DE2937913B2

DE2937913B2 - Elektronische Schaltanordnung

Info

Publication number: DE2937913B2
Application number: DE19792937913
Authority: DE
Inventors: Kotaro Yokohama Kawamura
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1978-09-20
Filing date: 1979-09-19
Publication date: 1981-06-11
Also published as: GB2033181A; DE2937913C3; JPS5542412A; DE2937913A1; GB2033181B

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Schaltanordnung, die zum Verarbeiten von Hochfrequenz-Signalen geeignet ist und insbesondere HF-Signale dann schalten kann, wenn ein Fernsehempfänger zusammen mit einer Video-Signal-Wiedergabevorrichtung, wie z. B. einem Video-Bandaufnahmegerät, einem Video-Plattenspiieler od. dgl., verwendet wird.

Allgemein werden elektronische Schaltanordnungen verwendet, bei denen der Schaltbetrieb mittels Vorwärts-(Durchlaß-) und Rückwärts-(Sperr-)Vorspannen einer Diode erreicht wird. Einige Beispiele derartiger herkömmlicher Schaltanordnungen sind in den Fig. la bis Ic gezeigt.

Fig. la zeigt ein Beispiel, bei dem eine einzelne Diode verwendet wird. Dabei sind vorgesehen HF-Signal-Anschlüsse 1 und 7, Gleichstrom-Sperr-Kondensatoren 2 und 6, die eine ausreichend niedrige Impedanz bei Betriebs- oder Arbeitsfrequenzen aufweisen, eine Diode 4, Widerstände 3 und 5, über die eine Gleichvorspannung angelegt ist, und Steueranschlüsse 8 und 9. Wenn ein positives Potential am Steueranschluß 8 liegt und der Steueranschluß 9 mit Erdpotential beaufschlagt ist, wird die Diode 4 leitend, wodurch ein HF-Leitungsweg zwischen den Anschlüssen 1 und 7 entsteht. Wenn dagegen das Erdpotential am Steueranschluß 8 liegt und der Steueranschluß 9 mit einem positiven Potential beaufschlagt ist, wird die Diode 4 nichtleitend, wodurch der Weg zwischen den Anschlüssen 1 und 7 für die HF-Signale gesperrt ist.

Fig. Ib zeigt ein Beispiel, das zwei Dioden verwendet. Wenn ein positives Potential am Steueranschluß 8 liegt und der Steueranschluß 9 mit dem Erdpotential beaufschlagt ist, wird eine Diode 12 leitend, wogegen eine Diode 13 durch die Rückwärts-Vorspannung nichtleitend wird. Folglich können durch den Weg zwischen den Anschlüssen 1 und 7 HF-Signale geschickt werden. Wenn das Erdpotential am Steueranschluß 8 liegt und der Steueranschluß 9 mit einem poskiven Potential beaufschlagt ist, wird die Diode 13 durch die Vorwärts-Vorspannung eingeschaltet, während die

ίο Diode 12 durch die Rückwärts-Vorspannung ausgeschaltet wird. Als Folge können durch den Weg zwischen den Anschlüssen 1 und 7 HF-Signale nicht geschickt werden. Die Diode 13 dient zur Verbesserung der Sperrkennlinie zwischen den Anschlüssen 1 und 7, wenn der Weg zwischen den Anschlüssen 1 und 7 nichtleitend ist, wie dies aus einem Vergleich mit dem Beispiel der Fig. la folgt Die Verwendung von mehreren Dioden verbessert die Sperrkennlinie weiter.

Fig. Ic zeigt ein Beispiel, das drei Dioden zwischen den Anschlüssen verwendet Wenn die Diode 12 ausgeschaltet und die Diode 13 eingeschaltet ist, so daß der Weg zwischen den Anschlüssen 1 und 7 nichtleitend ist, ist eine Diode 17 ebenfalls nichtleitend, wodurch der Sperrwiderstand zwischen den Anschlüssen 1 und 7 im Vergleich mit dem Beispiel der F i g. Ib verbessert ist.

Im allgemeinen weist eine vorwärts-vorgespannte Diode einen Ersatzwiderstand auf, dessen Wert sich abhängig von einem Vorstrom verändert und gewöhnlich einige Ohm beträgt Dagegen ist eine rückwärtsvorgespannte Diode ersatzschaltungsmäßig ein Kondensator, dessen Kapazitätswert von einer Rückwärts-Vorspannung abhängt und insbesondere ca. 1 pF beträgt. Wenn eine Diode in einer gedruckten Schaltungsplatte od. dgl. enthalten ist, wird die Induktivität von deren Leitungsdraht in Reihe zum obigen Widerstand oder Kondensator addiert. Dieser Induktivitätswert beträgt ca. zehn und einige nH. Wenn also die Diode 4 in F i g. 1 a vorwärts-vorgespannt ist, liegt die in F i g. 2 gezeigte Ersatzschaltung vor. Die Ersatzschaltung der Diode 4 bei Rückwärts-Vorspannung ist in Fig.3 gezeigt. In diesen Ersatzschaltungen sind vorhanden eine Induktivität 19 des Leitungsdrahtes der Diode 4, ein Widerstandswert 20 der Diode 4, die vorwärts-vorgespannt ist, und eine Kapazität 21 der Diode 4, die rückwärts-vorgespannt ist. Die Induktivität 19 des Leitungsdrahtes und die Kapazität 21 sind vernachlässigbar klein bei relativ niederen Arbeits- oder Betriebsfrequenzen. Bei Frequenzen, die so hoch sind wie die Frequenzen im UHF-Band, kann die Reihenschaltung aus der Lcitungs-Induktivität 19 und der Kapazität 21 der rückwärts-vorgespannten Diode in einen Resonanzbereich fallen, und damit wird die Impedanz zwischen den Anschlüssen 1 und 7 verringert. Um den Sperrwiderstand zu verbessern, ist es erforderlich, die Leitungs-Induktivität zu verringern. Wenn jedoch die Bauelemente in der Praxis auf einer gedruckten Schaltungsplatte angeschlossen werden, kann eine Leitungs-Induktivität einer Länge, die der Plattendicke entspricht, nicht vermieden werden.

Obwohl die Schaltungen nach Fig. Ib und Ic mit mehreren Dioden eine höhere Sperrdämpfung als die Schaltung nach Fig. la haben, wird die Trennung bei hohen Frequenzen aus dem gleichen Grund schwach.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine elektrcnisehe Schaltanordnung anzugeben, die eine hervorragende Isolation oder Trennung selbst bei Frequenzen im UHF-Band aufweist.

Die erfindungsgemäße Schaltanordnung ist so aufge-

baut, daß eine Induktivität parallel zu einer Schaltdiode angeschlossen ist, und die Resonanzfrequenz der Parallelschaltung aus der Induktivität und der Kapazität der rückwärts-vorgespannten Diode nahe bei der Frequenz eines durchzuschaltenden HF-Signales gewählt ist, so daß die Parallel-Resonanzr-chaltung bei der Frequenz des HF-Signales eine hohe Impedanz aufweist, wodurch der Sperrwiderstand verbessert wird.

Die elektronische Schaltanordnung besteht also tas einer Diode, an der eine Vorwärts- oder Rückwärts-Vorspannung liegt, um die Diode ein- oder auszuschalten, so daß die Übertragung eines HF-Signaies durch die Schaltanordnung erlaubt oder verhindert ist Damit kein Lecksignal durch die Übergangskapazität der Diode fließt, wenn die Schaltanordnung ausgeschaltet ist wird is eine Induktivität parallel zur Diode geschaltet um zusammen mit der Übergangskapazität der Diode, die rückwärts-vorgespannt ist eine Parallel-Resonanzschaltung zu bilden, die auf die Frequenz eines durch die Schaltanordnung zu übertragenden Signales abgestimmt ist. Auf diese Weise wird eine HF-Schaltanordnung verwirklicht die zum Durchschalten von HF-Signalen auch bis zum UHF-Band vorteilhaft einsetzbar ist.

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

Fig. la bis Ic Schaltbilder herkömmlicher Schaltanordnungen mit Dioden,

F i g. 2 und 3 Ersatzschaltungen der Schaltanordnung der F i g. la, wenn die Diode leitend bzw. nichtleitend ist

Fig.4 ein Schaltbild eines grundlegenden Ausführungsbeispiels der Erfindung,

F i g. 5a und 5b Ersatzschaltbilder der Schaltung der F i g. 4, wenn die Diode leitend bzw. nichtleitend ist

F i g. 6 ein Blockschaltbild, das die Verwendung der erfindungsgemäßen Schaltanordnung zwischen einer Bildsignal-Wiedergabevorrichtung und einem Fernsehempfänger erläutert

F i g. 7 ein Schaltbild eines besiimmten Ausführungsbeispiels der Erfindung und

F i g. 8a und 8b Kurven mit dem Verlauf der Frequenz-Sperrkennlinie zur Erläuterung der Erfindung.

F i g. 4 ist ein Schaltbild eines grundlegenden Ausführungsbeispiels der Erfindung, das eine Schaltanordnung mit einer einzelnen Diode ähnlich zur Schaltung der Fig. ta vorsieht; einander entsprechende Bauteile sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen wie in den F i g. 1 a und 1 b versehen. Weiterhin sind vorgesehen eine Spule 22 und ein Kondensator 23, der eine ausreichend niedere Impedanz bei den Arbeits- oder Betriebsfrequenzen aufweist und der verhindert daß die Diode 4 über die Spule 22 für einen Gleichstrom kurzgeschlossen wird. F i g. 5a zeigt ein Ersatzschaltbild der Schaltung der Fig.4, wobei die Diode 4 vorwärts-vorgespannt ist und die F i g. 5b zeigt ein Ersatzschaltbild der gleichen Schaltung, wobei die Diode 4 rückwärts-vorgespannt ist. Der Kondensator 23 weist eine ausreichend niedere Impedanz auf, wenn H F-Signale dort eingespeist sind (vgL oben) und ist so in den Ersatzschaltungen vernachlässigbar.

Wenn die Diode 4 rückwärts-vorgespannt ist, ist die Kapazität 21 der rückwärts-vorgespannten Diode 4 in Resonanz mit der Spule 22, wie dies in der Ersatzschaltung der Fig. 5b gezeigt ist. Wenn die M Resonanzfrequenz auf einen Wert um die Betriebs- oder Arbeitsfrequenzen eingestellt wird, hat der Weg /wischen den Anschlüssen 1 und 7 eine hohe Impedanz.

was zu einer beträchtlichen Verbesserung des Sperrwiderstandes im Vergleich mit der Schaltung nach Fig. la führt Wenn z. B. die Rückwärts-Vorspannungs-Kapazität 21 den Wert 1 pF hat und die Arbeitsfrequenz 600 MHz beträgt, wird für die Induktivität der Spule 22 der Wert 70 nH gewählt Wenn die Diode 4 vorwärtsvorgespannt ist wird der Widerstandswert 20 der vorwärts-vorgespannten Diode 4 ausreichend klein in der Ersatzschaltung der Fig.5a, und somit hat die parallel mit der Diode 4 geschaltete Spule 22 keinen Einfluß.

Fig.6 ist ein Blockschaltbild eines Beispieles eines Systems, das einen derartigen elektronischen HF-Schalter verwendet Dieses Beispiel zeigt daß der Schalter die Verbindung zwischen einer Bildsignal-Wiedergabevorrichtung, wie z. B. einem Video-Bandaufnahmegerät einem Video-Plattenspieler od. dgL, und einem Fernsehempfänger steuert um ein von der Wiedergabevorrichtung wiedergegebenes Signal anzuzeigen. Die Heim-Bildsignal-Wiedergabevorrichtung ist allgemein so aufgebaut daß das hiervon wiedergegebene Signal durch einen üblichen Fernsehempfänger beobachtet werden kann. In Fi g. 6 sind vorgesehen ein HF-Modulator 27 zum Mischen eines bei einer Bildwiedergabeeinrichtung 28 wiedergegebenen Bildsignales 29 und eines Tonsignales 30. Weiterhin ist ein elektronischer HF-Schalter 26 nach der Erfindung vorgesehen. Ein gemeinsamer Anschluß c des Umschalt-Schalters 26 ist mit einem HF-Ausgangsanschluß 25 verbunden, der weiterhin an einen Antennenanschluß eines Fernsehempfängers (nicht gezeigt) angeschlossen ist Weiterhin ist ein Antennen-Eingangsanschluß 24 vorgesehen, der an eine Antenne (nicht gezeigt) angeschlossen ist um Fernseh- oder Rundfungsignale zu empfangen. An einem Kontaktstück a des Umschalt-Schalters 26 liegt ein empfangenes Fernsehsignal, das vom Eingangsanschluß 24 eingespeist ist. Am anderen Kontaktstück b liegt ein wiedergegebenes HF-Signal 31, das der HF-Modulator 27 erzeugt. Daher werden das empfangene Fernsehsignal und das wiedergegebene Signal von der Bildwiedergabeeinrichtung wahlweise zum Fernsehempfänger durch den Umschalt-Schalter 26 gespeist

Der Umschalt-Schalter 26 ist in der Weise aufgebaut wie dies in F i g. 7 gezeigt ist, die ein bestimmtes Ausführungsbeispiel der Schaltanordnung darstellt die nicht nur VHF-Band-Signale, sondern auch UHF-Band-Signale verarbeiten kann. Diese Schaltungsanordnung ist eine Zusammenfassung einer Drei-Dioden-Schaltung (vgl. Fig. Ic) und von zwei in Kaskade geschalteten Ein-Dioden-Schaltungen, von denen eine entsprechend F i g. 1 a aufgebaut ist, wobei jede Diode mit einem Induktivitäts-Bauelement parallel geschaltet ist

Ein Eingangsanschluß 32 entspricht dem Kontaktstück a des HF-Umschalt-Schalters 26 in Fig.6, ein Eingangsanschluß 51 entspricht dem Kontaktstück b, und ein Ausgangsanschluß 42 entspricht dem gemeinsamen Anschluß c. Wenn ein positives Potential an einem Stcueranschluß 52 liegt und das Erdpotential einem Steueranschluß 53 zugeführt ist, werden Dioden 35 und 39 eingeschaltet und Dioden 36,45 und 48 ausgeschaltet Als Ergebnis kann ein am Eingangsanschluß 32 liegendes Fcrnseh-Signal über den Ausgangsanschluß 42 zu einem Fernsehempfänger übertragen werden. Wenn dagegen d;is Erdpotentia! am Steueranschluß 52 liegt und ein positives Potential dem Steueranschluß 53 zugeführt ist. werden die Dioden 36, 45 und 48 leitend und die Dioden 35 und 39 nichtleitend. Folglich wird ein wiedergegebenes HF-Signal 31, das am Eingangsan-

Schluß 51 liegt, zum Ausgangsanschluß 42 übertragen. Auf diese Weise kann eine wahlweise Einspeisung eines Fernseh-Signales und eines wiedergegebenen HF-Signales in einen Fernsehempfänger einfach durch die elektronische Schaltanordnung durchgeführt werden. Wenn in diesem Fall das wiedergegebene HF-Signal 31 zum Antennen-Eingangsanschluß 24 streut, wird das Streusignal von der Antenne nach außen abgestrahlt, wobei es einen anderen Empfänger stört. In der Bundesrepublik Deutschland ist beispielsweise durch VDE-Vorschriften festgelegt, daß eine derartige Streuspannung nicht größer als 20 dB (μν) sein darf. Da die Spannung eines wiedergegebenen HF-Signales gewöhnlich etwa 7OdB (μν) beträgt, sollte die Dämpfung des Eingangsanschlusses 51 vom Eingangsanschluß 32 wenigstens 50 dB sein. Somit sind Spulen 54 und 57 in Reihe mit Gleichstrom-Sperrkondensatoren 55 und 56 jeweils über Dioden 35 und 39 vorgesehen, wie dies dargestellt isL Die Kapazität der rückwärts-vorgespannten Diode 35 und die Spule 54 bilden eine Resonanzschaltung, und die Kapazität der rückwärtsvorgespannten Diode 39 und die Spule 57 bilden eine andere Resonanzschaltung. Die Resonanzfrequenzen beider Resonanzschaltungen sind nahe der Frequenz eines wiedergegebenen HF-Signales gewählt. Wenn z. B. die Frequenz eines wiedergegebenen HF-Signales 60 MHz beträgt, sind die Induktivitätswerte der Spulen 54 und 57 auf 70 nH gewählt, wie dies oben erläutert wurde. Die Werte der anderen Schaltungs-Bauelemente sind so gewählt, wie dies dargestellt ist, und eine positive Spannung von 12 V liegt an jedem der Steueranschlüsse. Die Messungen der Isolation in der Schaltanordnung der Fig. 7 unter diesen Bedingungen sind in Fig.8a dargestellt. Zusätzlich ist für den Vergleich mit der Wirkung der Erfindung die Messung der Schaltanordnung ohne die Spulen 54 und 57 in F i g. 8b gezeigt. Aus den Kurven folgt, daß in der erfindungsgemäßen Schaltanordnung die Dämpfung bei hohen Frequenzen im Vergleich mit der Kurve der Fig.8a wesentlich verbessert ist, und daß insbesondere die Dämpfung von 6OdB oder mehr bei einer Arbeits- oder Betriebsfrequenz von ca. 600MHz erreicht wird. Da die Frequenzen eines von einer Bildwiedergabevorrichtung wiedergegebenen HF-Signales gewöhnlich in einem unbenutzten Kanal zwischen den Femseh-Kanälen gewählt sind, kann eine Änderung in der Frequenz des wiedergegebenen HF-Signales so groß wie einige Kanal-Bänder um die Mittenfrequenz des HF-Signales sein. Wenn jedoch die obige Resonanzfrequenz beim Mittenwert gewählt wird, kann eine ausreichend hohe Dämpfung in dem Bereich der Betriebs- oder Arbeitsfrequenzen bewirkt werden, wie dies in Fig.8a dargestellt isL

Ohne die Spulen 54 und 57 wird eine Dämpfung von 50 dB oder mehr lediglich bei Frequenzen im VHF-Band und nicht bei Frequenzen im UHF-Band erzielt, wie dies in Fig.8b gezeigt ist. Dies bedeutet, daß die Schaltanordnung dann nicht im UHF-Band verwendbar ist.

Der Einsatz von mehreren Schaltdioden kann einen beträchtlichen Übertragungsverlust im leitenden Zustand der Dioden hervorrufen. Wenn jedoch im Ausführungsbeispiel der Fig.7 die Dioden 35 und 39 eingeschaltet und die Dioden 36,45 und 48 ausgeschaltet sind, beträgt der gemessene Übertragungsverlust im leitenden Weg vom Anschluß 32 zum Anschluß 42 1 dB oder weniger bei einigen MHz bis 1 GHz, und zusätzlich ist kein merklicher Einfluß der Spulen 54 und 57 auf die Übertragung vorhanden.

Während beim Ausführungsbeispiel der F i g. 7 eine Spule parallel zu lediglich jeder der Dioden 35 und 39 vorgesehen ist, kann eine Spule — wenn erforderlich — auch jeder Diode 45 und 48 auf der Seite des Anschlusses 51 parallel geschaltet werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektronische Schaltanordnung,

bei der wenigstens eine Diode zwischen zwei Anschlüssen liegt und

bei der eine Gleichvorspannung der Diode in der Vorwärts- oder Rückwärts-Richtung zugeführt ist, um die Diode leitend bzw. nichtleitend zu machen, so daß die Übertragung eines HF-Signales zwischen den beiden Anschlüssen möglich oder verhindert ist, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Induktivität (22) über einen Gleichstrom-Sperrkondensator (23) zu der wenigstens einen Diode (4) parallel geschaltet ist, und
daß die Induktivität (22) und die Übergangskapazität der Diode (4) in einem rückwärts-vorgespannten Zustand eine Parallel-Resonanzschaltung biiden, deren Resonanzfrequenz auf die Nähe der Frequenz des HF-Signales abgestimmt ist, das zwischen den beiden Anschlüssen (8,9) übertragen wird (F i g. 4).

2. Elektronische Schaltanordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet,

daß ein gemeinsamer Anschluß (42) zwischen den beiden HF-Anschlüssen (32,51) vorgesehen ist,
daß wenigstens eine Diode (35,39,45,48) zwischen dem gemeinsamen Anschluß und jedem der beiden Anschlüsse (32, 51) liegt, wobei eine Anschlußseite vorwärts-vorgespannt ist, wenn die andere Anschlußseite rückwärts-vorgespannt ist, und
daß eine Induktivität (54, 57) über einen Gleichstrom-Sperrkondensator (55, 56) zu der Diode (35, 39) wenigstens einer Anschlußseite parallel geschaltet ist (F ig. 7).