DE2851410B2 - Elektronische Umschalteinrichtung - Google Patents

Description

gekennzeichnet durch

— zwei fünfte Transistoren (32, 33), die mit der Basis der Transistoren (6,9) auf der Eingangssignal-Seite des jeweiligen Differenzverstärkers verbunden sind,

— ein zweites Steuerglied zum Betreiben der fünften Transistoren (32,33) in entgegengesetzter Phasenbeziehung zu den den fünften Transistoren (32,33) zugeordneten Differenzverstärkern, und

— eine zweite Konsantstromquelle (36) zum Versorgen der fünften Transistoren (32,33) mit dem gleichen Betrag eines konstanten Stromes wie der Strom für den Transistor (6, 9) auf der Eingangssignal-Seite des jeweiligen Üifferenzverstärkers.

Die Erfindung betrifft eine elektronische Umschalteinrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches. Eine derartige Umschalteinrichtung wird zum Abgeben lediglich eines Eingangssignals von einem Lautsprecher durch elektronisches Wählen mittels der Betätigung durch einen Bediener von einem von wenigstens zwei Eingangssignalen verwendet, wie z. B. eines ursprünglichen Tonsignals vom Tuner oder Abstimmglied in einem Tonbandgerät und eines Band-Wiedergabesignals, das auf eine Aufzeichnung des ursprünglichen Tonsignals auf einem Magnetband und eine anschließende Wiedergabe des aufgezeichneten Signals vom Magnetband zurückgeht.

F i g. 1 zeigt eine herkömmliche elektronische Umschalteinrichtung der eingangs genannten Art, und in F i g. 2a, 2b und 2c sind jeweils die Spannungsverläufe an der Basis eines Transistors 6, an der Basis eines Transistors 9 und an einem Ausgangsanschluß 3 der in F i g. 1 gezeigten Schaltung dargestellt.

In Fig. 1 werden ein erster und ein zweiter Eingangsanschluß 1 bzw. 2 z. B. beim obenerwähnten Tonbandgerät konstant mit dem ursprünglichen Tonsignal bzw. dem Band-Wiedergabesignal versorgt, und eines dieser Signale wird selektiv von einem Ausgangsanschluß 3 abgegeben. Ein erster Differenzverstärker besteht aus dem Transistor 6, dessen Basis an eine Vorspannungsquelle 26 über einen Widerstand 15 und ?n den ersten Eingangsanschluß 1 über einen Kondensator 22 angeschlossen ist, und aus einem Transistor 7, dessen Basis mit einem Rückkopplungsanschluß 31

ίο verbunden ist Ein zweiter Differenzverstärker besteht aus dem Transistor 9, dessen Basis an die Vorspannungsquelle 26 über einen Widerstand 16 und an den zweiten Eingangsanschluß 2 über einen Kondensator 23 angeschlossen ist, und aus einem Transistor 8, dessen Basis mit dem Rückkopplungsanschluß 31 verbunden ist Ein Transistor 10, dessen Basis mit einem Steueranschluß 4 verbunden ist, ein Transistor 11, dessen Basis an eine Vorspannungsquelle 27 angeschlossen ist und eine mit den Emittern der Transistoren 10 und U zusammengeschaltete Konstantstromquelle 28 bilden einen dritten Differenzverstärker. Der dritte Differenzverstärker, dessen Ausgangsanschluß aus den Kollektoren der Transistoren 10 und 11 besteht, die jeweils mit den zusammengeschalteten Emittern des ersten und zweiten Differenzverstärkers verbunden sind, dient als Konstantstromquelle für diesen ersten und zweiten Differenzverstärker.

Was die Verbindungen der Kollektoren der Transistoren 6, 7, 8 und 9 anbelangt die den ersten und den zweiten Differenzverstärker bilden, so sind die Kollektoren der Transistoren 6 und 9 einerseits miteinander und mit dem Kollektor des Transistors 12 zusammengeschaltet und die Kollektoren der Transistoren 7 und 8 andererseits sind ebenfalls miteinander und mit dem Kollektor eines Transistors 13 zusammengeschaltet Der Transistor 12 ist vom entgegengesetzten Leitungstyp zum Transistor 6, wobei Basis und Kollektor des Transistors 12 zusammengeschaltet sind und der Emitter über einen Widerstand 17 mit einem Versor gungsanschluß 5 verbunden ist Der Transistor 13, der vom gleichen Leitungstyp wie der Transistor 12 ist ist mit seiner Basis an den Kollektor und die Basis des Transistors 12 und an seinen Kollektor über einen Kondensator 24 angeschlossen, während der Emitter des Transistors 13 mit dem Versorgungsanschluß 5 über einen Widerstand 18 verbunden ist Der Kollektor des Transistors 13 ist weiterhin an den Ausgangsanschluß 3 über eine Emitterfolger-Schaltung aus einem Transistor 14 und einer Konstantstromquelle 29 angeschlossen.

Dieser Ausgangsanschluß 3 ist weiterhin mit dem Rückkopplungsanschluß 31 über ein Rückkopplungsglied 30 verbunden, das einen Serien-Widerstand 19, einen Querwiderstand 20 und eine im Querzweig liegende Serienschaltung, bestehend aus einem Wider stand 21 und einen Kondensator 25 aufweist

Der Betrieb dieser elektronischen Umschalteinrichtung wird im folgenden näher erläutert. Diese Schaltung arbeitet in der Weise, daß, wenn ein Steuersignal, das einem (nicht gezeigten) Bedienungsknopf zugeordnet

<,o ist, der durch den Bediener betätigt wird, der eines der beiden Eingangssignale wählen will, am Steueranschluß 4 liegt, die Kollektorströme der Transistoren 10 und 11, die den dritten Differenzverstärker bilden, und damit die Beträge von konstanten Strömen des ersten und des

h^r) zweiten Differenzverstärkers, verändert werden, wodurch eine komplementäre Veränderung in den Verstärkungsfaktoren des ersten und des zweiten Differenzverstärkers hervorgerufen wird, so daß ledig-

lieh eines der beiden Eingangssignale an den Eingangsanschlüssen 1 und 2 vom Ausgangsanschluß 3 abgegeben werden kann.

Wenn z. B. der Steueranschluß 4 mit einer Steuerspannung beaufschlagt wird, die ausreichend größer als die Spannung der Vorspannungsquelle 27 ist, Hießt der konstante Strom lediglich durch den Transistor 10 entsprechend der herkömmlichen Eigenschaft des Differenzverstärkers, und der Kollektorstrom des Transistors 11 fällt auf Null ab. Folglich werden bezüglich det, Eingangssignals am Eingangsanschluß 2 des zweiten Differenzverstärkers aus den Transistoren 8 und 9 und bezüglich des Rückkopplungssignals am Rückkopplungsanschluß 31 die Kollektorströme der Transistoren 8 und 9 unterbrochen, was zu einem Verstärkungsfaktor mit dem Wert Null führt Das heißt, der zweite Differenzverstärker aus den Transistoren 8 und 9 unterbricht seine Funktion.

Andererseits arbeitet der erste Differenzverstärker aus den Transistoren 6 und 7 nach wie vor una leitet den konstanten Strom der Konstantstromquelle 28. Zu dieser Zeit bilden der erste Differenzverstärker, der den Widerstand 17, den Transistor 12, den Widerstand 18 und den Transistor 13 aufweist, die Emitterfolger-Schaltung aus dem Transistor 14 und der Konstantstromquelle 29 sowie das Rückkopplungsglied 30 einen herkömmlichen Differenz-Gegenkopplungsverstärker. Es wird daher lediglich das Eingangssignal am Eingangsanschluß 1 mit einem durch das Rückkopplungsglied 30 bestimmten Verstärkungsfaktor verstärkt und vom Ausgangsanschluß 3 abgegeben.

Wenn der Steueranschluß 4 mit einer Steuerspannung beaufschlagt ist, die ausreichend kleiner ist als die Spannung der Vorspannungsquelle 27, unterbricht der erste Differenzverstärker seine Funktion im Gegensatz zum vorhergehenden Betrieb, und der zweite Differenzverstärker wird betätigt, so daß lediglich das andere Eingangssignal am Eingangsanschluß 2 vom Ausgangsanschluß 3 abgegeben werden kann.

Bei dieser Schaltung können am Ausgangsanschluß 3 kurzzeitige Spannungsänderungen (vgl. F i g. 2c) auftreten, die auf das Umschalten für die selektive Abgabe des Ausgangssignals mittels der Steuerspannung am Steueranschluß 4 zurückzuführen sind. Die Ursachen für die Erzeugung dieser Änderungen werden im folgenden näher erläutert

Wenn die am Steueranschluß 4 liegende Steuerspannung ausreichend kleiner als die Spannung der Vorspannungsquelie 27 ist, d. h., wenn das Eingangssignal am Eingangsanschluß 2 gewählt wird, tritt kein Stromfluß durch die Transistoren 6 und 7 auf, so daß die Basisspannung des Transistors 6 gleich ist einer Spannung Ve der Vorspannungsquelle 26, wie dies im linken Teil der F i g. 2a gezeigt ist. Da andererseits ein Strom gleich der Hälfte des Betrages des Stromei /o der Stromquelle 28 durch jeden der Transistoren 8 und 9 fließt leitet der Widerstand 16 einen Basisstrom gleich \lh_FEdes Kollektorstromes des Transistors 9, wobei h_Ff: den Gleichstromverstärkungsfaktor des Transistors 9 darstellt. Wenn dieser Basisstrom eine Potentialdifferenz A Vb am Widerstand 16 erzeugt ist die Basisspannung des Transistors 9 gleich Vb-AVb, wie dies im linken Teil der F i g. 2b dargestellt ist.

Wenn sich anschließend die Steuerspannung am Steueranschluß 4 so ändert, daß sie ausreichend größer als die Spannung der Vorspannungsquelle 27 ist, wird der Transistor 10 eingeschaltet, so daß das Eingangssignal am EingangsanschluB I vom Ausgangsanschluß 3 abgegeben werden kann. Gleichzeitig wird die Beziehung zwischen den Basisspannungen der Transistoren 6 und 9 aufgrund der Symmetrie der Schaltung umgekehrt & Il, die Basisspannung des Transistors 6 fällt auf Vb-AVb ab, wie dies im mittleren Teil in Fig.2a dargestellt ist und die Basisspannung des Transistors 9 steigt auf Vb an, wie dies im mittleren Teil der F i g. 2b gezeigt ist
In der Zeit in der die Transistoren IU und 11 der

ίο Aus-Ein- oder der Ein-Aus-Änderung in dieser Weise unterliegen, werden die Basisspannungen der Transistoren 6 und 9 jeweils kurzzeitigen Änderungen unterworfen, die mit einer Zeitkonstanten τ erfolgen, die durch den Kondensator 22 und den Widerstand 15 sowie den Kondensator 23 und den Widerstand 16 bestimmt ist

Im Zusammenhang mit der Ausgangsspannung am Ausgangsanschluß 3 wird bei ausgeschaltetem Transistor 10 der zweite Differenzverstärker aus den Transistoren 8 und 9 betätigt so daß die Spannung am Ausgangsanschluß 3 der Basisspannung des Transistors

9 folgt während bei eingeschaltetem Transistor 10 der erste Differenzverstärker aus den Transistoren 6 und 7 betätigt wird, so daß die Spannung am Ausgangsanschluß 3 der Basisspannung des Transistors 6 folgt. In der Zeit, in der sich der Transistor 10 vom Aus-Zustand in den Ein-Zustand ändert verändert sich die Spannung am Ausgangsanschluß 3 rasch von der Basisspannung Vb-A Vb des Transistors 9 zur Basisspannung Va die der Transistor 6 unmittelbar annimmt nachdem der Transisotr 10 vom Aus- in den Ein-Zustand geschaltet wurde. Danach unterliegt die Basisspannung des Transistors 6 einer kurzzeitigen oder transienten Änderung entsprechend der durch den Kondensator 22 und den Widerstand 15 bestimmten Zeitkonstanten τ,

J5 bis die den Wert Vs- A V_B erreicht.

Wenn bei einer Spannung Vo am Ausgangsanschluß 3 die Basisspannung des Transistors 6 oder 9 den Wert Va-AVb hat und das Rückkopplungsglied 30 einen Rückkopplungsfaktor β aufweist steigt die Spannung am Ausgangsanschluß 3 unmittelbar nach der Aus-EinÄnderung des Transistors 10 auf

V₀ + Δ V₁₁ ■ I

an und fällt dann mit der obenerwähnten Zeitkonstanten ab, um den stationären Zustand beim Pegel Vo zu erreichen. Bei einer Ein-Aus-Änderung des Transistors

10 unterliegt die Spannung am Ausgangsanschluß 3 einer ähnlichen kurzzeitigen Änderung. F i g. 2c zeigt

diese kurzzeitigen Änderungen. Zur Vereinfachung ist angenommen, daß die Transistoren 6, 7, 8 und 9 die gleiche Kennlinie, die Kondensatoren 22 und 23 die gleiche Kapazität und die Widerstände 15 und 16 den gleichen Widerstandswert aufweisen.

Die herkömmliche elektronische Schalteinrichtung hat also den Nachteil, daß Spannungsänderungen am Ausgangsanschluß auftreten, die zu Rauschsignalen (Knall-Rauschsignalen) führen, die für das Gehör schrill

co oder grell sind.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine elektronische Umschalteinrichtung anzugeben, bei der Rauschsignale am Ausgangsanschluß vermieden werden können.

h-, Diese Aufgabe wird bei einer Umschalteinrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches erfindungsgemäß durch die in dessen kennzeichnenden Teil angegebenen Merkmale gelöst. Die Basisanschlüsse der

Transistoren 6 und 9, die durch die Steuerspannung ein- und ausgeschaltet werden, sind also mit Transistoren verbunden, die in entgegengesetzter Phasenbeziehung zu den Transistoren 6 und 9 arbeiten, um sicherzustellen, daß die Basispotentiale der Transistoren 6 und 9 unabhängig vom Einschalten oder Ausschalten der Transistoren 6 und 9 konstant gehalten werden, wodurch die Spannungsänderungen am Ausgangsanschluß ausgeschlossen werden können.

Die Erfindung sieht also eine elektronische Umschalteinrichtung vor, die Rauschsignale vermeiden kann, die auftreten, wenn eines von zwei oder mehr Eingangssignalen elektronisch gewählt wird, um an den Ausgang durchgeschaltet zu werden. Mehrere Differenzverstärker, deren jeder einen ersten und einen zweiten Transistor aufweist, von denen der erste Transistor das Eingangssignal empfängt, sind vorhanden. Eine entsprechende Steuerspannung wird an den Steueranschluß eines Schaltelementes angelegt, um eine bestimmte Konstantstromquelle einzuschalten, wodurch einer der Differenzverstärker eingeschaltet wird, wodurch das an diesen Differenzverstärker angelegte Eingangssignal an den Ausgang durchgeschaltet wird, während die anderen Differenzverstärker gesperrt sind. Die Basis des ersten Transistors des jeweils eingeschalteten Differenzverstärkers ist mit einem fünften Transistor verbunden, der in der entgegengesetzten Phasenbeziehung zum zugeordneten Differenzverstärker arbeitet, wodurch die Basispotentiale der ersten Transistoren der Differenzverstärker, die abgeschaltet sind, konstantgehalten werden.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachfolgend beispielsweise näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Schaltbild eines Beispieles einer herkömmlichen elektronischen Umschalteinrichtung,

F i g. 2a, 2b und 2c den Verlauf von Signalen zur Erläuterung von Spannungsänderungen in der Schaltung der F ig. l.und

F i g. 3 ein Schaltbild der erfindungsgemäßen elektronischen Umschalteinrichtung.

F i g. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem einander entsprechende Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen wie in F i g. 1 versehen sind. Die elektronische Umschalteinrichtung nach diesem Ausführungsbeispiel hat im Vergleich zur herkömmlichen Schaltung nach F i g. 1 einen zusätzlichen weiteren Differenzverstärker aus einem Transistor 32, dessen Kollektor mit dem Versorgungsanschluß 5 verbunden und dessen Basis an die Basis des Transistors 6 angeschlossen ist, einem Transistor 33, dessen Kollektor ebenfalls an den Versorgungsanschluß 5 angeschlossen und dessen Basis mit der Basis des Transistors 9 verbunden ist, einem Transistor 34, dessen Basis an den Steueranschluß 4 angeschlossen und dessen Kollektor mit dem Emitter des Transistors 33 verbunden ist, einem Transistor 35, dessen Basis an die Vorspannungsquelle 27 angeschlossen und dessen Kollektor mit dem Emitter des Transistors 32 verbunden ist, und einer Konstantstromquelle 36, die mit den Emittern der Transistoren 34 und 35 zusammengeschaltet ist. Die Konstantstromquelle 36 ist so ausgelegt, daß sie einen Strom liefert, der halb so groß ist, als der, den die Konstantstromquelle 28 liefert

Das Auswählen der Signale dieser Schaltung erfolgt wie bei der oben beschriebenen herkömmlichen Schaltung und wird nicht näher erläutert Wenn bei diesem Ausführungsbeispiel der Steueranschluß 4 mit einer Steuerspannung beaufschlagt ist die ausreichend größer als die Spannung der Vorspannungsquelle 27 ist, d. h., wenn das Eingangssignal am Eingangsanschluß 1 gewählt wird, um vom Ausgangsanschluß 3 abgegeben zu werden, so werden die Transistoren 34 und 10 leitend,

s und der Kollektorstrom des Transistors 10 ist gleich dem Wert /o des Stromes der Konstantstromquelle 28 und der Kollektorstrom des Transistors 34 ist gleich dem Wert /o/2 des Stromes der Konstantstromquelle 36. In diesem Zustand ist der Kollektorstrom der

ίο Transistoren 6 und 7 gleich dem Wert V2, und der Transistor 33 leitet ebenfalls einen Kollektorstrom des Wertes I₀/!

Der Kollektorstrom der Transistoren 11 und 35 hat den Wert Null, wodurch auch durch die Transistoren 8,9

is und 32 kein Kollektorstrom fließt

Folglich leitet der Widerstand 15 den Basisstrom des Transistors 6, während der Widerstand 16 den Basisstrom des Transistors 33 leitet Da, wie oben erläutert wurde, die Transistoren 6 und 33 den Strom V2 leiten, leiten die Widerstände 15 und 16 den Strom /o/2 · AfB sofern die Gleichstrom-Verstärkungsfaktoren h_FEder Transistoren 6 und 33 gleich zueinander sind.

Wenn umgekehrt der Steueranschluß 4 mit einer Steuerspannung beaufschlagt ist, die ausreichend kleiner als die Spannung der Vorspannungsquelle 27 ist d. L, wenn das Eingangssignal am Eingangsanschluß 2 gewählt wird, um vom Ausgangsanschluß 3 abgegeben zu werden, ändert sich nunmehr der Kollektorstrom der Transistoren 8,9,32 und 35, der den Wert Null hatte, auf den Wert /o/2 aufgrund der Symmetrie der Schaltung, und damit leitet der Transistor U einen Kollektorstrom des Wertes I₀. Folglich leitet der Widerstand 15 den Basisstrom des Transistors 32, während der Widerstand 16 den Basisstrom des Transistors 9 leitet der den Wert 1qI2 ■ AfE hat sofern die Gleichstrom-Verstärkungsfaktoren der Transistoren 32 und 9 den gleichen Wert wie die Gleichstrom-Verstärkungsfaktoren der Transistoren 6 und 33 haben. Auf diese Weise leiten die Widerstände 15 und 16 den gleichen Betrag eines Stromes unabhängig von der Steuerspannung am Steueranschluß 4, so daß die Basisspannungen der Transistoren 6 und 9 immer gleich zueinander sind, sofern die Widerstandswerte der Widerstände 15 und 16 gleich zueinander sind.

Wie aus den obigen Erläuterungen folgt ist es mit der Erfindung möglich, Änderungen in der Spannung am Ausgangsanschluß 3 während des selektiven oder wahlweisen Umschaltens der beiden Eingangssignale auszuschließen. Die obigen Erläuterungen beruhen auf der Annahme, daß die Gleichstrom-Verstärkungsfaktoren Α/τ der Transistoren 6, 9, 32 und 33 gleich zueinander sind, wobei ein Unterschied im Wert von A_ra offenbar Veranlassung für Änderungen der Ausgangsspannung gibt Sofern jedoch zwei Transistoren in einem Chip einer monolithischen integrierten Schaltung betroffen sind, liegt das Verhältnis zwischen deren Gleichstrom-Verstärkungsfaktoren innerhalb Grenzen von ca. 10%. Zusätzlich kann das Verhältnis zwischen den Widerstandswerten der diesen Transistoren zu geordneten Widerstände innerhalb Grenzen von ca. ±2% eingestellt werden. Daher kann im Vergleich mit der herkömmlichen Schaltung ohne jedes Kompensierglied die erfindungsgemäße elektronische Umschalteinrichtung Änderungen der Ausgangsspannung auf ca. ¹Ao oder weniger unterdrücken und genau die Eingangssignale am Ausgangsanschluß abgeben.

Die Erfindung, mit der so eine Änderung der Ausgangsspannung nach einem selektiven oder wahl-

weisen Umschalten der beiden Eingangssignale auf Vio oder weniger im Vergleich zu herkömmlichen Schaltungen unterdrückt werden kann, ermöglicht also eine elektronische Umschalteinrichtung mit ausgezeichneten Umschalteigenschaften.

Hierzu 2 13IaH Ze

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Elektronische Umschalteinrichtung, mit

   — wenigstens zwei Differenzverstärkern, deren jeder einen ersten und zweiten Transistor in Differenzschaltung hat, von denen ein Transistor ein Eingangssignal empfängt und von denen ein Transistor ein Eingangssignal empfängt und vorgespannt ist, und

   — einem ersten Steuerglied zum wahlweisen Betreiben eines der Differenzverstärker und mit einem Steuer-Differenzverstärker mit einem dritten und einem vierten Transistor in Differenzschaltung, die jeweils in Reihe mit jedem Differenzverstärker und einer ersten Konstantstromquells liegen,

   — wobei die Differenzverstärker wahlweise ein- und ausgeschaltet durch wahlweises Ein- und Ausschalten des dritten und des vierten Transistors des Steuer-Differenzverstärkers werden, derart, daß das am gewählten Differenzverstärker liegende Eingangssignal abgegeben werden kann,