zusätzlich ist ein Schaltungsteil vorgesehen, der einen Transistor 20 enthält, dessen Basis mit der Basis des Transistors 15 und dessen Kollektor mit der positiven Speisespannung verbunden ist. Zwischen den Emitter des Transistors 20 und den Emitter des Transistors ist eine Transistorkonfiguration geschaltet, die mit der zwischen die Emitter des Transistors 3 und des Transistors geschalteten Transistorkonfiguration identisch ist. Infolgedessen sind die einzelnen Bauelemente mit denselben Bezugszeichen versehen, über denen jedoch zur Unterscheidung ein Querstrich angebracht ist. Allerdings sind die Transistoren 7 und T4~, die den Transistoren 7 und 14 entsprechen, mit ihrem Kollektor an Masse geschaltet.

In der in der Zeichnung dargestellten Stellung des Umschalters 9 wird der Steuergleichstrom über die Kollektoren

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der Transistoren 8 und 16 sowie über die Basis des Transistors 11 geführt. Das Dämpfungsglied verarbeitet das an seinem Eingang anliegende Wechselspannungssignal genauso wie im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben. In der anderen Stellung des Umschalters wird der Steuergleichstrom den Kollektoren der Transistoren S und To" sowie der Basis des Transistors TT zugeleitet. Der diese Transistoren enthaltende Schaltungsteil ist für Wechselspannungen am Eingang unwirksam, weil die Kollektoren 7 und TU an Masse geschaltet sind, entspricht aber hinsichtlich des Gleichstromes genau der Schaltung mit den Transistoren 7...'16. Deshalb ist der Emittergleichstrom des Transistors 3 und damit auch sein Basisgleichstrom in beiden Stellungen des Umschalters 9 der gleiche. Unterschiede könnten sich allenfalls dadurch ergeben, daß zwischen den einander entsprechenden Transistoren Unterschiede bestehen, ein Effekt ,der bei Ausführung in integrierter Schaltungstechnik aber vernachlässigbar ist.

PATENTANSPRÜCHE:

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Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1/ Schaltungsanordnung zum elektronischen Durchschalten von wenigstens einer Wechselspannung an einen gemeinsamen Ausgang, mit wenigstens einem mit Halbleitern bestückten Dämpfungsglied, dessen Eingang über einen Kondensator an eine Wechselspannungsquelle anschließbar ist und dessen Dämpfung durch ein Steuersignal von einem hohen Wert auf einen niedrigen Wert umschaltbar ist, wobei bei fehlender bzw. niedriger Dämpfung am Eingang ein Gleichstrom fließt, gekennzeichnet durch eine solche Ausbildung der Schaltungsanordnung, daß beim Umschalten der Dämpfung des Dämpfungsgliedes dessen Eingangsgleichspannung praktisch unverändert bleibt.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungsglied wenigstens zwei wechselstrommäßig hintereinander geschaltete Transistoren (3, 7 bzw. 3', 7') enthält, die bei fehlender bzw. geringer Dämpfung beide von einem Gleichstrom durchflossen werden, während bei hoher Dämpfung nur der erste, näher am Eingang liegende Transistor (3) von dem Gleichstrom durchflossen wird.
3.. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang des Dämpfungsgliedes von der Basis des ersten Transistors (3) gebildet wird, dessen Emitter mit dem Emitter eines zweiten Transistors (7) von entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp verbunden ist, dessen Kollektor mit einem Stromspiegel (12, 13) verbunden ist und dessen Basis über einen Umschalter (9) ein Teil des von einer Steuergleichstromquelle gelieferten Stromes zugeführt wird, der so bemessen ist, daß der durch den Steuergleichstrom hervorgerufene Emitterstrom des ersten Transistors (3) wenigstens ungefähr gleich dem Steuergleichstrom ist und daß in der anderen Stellung des Um-

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schalters der Steuergleichstrom direkt dem Emitter des ersten Transistors (3) zugeführt wird.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromspiegel durch einen als Diode . geschalteten Transistor (12) gebildet wird, dessen Spannungsabfall die Basis-Emitter-Strecke eines dritten Transistors (13) steuert, dessen Kollektor mit dem Kollektor eines weiteren Transistors (14) von entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp verbunden ist, dessen Emitter mit dem Emitter eines vierten Transistors (15) verbunden ist, wobei die Basis des weiteren (14) und des zweiten Transistors (7) miteinander verbunden sind und wobei die Kollektorspannung des dritten Transistors (13) verstärkt auf die Basis des vierten Transistors (15) gegengekoppelt ist.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß den Basis-Emitter-Strecken des zweiten und des weiteren Transistors (7 bzw. 14) zwei weitere Transistoren (8 bzw. 16) des gleichen Leitfähigkeitstyps parallelgeschaltet sind, deren Kollektoren mit dem einen Kontakt eines Umschalters (9) sowie mit der Basis eines fünften Transistors (11) verbunden sind, dessen Emitterstrom die Basisströme der vier anderen Transistoren (7, 8, 14, 16) liefert.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß der fünfte Transistor eine Stromverstärkung von wenigstens annähernd 1 hat.
7. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungsglied einen weiteren identisch aufgebauten Schaltungsteil (7, 5, TT, Ti, TB, 20) enthält, der für Gleichstrom wirksam ist, der jedoch das Signal am gemeinsamen Ausgang nicht beeinflußt.

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