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Monolithisch integrierte Halbleiterschaltung
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Die Erfindung bezieht sich auf eine monolithisch integrierte Halbleiterschaltung,
bei der der die Halbleiterschaltung aufnehmende Halbleiterkörper mit einem ersten
elektrischen Anschluß für einen externen Schaltungsteil sowie mit zwei weiteren,
der Zufuhr der zum Betrieb der Halbleiterschaltung erforderlichen Betriebspotentiale
dienenden Anschlüssen versehen ist, bei der der erste Anschluß mittels des externen
Schaltungsteils an eines der beiden Betriebspotentiale oder an ein drittes Betriebspotentlal
anschaltbar und außerdem mit dem Kollektor eines ersten Transistors sowie mit einem
Signaleingang für die eigentliche Halbleiterschaltung verbunden ist und bei der
schließlich die über die eigentliche Halbleiterschaltung gegebene Verbindung zwischen
dem ersten elektrischen Anschluß und dem das als Bezugspotential (Masse) dienende
Betriebspotential führenden Anschluß des Halbleiterkörpers unter Vermittlung des
ersten Transistors überbrückbar ist.
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Die Erfindung ist auf Grund von Untersuchungen an sogenannten PLL-Stereodekodern,
wie sie in Rundfunkempfängern zum Stereoempfang üblich sind, entstanden und soll
deshalb auch auf dieser Grundlage näher beschrieben werden. Man erkennt aber andererseits,
daß eine Anwendung der Erfindung in bedeutend weiterem Umfang möglich ist.
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Hinsichtlich der Ausgestaltung der sogenannten PLL-Stereodekoder kann
zum Beispiel auf die Literaturstelle "Funkschau" (1975), Heft 10/193, Seiten 57
bis 59 hingewiesen werden.
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Der dort beschriebene Stereodekoder ist mit einer Kontrollampe La
als äußeren Schaltungsteil versehen, die durch den sich beim Empfang eines Stereosignals
beziehungsweise des mit diesem verbundenen Pilotsignals durch den im Halbleiterkristall
monolithisch integrierten eigentlichen Dekoder einstellenden Betriebszustand selbsttätig
aktiviert wird. Somit zeigt das Aufleuchten der Stereoanzeigelampe, daß eine Stereosendung
empfangen wird. Nun muß für die Stereowiedergabe und auch für den Betrieb der Stereoanzeigelampe
ein im Dekoder vorgesehener Oszillator aktiviert sein. Die von dem aktivierten Oszillator
emittierten Schwingungen stören aber den Empfang normaler amplitudenmodulierter
Sendungen durch den mit dem Dekoder verbundenen Rundfunkempfänger, Da während des
Empfangs von amplitudenmodulierten Sendungen das Stereosignal fehlt, konnte für
diesen Fall der Oszillator abgeschaltet sein, Andererseits muß aber der Oszillator
beim Empfang frequenzmodulierter Sendungen eingeschaltet sein, da der Dekoder nur
bei schwingendem Zustand des Oszillators beim Empfang von frequenzmodulierten Sendungen
also bei FM-Empfang den stereophonen Charakter der betreffenden Sendung erkennen
kann. Dies bedeutet, daß der Oszillator des Dekoders bei UKW-Emp-
fang
auf Jeden Fall in Betrieb sein muß, gleichgültig, ob die ankommende Sendung monophon
oder stereophon ist, während beim Empfang im Langwellen-, Mittelwellen- und Kurzwellenbereich,
also in Empfangsbereichen mit ausschließlich amplitudenmodulierten Sendungen der
Oszillator ausgeschaltet sein kann.
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Ersichtlich bildet die Stereoanzeigelampe einen externen Bestandteil
zu dem sonst monolithisch zusammengefaßten Stereodekoder. Dieser Bestandteil ist
mit seinem einen Anschluß an das vom Bezugspotential, also Masse, verschiedene Betriebspotential
für den Stereodekoder gelegt, das letzterem über einen entsprechenden Versorgungsanschluß
des den Dekoder aufnehmenden Halbleiterkristalls - ebenso wie das Bezugspotential
- zugeführt ist. Zwischen dem über die Stereoanzeigelampe La an das genannte Betriebspotential
gelegten Anschluß A des Halbleiterkörpers und dem Bezugspotential ist ein zusätzlicher
Transistor vorgesehen, dessen Kollektor am Anschluß A liegt, dessen Emitter am Bezugspotential,
also an Masse, liegt und dessen Basis durch ein beim UKW-Betrieb des Empfängers
erzeugtes und mit 11 bezeichnetes Dauersignal gesteuert ist.
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Die entsprechende Schaltung ist in Fig. 1 dargestellt.
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Der das eine Betriebspotential "+ h at" liefernde positive Pol einer
Gleichspannungsquelle ist über die Stereoanzeigelampe La und den Anschluß A des
Halbleiterkörpers des Stereodekoders an den zusätzlich zum Dekoder vorgesehenen
Schalttransistor T1, also dem als npn-Transistor ausgebildeten ersten Transistor
gemäß obiger Definition, gelegt. Die Basis des ersten Transistors T1 ist durch das
Aktivierungssigna' 11 beaufschlagt, während der Emitter des Transistors T1 am Bezugspotential
liegt. Es handelt sich also um einen Transistor in Emitterscnal-
tung.
Das sich während des Betriebs dieses Transistors T1 an dessen Kollektor einstellende
Potential Un könnte nun an sich unter Ausnutzung des leitenden und der nichtleitenden
Zustände des Schalttransistors T1 für die Steuerung des Betriebs wenigstens eines
Teils der eigentlichen Halbleiterschaltung, also zum Beispiel des Oszillators des
Stereodekoders, herangezogen werden.
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Ist nämlich dieser Transistor T1 leitend, so ist das Kollektorpotential
U1 dieses "Lampentreibers" in der Praxis nahe dem Bezugspotential, das durch denrnegativen
Pol der Gleichspannungsquelle gegeben und durch "-Xat" zu bezeichnen ist. Handelt
es sich um den Empfang einer monophonen Sendung, so wird durch entsprechende Steuerung
der Basis der Transistor T1 in den Sperrzustand übergeführt, so daß das Kollektorpotential
in Richtung auf das Potential BatW verschoben und mit diesem gleich wird, wenn jede
Verbindung zwischen dem Anschluß A und dem Bezugspotential "-UBatS Dzüber den eigentlichen
Stereodekoder zugleich unterbrochen ist. Da bei Verwendung einer Schaltung gemäß
Fig. 1 bei einem Stereodekoder die ganze Potentialdifferenz zwischen "oUBat" und
~#UBat" beim Empfang von monophonen und beim Empfang von stereophonen Sendunge#n
überstrichen wird, läßt sich auf eine solche Weise keine zum Schalten des Oszillators
geeignete Information ableiten.
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Es ist nun Aufgabe.der Erfindung eine Abhilfe anzugeben.
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Gemäß der Erfindung wird die eingangs definierte monolithisch integrierte
Halbleiterschaltung so ausgestaltet, daß der erste Transistor T1 mittels eines zweiten
Transistors zu einer Darlingtonstufe ergänzt ist, daß dabei die Basis des zweiten
Transistors als Eingang für ein Steuersignal I1 verwendet iStf daß ferner der Kollektor
des ersten Transistors T1 über einen Widerstand zur
Steuerung der
Basis eines dritten Transistors verwendet und die Basis des in Emitterschaltung
betriebenen dritten Transistors an das Bezugspotential "~ h at§' gelegt ist, während
der Kollektor des dritten Transistors zur Steuerung wenigstens eines Teils der eigentlichen
integrierten Halbleiterschaltung vorgesehen ist.
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Somit erfüllen die drei genannten Transistoren im Hinblick auf die
eigentliche integrierte Halbleiterschaltung eine durch das Vorhandensein des externen
Schaltungsteils La erforderliche Hilfsfunktion.
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Zum Verständnis der Erfindung wird auf die Fig. 2 bis 4 hingewiesen,
wobei in Fig. 1 ein Schaltbild einer allgemeinen Ausführung und in den Fig. 3 und
4 verbesserte Ausführungen einer Vorrichtung gemäß der Erfindung dargestellt sind.
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Bei der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung gemäß der Erfindung ist
der Kollektor des ersten Transistors TX mit dem Kollektor des zweiten - dem ersten
Transistor T1 gleichen - Transistors T2 unmittelbar verbunden. Außerdem liegt der
Emitter des zweiten Transistors T2 unmittelbar an der Basis des ersten Transistors
T1, dessen Emitter entsprechend der in Fig. 1 dargestellten Schaltung auch hier
unmittelbar an das Bezugspotential "-UBat" gelegt ist. Das zur Steuerung der eine
Darlingtonstufe darstellenden Kombination aus den beiden Transistoren T1 und T2
dienende Signal I1 wird der Schaltung einerseits über die Basis des zweiten Transistors
T2 und andererseits über den Anschluß für das Bezugspotential "-UBat" zugeführt.
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Der Ausgang der Darlingtonstufe T1 und T2 ist durch die miteinander
verbundenen Kollektoren der beiden Transistoren T1 und T2 gegeben, der somit an
dem ersten An-
schluß A des Halbleiterkörpers liegt, während er
außerdem über den Widerstand R1 an der Basis eines dritten Transistors T3, , der
in Emitterschaltung betrieben und im Beispielsfall als npn-Transistor realisiert
ist. Entsprechend dem Betrieb in Emitterschaltung ist das Emitterpotential des Transistors
T3 durch eines der beiden Betriebspotentiale unmittelbar gegeben, während der als
Ausgang dienende Kollektor des dritten Transistors T3 über einen Lastwiderstand
an das andere Betriebspotential geschaltet ist. Bevorzugt ist nicht nur der Transistor
T1 und der Transistor T2 als npn-Transistors sondern auch der Transistor T3 und
der noch einzuführende Transistor T4 als npn-Transistor gegeben. In diesem Falle
liegen die Emitter der Transistoren T1 T3 und T4 am Bezugspotential "-UBat", während
die Kollektoren der Transistoren T1 und T2 über den Anschluß A und die Anzeigelampe
La, und der Kollektor des Transistors T3 über einen Lastwiderstand R2 mit dem anderen
Betriebspotential ~+UBat" verbunden sind.
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Zu erwähnen ist noch, daß zweckmäßig in Weiterbildung der#Erfindung
der externe Schaltungsteil, also im Beispielsfalle die Anzeigelampe La, über einen
Schalter S oder einen Schaltfunktion ausübenden signalgesteuerten Schaltungsteil
an das Betriebspotential "+UBat" gelegt ist.
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Bei der in Fig. 2 dargestellten Schaltung gemäß der Erfindung ergeben
sich nun folgende Betriebsmöglichkeiten: a) Der Schalter S ist geschlos#en. Außerdem
fließt kein Signalstrom I. In diesem Fall sperren die beiden Transistoren T1 und
T2 der Darlingtonstufe. Das Potential U1 am Kollektor der die Darlingtonstufe bildenden
beiden
Transistoren T1 und T2 ist gleich dem anderen Betriebspotential "+UBat". Der Transistor
3 ist durch den dann über den Widerstand R1 fließenden Strom 12 geschaltet, so daß
das Kollektorpotential U2 von T3 praktisch gleich dem Bezugspotential "-UBat" ist.
Damit ist ein erster definierter Betriebszustand der Schaltung und damit ein definiertes
Potential U2 an dem die eigentliche Halbleiterschaltung ES steuernden Ausgang der
Schaltung gegeben. Es bereitet keine Schwierigkeiten, einen Oszillator ES des Stereodekoders
durch diesen Ausgang so zu steuern, daß im Falle U2 ev -UBat der Oszillator schwingt.
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b) Der Schalter S ist geschlossen. Gleichzeitig ist am Eingang der
Darlingtonstufe T1, T2 ein Signal, also ein Strom I1 abhängig. Damit sind die beiden
Transistoren T1 und T2 leitend. Das Kollektorpotential der beiden Transistoren der
Darlingtonstufe, also das Potential U1, kann aber nicht weiter sich dem Bezugspotential
t-UBatn # nähern, als der Summe aus der Basis-Emitterspannung des zweiten Transistors
T2 und der Sattigungsspannung des ersten Transistors T1 entspricht. Soll der Transistor
T3 bei diesem Betriebszu stand leitend sein, so muß die Differenz zwischen dem Kollektorpotential
U1 und dem Bezugspotential größer als die Basis-Emitterspannung des dritten Transistors
T3 sein, Es muß also (1) U1 = UBET1 + UCEsattT2# UBET1 UBET3 gelten. Andererseits
muß, damit die Stereo-Anzeigelampe leuchtet, die Differenz aus dem Betriebspotential
ff+UBatfl und dem Kollektorpotential Ui ausreichend sein, um die für den Betrieb
von La erforderliche Betriebsspannung zu gewährleisten.
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Da einerseits mit wachsendem Emitter-Basisstrom IEB eines Transistors
die zugehörige Emitter-Basisspannung UEB des Transistors (nach Maßgabe der Kennlinieseiner
Emitter-Basis-Kennlinim3 wächst und andererseits die Sättigungsspannung UCEsatt
des Transistors mit dem zugehörigen Betriebsstrom ICE wächst und au-Werden sich
mit wachsender Fläche des Transistors verkleinert, hat man es durch geeignete Wahl
der geometrischen Bemessung der Transistoren T, T2 und T3 sowie deren Betriebsparameter
in der Hand, die Be-3 ziehung Ci) sowie die Forderung einer ausreichenden Betriebsspannung
für die Anzeigelampe La ohne Schwierigkeiten bei der Realisierung der Erfindung
zu erfüllen. Dann ist der dritte Transistor leitend, da ein zur Durchschaltung des
Transistors T3 ausreichender Strom 12 von der Darlingtonstufe geliefert wird.
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Nun ist der übliche PLL-Stereodekoder nicht nur mit einem beim Empfang
einer Stereosendung zu aktivieren den Oszillator, sondern auch noch mit einer Anlage
ausgerüstet, welche dazu imstande#ist, den Charakter einer Stereosendung zu erkennen.
Eine solche Anlage kann nun zur Erzeugung des Signals Ii herangezogen werden. Das
Potential U1 aktiviert dann bei Anwendung der Erfindung den Oszillator ES über eine
der in Fig. 2 bis 4 dargestellten Schaltungen, die dann so ausgelegt sind, daß die
Bedingung (1) erfüllt ist.
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Dann wird der Oszillator ES sowohl unter den in a) als auch unter
den hier aufgeführten Bedingungen schwingen.
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Bei den unter a) aufgeführten Bedingungen und bei den unter b) aufgeführten
Bedingungen ist der Schalter S geschlossen, außerdem schwingt, wenn die Bedingung
(1) erfüllt ist, der Oszillator ES in beiden Fällen.
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Schließlich ist in beiden Fällen ein Anzeige durch
die
Lampe La gegeben. Man wird also zweckmäßig bei Verwendung der Erfindung auf einen
Stereodekoder in einem Rundfunkempfänger den Schalter S derart anbringen, daß der
Schalter nur bei UKW-Empfang geschlossen ist, während bei LW-, MW- und KW-Empfang
(also beim Betrieb in den den amplitudenmodulierten Sendungen vorbehaltenen Bereichen)
der Schalter S geöffnet und damit die Verbindung zwischen dem Anschluß A und dem
Betriebspotential "+UBat" unterbrochen ist.
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Dann wird beim Ansprechen der Stereo-Erkennungsanlage (zum Beispiel
beim Vorliegen eines Pilotsignals) -also somit nur beim UKW-Empfang - ein Signal
I1 von der Erkennungsanlage geliefert. Dies bedeutet dann, daß beim Vorliegen der
Bedingung (1) sowohl die Anzeigelampe La brennt, als auch der Oszillator ES schwingt.
Spricht hingegen die Stereo-Erkennungsanlage nicht an und ist der Schalter S geschlossen,
dann schwingt zwar, wegen der Bedingung (1), der Oszillator ES, die Lampe La ist
hingegen ausgeschaltet.
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c) Ist nun der Schalter S geöffnet, so kann auch bei Anwesenheit eines
Signals I1 am Eingang der Darlingtonstufe T1, T2 kein Strom 12 in die Basis des
dritten Transistors T3 fließen, so daß dieser Transistor T3 sperrt. Damit ist das
Ausgangspotential U2 des Transistors T3 gleich dem anderen Betriebspotential "+UBat".
Damit ist der Oszillator ES in Ruhe, so daß selbst bei Anwesenheit eines Signals
T der Oszillator nicht in Betrieb sein könnte. Dies bedeutet, daß kein Stereoempfang,
sondern nur monophoner Empfang möglich ist.
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Ist der Schalter S offen, dann sind sowohl der für den Betrieb der
Anzeigelampe La als auch die über die
Kollektoren der Transistoren
T1, T2 und T3 fließenden Ströme gleich Null, Damit sinkt der Wert des Potentials
U1 unter den Wert der Summe 'trat + UBET3, so daß also (2) Bat i UBET3 gilt, wobei
UBET3 die zum Ansprechen des Transistors T3 erforderliche Emitter-Basisspannung
ist. Ist die Bedingung (2) erfüllt, dann ist auf jeden Fall gewährleistet, daß der
Oszillator ES stillgelegt ist, gleichgültig, ob ein von dem beim Empfang einer Stereosendung
ansprechender Indikator ein Signal I1 an den Eingang der--Darlingtonstufe T1 T2
gibt.
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In der Praxis bedeutet dies, daß man den die Erfindung benutzenden
Rundfunkempfänger so ausgestaltet, daß mit dem Einschalten des UKW-Empfangs automatisch
der Schalter S geschlossen und beim Einschalten der übrigen Empfangsbereiche hingegen
offen ist. Andererseits wird man Jedoch die Möglichkeit vorsehen, daß man zum Beispiel
bei gestörtem Stereoempfang auf den monophonen Empfang auch im UKW-Bereich umschalten
kann. Dies geschieht, indem man die Möglichkeit vorsieht, auch bei UKW-Empfang den
Schalter S, zum Beispiel manuell zu öffnen, wodurch dann der Oszillator ES auch
bei UKw-Empfang außer Betrieb gesetzt wird.
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Bei der in Fig. 3 dargestellten weiteren Ausgestaltung der Erfindung
ist der Emitter des zweiten Transistors T2 über einen Widerstand R3 mit der Basis
des ersten Transistors $1 verbunden, während im übrigen die Schaltung
gemäß
Fig. 2 unverändert übernommen ist. Damit wird (3) U1 = -UBat + UBETI + UR3 + UCESattT2>#
UBET3 und (2) U1 < UBET3 -UBat' wobei UR3 die beim Betrieb sich längs des Widerstands
R3 einstellende Potentialdifferenz bedeutet. Da der Spannungsabfall längs des Widerstands
R3 mit wachsendem Strom I1 ebenfalls stärker wird, hat man mit dem Widerstand R3
eine Möglichkeit, die Ansprechgenauigkeit der Schaltung zu verbessern.
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Eine weitere Möglichkeit ist aus Fig. 4 zu ersehen. Hier ist die in
Fig. 2 dargestellte Schaltung durch einen vierten Transistor T4 ergänzt, dessen
Emitter am Bezugspotential -UBat, dessen Kollektor an der Basis des zweiten Transistors
T2 und dessen Basis an dem Emitter des ersten Transistors T1 liegt. Außerdem ist
die Basis des vierten Transistors T4 und der Emitter des ersten Transistors T1 über
den Widerstand R4 an das Bezugspotenial -UBat gelegt.
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Dies bedeutet, daß für das Potential U1 die Bedingungen (4) U1 = UR4
+ UBET1 + UCEsatT2 i UBat # UBET3 und (5) UR4 # UBET4
gelten, wobei
UR4 der Spannungsabfall längs des Widerstands R4 und UBET4 die Basis-Emitterspannung
für den Transistor TX im leitenden Zustand dieses Transistors T4 bedeutet.
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Durch die' Verwendung des Transistors T4 wird der für den Betrieb
der Anzeigelampe La zur Verfügung stehende Strom auf ein Maximum UBET4/R4 begrenzt,
wobei R4 der Ohmwert dieses Widerstands ist.
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Die durch das Ausgangspotential U2 von T3 und das Bezugspotential
-UBat gegebene Ausgangsspannung kann nicht nur zur Steuerung des Oszillators, sondern
auch noch weiterer Schaltungsteile im Falle der Anwendung der Erfindungauf einen
PLL-Stereodekoder benutzt werden. Beispiele hierfür sind die Steuerung des Frequenzteilers,
des Phasenvergleichers und so weiter, die auf Grund der sich einstellenden Werte
von U1 eingeschaltet beziehungsweise ausgeschaltet werden, während im übrigen der
Betrieb der Anlage aufrechterhalten bleibt. Erfahrungsgemäß geht im Fall c) die
Stromaufnahme zum Beispiel um etwa 40 96 gegenüber den oben beschriebenen Fällen
a) und b) zurück. Somit werden im Falle c), also AM-Empfang beziehungsweise Zwangsmonoempfang,
die verwendeten Stromquellen, zum Beispiel Batterien, weniger belastet.
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Es ist verständlich, daß man eine Vorrichtung gemäß der Erfindung
auch bei anderen Schaltungen als für den Betrieb eines Stereoiekoders einsetzen
kann, da sowohl der externe Schaltungsteil als auch der über den Transistor T) zu
steuernde Schaltungsteil ES ersichtlich durchaus verschiedener Natur sein kann,
so daß der Einsatz der
Erfindung sowohl bei Analogschaltungen als
auch bei Digitalschaltungen mit Erfolg möglich ist. Von der Darstellung entsprechender
Beispiele soll Jedoch abgesehen werden.
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4 Figuren 9 Patentansprüche