DE2506034C3 - Schaltungsanordnung zum elektronischen Durchschalten einer Wechselspannung - Google Patents
Schaltungsanordnung zum elektronischen Durchschalten einer WechselspannungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Derartige Schaltungsanordnungen können beispielsweise benutzt werden, um eine von mehreren Wechselspan-
'"> c'ingsquellen (etwa Tonbandgerät oder Plattenspieler)
mit einem einen Lautsprecher speisenden Ausgangsverstärker zu verbinden.
Eine solche Schaltungsanordnung hat gegenüber einem Wechselspannungsschalter mit mechanischen
in 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
J"> 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
π mechanischer Verschleißteile mit einer geringeren
Reparaturanfälligkeit zu rechnen ist.
Allerdings bringt der Einsatz einer solchen Schaltungsanordnung auch Probleme Ht 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
f) 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
Ί» Kondensator verbundenen Eingang der Schaltungsanordnung
sprungartig verschiebt. Dieser Potentialsprung wird im Lautsprecher als Knack hörbar, der entsprechend
der Umladegeschwindigkeit des Kondensators abklingt.
ν; Zur Vermeidung dieses törenden 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
Mi RC-GWed 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
•ο 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 KC-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 zeigt
F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel, bei dem das erwähnte
Knacken weitgehend beseitigt ist, und
F i g. 2 ein Ausführungsbeispiel, bei dem — allerdings mit höherem Aufwand — ein praktisch knackfreies
Umschalten erreicht wird.
Die in F i g. 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' mit der Wechselspannungsquelle 1 bzw. Γ 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. T und 8' verbunden. Der Kollektor des Transistors 8 bzw.
8' ist mit dem einen Kontakt eines Umschalters 9 bzw. 9' verbündender eine Steuergleichstromquelle 10 bzw. 10'
wahlweise mit dem Kollektor des Transistors 8 (8') oder
dem Emitte· des Transistors 3 (3') verbindet. Die Umschalter 9 bzw. 9' 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 (1Γ) verbunden,
dessen Kollektor geerdet ist und dessen Emitter die Basen der Transistoren 7 und 8 (T und 8') speist.
Die Kollektoren der Transistoren 7 und T sind gemeinsam mit dem Kollektor einen npn-Transistors 12
verbunden, der durch .inen Kurzschluß zwischen Kollektor und Basis als Diode wirkt und dessen Emitter
mit Masse verbunden ist. Dur 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. 14' verbunden
ist. Die Emitterzuleitungen der Transistoren !4 und 14' 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 (J4') ist die Basis-Emitler-Strecke eines Transistors 16(16') parallel
geschaltet, dessen Kollektor mit dem Kollektor des Transistors 8 (8') bzw. der Basis des Transistors 11(11')
verbunden ist.
Der Kollektor des beiden Dämptungsgliedern gemeinsamen
npn-Transis'rrs 13 ist außerdem mit der
fiasis eines als Treiberstufe dienenden non-Transistors 17 verbunden, dessen Emitter geerdet ist und dessen
Kollektor aus Stabilitätsgründen mit seiner Basis über einen Kondensator 21 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.
κι 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
κι 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
r> bekannten Schaltung als Eingangsstufe eines Operationsverstärkers,
und dementsprechend ist die Basis der Transistoren 7 und 14 direkt mit einer Stromquelle
verbunden, so daß die Verstärkung bzw. die Dämpfung dieses Schaltungsteils unverändert bleibt
2ii Es läßt sich zeigen, daß unter der Y raussetzung. daß
die Transistoren 3 und 15,7 und 14,12 und 13 identische
Kennlinien haben und daß an den Basen der Transistoren 3 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 fließ.·. Wird nun der
jo Gleichspannung an der Basis des Transistors 3 eine
Wechselspannung überlagert, dann ändert sich der Emitterstrom des Transistors 3 und damit auch der
Kollektorstrom des Transistors 7 im Takte der Wechselspannung; der Kollektorstrom des Transistors
i> 14 ändert sich gegensinnig hierzu, weil aufgrund der
Tatsache, daß die Summe beider Basisströme konstant ist, auch die Summe beider Kollektorströme konstant
sein muß. Da aber der Stromspiegel mit den Transistoren 12 und 13 erzwingt, daß durch diese
4Ii 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.
4i Die erfindungsgemäße Schallung 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 Dämpfungs-
,Ii glied — 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
wesentliche Anteil fließt aber über die Kollektoren der Transistoren 8 und 16. Wenn die Transistoren 7 und 8
mi und ebenso die Transistoren 14 und 16 die gleiche
Transistorgeometrie und insbesondere die pleiche Kollektorfläche haben — was sich in integrierter
Schaltungstechnik relativ einfach realisieren läßt — dann wird, weil die Basis-Emiüer-Strecken parallel
h, geschaltet sind, erzwungen, daß beide Transistoren
jeweils den gleichen Kollektorstrom und damit auch den gleichen Emitterstrom führen. Infolgedessen ist der
Emitterstrom des Transistors 3 bzw. 15 donnclt sn i?roß
wie der Emitterstrom des Transistors 8 oder des Transistors 7 bzw. des Transistors 16 oder des
Transistors 14. Setzt man nun voraus, daß die Basisströme der Transistoren 7, 8, II, 14 und 16
gegenüber den Kollektorströmen der Transistoren 8 und 16 vernachlässigt werden können, dann sind die
Kollektorgleichströme der Transistoren 8 und 16, die im Ruhezustand gleich groß sind, halb so groß wie der
Steuergleichstrom der Steuergleichstromquelle 10. Da, wie bereits erwähnt, der Emittergleichstrom des ι
Transistors 3 bzw. 15 doppelt so groß ist wie der Emittergleichstrom und damit auch wie der Kollektorglcichstrom
des Transistors 8 bzw. 16, ist der Emittergleichstrom des Transistors 3 gleich dem
Steuergleichstrom. Der Emittergleichstrom des Transi- ι stors 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 «ich anrh nirhi Her
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 (gezeigte
Stellung des Umschalters 9) kann also — falls mit dem Ausgangssignal ein Lautsprecher gesteuert wird — kein
störendes Knacken auftreten.
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 Emitterwechselstromes des Transitors 3 in den Transistor 8 fließt, der nicht zur
Signalverstärkung beiträgt. Infolgedessen kann die Kapazität des aus Stabilitätsgründen erforderlichen
Kondensators 21 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. 3' zu führen, kann der Steuergleichstrom auch dem
Emitter eines weiteren Transistors zugeführt werden, der die gleichen Kennlinien hat wie der Transistor 3, 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 ais 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', 3' bis 5', T 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 seit müssen, daß immer nur ein Dämpfungsglied aktiv ist
Dieses gerade aktive Dämpfungsglied erzeugt danr einen deich- und einen Wechselstrom für di(
, Transistoren 12,13,15,17 usw.
Wie bereits erwähnt, führt der Transitor 3 (3') in der beiden Stellungen des Umschalters 9 (9') nur dann exak
den gleichen Strom, wenn die Basisströme dei Transistoren 7, 8, 11, 14, 16 (T, 8', 1Γ, 14', 16'
ι vernachlässigbar sind. Diese Voraussetzung läßt sich in der Praxis nicht exakt erfüllen, insbesondere, wenn die
pnp-Transistoren 7, 8, 14 und 16 laterale Transistoren sind. Eine exakte Gleichheit des Emittergleichstromes
des Eingangstransistors 3 bzw. 3' 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
Emit'erstrorp. des Eirigangsiransistcrs !5t '·" F; g. 2
ι. dargestellt. Dieses Dämpfungsglied enthält einen
Schaltungsteil, der mit dem Dämpfungsglied nach Fig. 1 mit den Elementen 3 und 7 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 3 ist eine Transistorkonfiguration geschal-Hi
tet. die mit der zwischen die Emitter des Transistors 3 und des Transistors !5 geschaltete" Transistorkonfiguration
identisch ist. Infolgedessen sind die einzelnen Bauelemente mit denselben Bezugszeichen versehen,
über denen jedoch zur Unterscheidung ein Querstrich r. angebracht ist. Allerdings sind die Transistoren 7 und 14,
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 Steuergleichsirom über die
jii Kollektoren 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 F i g. I beschrieben. In der anderen Stellung des
■n Umschalters wird der Steuergleichstrom den Kollektoren
der Transistoren 8 und 16 sowie der Basis des Transistors 11 zugeleitet. Der diese Transistoren
enthaltende Schaltungsteil ist für Wechselspannungen am Eingang unwirksam, weil die Kollektoren 7 und 14
Vi an Masse geschaltet sind, entspricht aber hinsichtlich
des Gleichstromes genau der Schaltung mit .Έη
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
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Schaltungsanordnung zum elektronischen Durchschalten von wenigstens einer Wechselspannung
an einen gemeinsamen Ausgang (2), mit wenigstens einem mit Halbleitern bestückten Dämpfungsglied,
dessen Eingang Ober einen Kondensator an eine Wechselspannnungsquelle 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,
dadurch gekennzeichnet, daß beim Umschalten der Dämpfung des Dämpfungsgliedes
dessen Eingangsgleichspannung praktisch unverändert bleibt, indem die Schaltungsanordnung so
ausgebildet ist, daß das Dämpfungsglied wenigstens zwei wechselstrommäßig hintereinander geschaltete
Transistoren (3, 7 bzw. 3', T) enthält, die bei fehlender bzw. geringer Dämpfung beide von einem
Gleichstrom durchflossen werden, während bei hoher Dämpfung nur der erste am Eingang liegende
Transistor (3) vom Gleichstrom durchflossen wird.
Z Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, 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 Stuuergleichstromquelle gelieferten Stromes
zugeführt wird, der so bemessen ist, daß der durch den Steuergleichstron. hervorgerufene
Emitterstrom des ersten Transistors (3) wenigstens ungefähr gleich dem Steuergleichstrom ist und daß
in der anderen Stellung des Umschalters der Steuergleichstrom direkt dem Emitter des ersten
Transistors (3) zugeführt wird.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, 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.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, 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 parallel geschaltet sind, deren Kollektoren mit dem einen Kontakt eines Umschalters
(9) sowie mit der Basis eines fünften Transistors (H) verbunden sind, dessen Emitterstrom die
Basisströme der vier anderen Transistoren (7, 8, 14, 16) liefert.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der fünfte Transistor eine
Stromverstärkung von wenigstens annähernd 1 hat.
6. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
das Dämpfungsglied einen weiteren identisch aufgebauten Schaltungsteil (7, 8, U, 14, 16, 20)
enthält, der für Gleichstrom wirksam ist, der jedoch
das Signal am gemeinsamen Ausgang nicht beeinflußt
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |