DE3034077A1

DE3034077A1 - Komplementaercharakteristik-schaltkreis

Info

Publication number: DE3034077A1
Application number: DE19803034077
Authority: DE
Inventors: Tatsuro Yokohama Kanagawa Shirai
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 1979-09-18
Filing date: 1980-09-10
Publication date: 1981-03-19
Also published as: DE3034077C2; JPS5939932B2; GB2059227B; GB2059227A; JPS5643833A

Description

Die Erfindung betrifft allgemein einen Schaltkreis, der dazu dient, zwei Ausgangssignale mit relativ zueinander komplementären Eigenschaften zu erhalten, und insbesondere einen Schaltkreis, der in einem Signalübertragungssystem, z.B. einem Kompandorsystem erforderlich ist, das eine Vorrichtung zur Herabsetzung des Rauschens enthält.

Bis jetztwird in einem Kompandorsystem, das eine Vorrichtung zur Herabsetzung des Rauschens enthält, das in dem Übertragungssystem auftretende Rauschen herabgesetzt und der dynamische Bereich wirksam erweitert, indem das Signal in der ersten Hälfte des Übertragungssystems zusammengedrängt (kodiert) wird und indem dann das komprimierte Signal in der zweiten Hälfte des Übertragungssystems gedehnt (dekodiert) wird.

Um dies jedoch im übertragungssystem zu erreichen, ist es erforderlich, aus einem Signal das ursprüngliche Signal wieder herzustellen, und daher ist es wesentlich, eine Schaltungsanordnung zu verwenden, in der zwei Signale mit zueinander komplementären Eigenschaften erhalten werden. Dementsprechend werden derartige Signale durch Schalten von Rückkopplungswegen desselben Stromkreises abgeleitet.

Um eine derartige Schaltung durchzuführen, wird im bekannten System ein Schaltkreis, z.B. ein Halbleiterschaltkreis verwendet, und der Schalter muß augenblicklich umgeschaltet werden, um eine Reihe von Problemen zu vermeiden, die später anhand der Zeichnung beschrieben werden.

lieh Wenn jedoch ein Schaltkreis augenblick/umgeschaltet wird, kann Rauschen auftreten und dem zu übertragenden Signal überlagert sein.

Die vorliegende Erfindung wurde durchgeführt, um den obengenannten Nachteil bei dem bekannten Komplementärcharakteristik-Schaltkreis zu beheben.

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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Komplementärcharakteristik-Schaltung zu schaffen, mit der perfekte komplementäre Eigenschaften erhalten werden, wobei gleichzeitig das Schaltungsrauschen deutlich und stark im Vergleich zur bekannten Schaltung herabgesetzt ist.

Bei einem derartigen Komplementärcharakteristik-Schaltkreis soll die Schaltungssynchronisierung bzw. der Schaltungszeitpunkt keiner Einschränkung unterliegen.

Der Komplementärcharakteristik-Schaltkreis soll außerdem einfach aufgebaut sein.

An den Komplementärcharakteristik-Schaltkreis soll außerdem die sogenannte Weichschaltungstechnik angepaßt werden können.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, indem gemäß der Erfindung ein Komplementärcharakteristik-Schaltkreis geschaffen wird mit:

(a) einem Operations- bzw. Funktionsverstärker, der eine nichtinvertierende Eingangsklemme zur Aufnahme eines Eingangssignals / eine invertierende Eingangsklemme und eine Ausgangsklemme besitzt,

(b) einer die übertragungscharakteristik bestimmenden Schaltungsanordnung, die eine an die Ausgangsklemme des Operationsverstärkers angeschlossene Eingangsklemme und eine Ausgangsklemme besitzt,

(c) einem Rückkopplungswiderstand, der dazu dient, das Ausgangssignal der die Übertragungscharakteristik festlegenden Schaltungsanordnung zurück zur invertierenden Eingangsklemme des Operationsverstärkers zu führen,

(d) einem zwischen der Ausgangsklemme des Operationsverstärkers und der invertierenden Eingangsklemme des Operationsverstärkers angeordneten Schaltkreis,

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(e) einer ersten Ausgangskleirane, die dazu dient, das Ausgangssignal der die übertragungscharakteristik festlegenden Schaltungsanordnung abzuleiten, und

(f) einer zweiten Ausgangsklemme, die dazu dient, das Ausgangssignal des Operationsverstärkers abzuleiten.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt:

Fig. 1 ein schematisches Diagramm eines herkömmlichen Komplementärcharakteristik-Schaltkreises, das das Prinzip, auf dem die Schaltung beruht , veranschaulicht,

Fig. 2 ein Schaltbild eines herkömmlichen Halbleiterschaltkreises, der in der Schaltung von Fig. 1 verwendet wird,

Fig. 3 ein schematisches Diagramm eines erfindungsgemäßen Komplementärcharakteristik-Schaltkreises, das das Prinzip, auf dem die Schaltung beruht, veranschaulicht,

Fig. 4 ein Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen KomplementärCharakteristik-Schaltkreises und

Fig. 5 ein Schaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Komplementärcharakteristik-Schaltkreises .

Fig. 1 zeigt ein Diagramm, in dem das Prinzip eines herkömmlichen Komplementärcharakteristik-Schaltkreises veranschaulicht ist. In der Schaltung bzw. dem Stromkreis von Fig. 1 sind eine Signaleingangsklemme 1, zwei Signalausgangsklemmen 2 bzw. 3, ein Operationsverstärker 4, eine die übertragungscharakteristik bzw. -eigenschaften festlegende Schaltungsanordnung 5 (wobei die Übertragungs-

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funktion in Abhängigkeit von F ausgedrückt wird) und ein Schaltkreis 6 gezeigt, der durch einen einpoligen Umschalter dargestellt ist.

Der Schaltkreis 6 führt einen Auswahlvorgang durch, wie z.B. den Anschluß des Rückkopplungsweges des Operationsverstärkers an entweder die Ausgangsseite oder die Eingangsseite der die Übertragungscharakteristik festlegenden Schaltungsanordnung Wenn eine Klemme c des Schaltkreises 6 zu einer Klemmenseite a umgeschaltet wird, wird die Verstärkung 1, da der Rückkopplungsfaktor des Operationsverstärkers 4 gleich 100 % ist, so daß ein Ausgangssignal mit einer Charakteristik von F an der Ausgangsklemme 2 durch die folgende, die Übertragungscharakteristik festlegende Schaltungsanordnung 5 erhalten wird.

Wenn darauf der Schaltkreis 6 auf eine Klemmenseite b umgeschaltet wird, ist die Charakteristik eines von der Ausgangsklemme 3 erhaltenen Ausgangssignals wie folgt gegeben, da die die übertragungscharakteristik festlegende Schaltungsanordnung 5 im Rückkopplungsweg des Operationsverstärkers 4 enthalten ist:

^A°

1 +

wobei A„ die Verstärkung des Operationsverstärkers 4 bei nicht vorliegender Rückkopplung ist. Da A_Q beträchtlich größer als 1 ist, ist die obenstehende Formel im wesentlichen gleich — .

Ein von der Ausgangsklemme 2 und ein von der Ausgangsklemme 3 erhaltenes Ausgangssignal zeigen so relativ zueinander komplementäre Eigenschaften. Wenn das Eingangs-

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signal gleich dem Ausgangssignal von der Ausgangsklemme.2 ist, wird das von der Ausgangsklemme 3 erhaltene Ausgangssignal durch die Formel ausgedrückt:

F * F ^{= 1}

Dies bedeutet, daß aus dem Signal das ursprüngliche Signal im übertragungssystem wiederhergestellt worden ist.

Für die die Übertragungscharakteristik festlegende Schaltungsanordnung 5 werden zahlreiche Stromkreise verwendet, z.B. ein Filterstromkreis mit einer spezifischen Frequenzcharakteristik, ein Stromkreis, dessen Frequenzcharakteristik entsprechend dem Eingangspegel variiert, oder ein Stromkreis, bei dem lediglich der Pegel einfach zusammengedrängt oder gedehnt wird, und die Herabsetzung von Geräuschen bzw. dem Rauschen, das im übertragungssystem oder einem Mittel, z.B. einem Tonband, auftritt, wird durchgeführt, oder die Kompensation der Linearität erfolgt mit diesen Charakteristiken.

Bezüglich des Komplementärcharakteristik-Schaltkreises besteht ein Problem beim Schaltkreis 6 des herkömmlichen Komplementärcharakteristik-Schaltkreises, und die Schaltsynchronisierung ist bei der kurzschließenden und der nichtkurzschließenden Art nicht zufriedenstellend. Bei der kurzschließenden Art beispielsweise sind der Operationsverstärker 4 und die die Übertragungscharakteristik festlegende Schaltungsanordnung 5 zeitweilig miteinander kurzgeschlossen, so daß das Eingangssignal genauso herauskommt, wie es hereingekommen ist. Da der Rückkopplungsweg des Operationsverstärkers 4 zeitweilig unterbrochen ist, kommt bei der nichtkurzschließenden Art ein Signal mit beträchtlich hohem Pegel heraus, so daß es erforderlich ist, den Schaltkreis 6 augenblicklich umzuschalten.

In Fig. 2 ist ein Beispiel für einen herkömmlichen Ableiterschaltkreis gezeigt, der einen Halbleiterschaltkreis 7 mit

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zwei Transistoren und eine Schalteransteuerungsschaltung 8 enthält. Um den Halbleiterschaltkreis 7 von der Klemmenseite a zur Klemmenseite b augenblicklich umschalten zu können, wird für die Schalteransteuerungsschaltung 8 eine spezifische Schaltungsanordnung benötigt, die durch zwei Auf/Zu-Schalter dargestellt ist, von denen einer sich öffnet, während der andere geschlossen wird, wie gestrichelt angedeutet ist. Der herkömmliche Schaltkreis besitzt außerdem den Nachteil, daß Rauschen im Signal auftreten kann, da gleichzeitig geschaltet wird.

Die vorliegende Erfindung dient dazu, die genannten Nachteile zu beheben. In Fig. 3 ist ein Diagramm gezeigt, das das Prinzip des KomplementärCharakteristik-Schaltkreises gemäß der Erfindung zeigt. Hier werden die Teile, die auf dieselbe Weise wie in der herkömmlichen Schaltung funktionieren, mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Im Stromkreis von Fig. 3 sind eine Eingangsklemme 1, eine erste Ausgangsklemme 2, eine zweite Ausgangsklemme 3, ein Operationsverstärker 4, eins die übertragungscharakteristik festlegende Schaltungsanordnung 5, ein Schaltkreis 9 und ein Rückkopplungswiderstand 10 gezeigt. Die Eingangsklemme 1 ist mit einer nichtinvertierenden Eingangsklemme (+) des Operationsverstärkers 4 verbunden, um in diesen ein Eingangssignal einzuspeisen. Die Ausgangsklemme des Operationsverstärkers 4 ist mit einer Eingangsklemme der die Übertragungscharakteristik festlegenden Schaltungsanordnung 5, die eine in Abhängigkeit von F ausgedrückte Übertragungsfunktion besitzt, und mit der zweiten Ausgangsklemme 3 verbunden. Die Ausgangsklemme der die Übertragungscharakteristik festlegenden Schaltungsanordnung 5 ist mit der ersten Ausgangsklemme 2 und außerdem über den Rückkopplungswiderstand 10 mit einer invertierenden Eingangsklemme (-) des Operationsverstärkers 4 verbunden. Der Schaltkreis ist zwischen der Ausgangsklemme des Operationsverstärkers 4 und dessen invertierender Eingangsklemme (-.)

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angeschlossen. Beim Schaltkreis 9 kann es sich entweder um einen mechanischen Schalter oder um einen Halbleiterschalter handeln, der Schalter muß -lediglich ein Auf/Zu-Schalter sein.

Wenn der Schaltkreis 9 geschlossen ist, wird bezüglich des Operationsverstärkers 4 eine negative Rückkopplung von 100 % erreicht, um ein erstes Ausgangssignal mit einer Charakteristik F bei der ersten Ausgangsklemme 2 zu erhalten.

Der Rückkopplungswiderstand 10 wird verwendet, um zu verhindern, daß die die Übertragungscharakteristik festlegende Schaltungsanordnung 5 durch den Schaltkreis 9 kurzgeschlossen wird, und hierfür wird ein verhältnismäßig großer Widerstand verwendet.

Wenn der Schaltkreis 9 offen ist, gelangt die die Übertragungscharakteristik festlegende Schaltungsanordnung 5 als nächstes in den negativen Rückkopplungsweg über den Rückkopplungswider stand 10, so daß die Charakteristik eines von der Ausgangsklemme 3 erhaltenen zweiten Ausgangssignals gegeben ist durch:

1 + A . F

Entsprechend besitzt das zweite Ausgangssignal bezüglich des ersten Ausgangssignals eine komplementäre Charakteristik. Obwohl der Rückkopplungswiderstand 10 in Reihe im negativen Rückkopplungsweg angeschlossen ist, kann der Einfluß der Charakteristik vernachlässigt werden, da die Eingangsimpedanz an der invertierenden Eingangsklemme (-) des Operationsverstärkers 4 bemerkenswert hoch ist.

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Der Rückkopplungswiderstand 10 kann auch als Lastwiderstand für die die übertragungscharakteristik festlegende Schaltungsanordnung 5 dienen. Daher kann ein später noch beschriebener Pufferstromkreis verwendet werden, um die Ausgangsimpedanz der die übertragungscharakteristik festlegenden Schaltungsanordnung 5 herabzusetzen, so daß der Rückkopplungswiderstand 10 nicht bewirkt, daß sich die übertragungscharakteristik F verändert.

Da es sich beim Schaltkreis 9 um einen einfachen Auf/ZuSchalter handelt, gibt es kein Problem in bezug auf die
Schaltsynchronisierung, das bei der herkömmlichen Schaltung auftritt, während es nicht erforderlich ist, gleichzeitig bzw. augenblicklich umzuschalten.

Fig. 4 zeigt ein Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Komplementärcharakteristik-Schaltkreises. Dieser enthält einen Operationsverstärker 4, eine Übertragungseigenschaften festlegende Schaltungsanordnung 5, einen Rückkopplungswiderstand 10 und einen Halbleiterschalter 11, sowie sie bereits in Fig. 3 gezeigt sind. Außerdem werden in dieser Schaltungsanordnung ein Pufferstromkreis 12, eine Schalteransteuerungsschaltung 18 und eine Konstantstromquelle (kein Bezugszeichen) verwendet. Der Halbleiterschalter 11 und der Pufferstromkreis 12 enthalten jeweils
einen Transistor (kein Bezugszeichen). Die Schalteransteuerungsschaltung 18 umfaßt eine Konstantstromschaltungsanordnung 13 mit einem Transistor (kein Bezugszeichen) und einem Widerstand (kein Bezugszeichen), einen Ansteuerungsschalter 14 und einen Serienstromkreis bzw. -schaltung einer Vorspannungsquelle (kein Bezugszeichen) sowie einen Widerstand (kein Bezugszeichen).

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Die Basiselektrode des Transistors des Halbleiterschalters 11 ist an die Ausgangskleitune des Operationsverstärkers 4, seine Kollektorelektrode ist an eine Spannungsversorgungseinheit V

und seine Emitterelektrode ist an die invertierende Eingangsklemme (-) des Operationsverstärkers 4 angeschlossen.

Der Emitter-Kollektor-Weg des zweiten Transistors und der Widerstand, die beide in der Konstantstromschaltungsanordnung 13 enthalten sind, sind in Reihe geschaltet, und diese Serienschaltungsanordnung ist zwischen der invertierenden Eingangsklemme (-) des Operationsverstärkers 4 und Erde angeordnet. Der Ansteuerungsschalter 14 ist zwischen der Basiselektrode des zweiten Transistors und Erde angeschlossen, und dieselbe Basiselektrode ist über die obengenannte Reihenschaltungsanordnung aus der Vorspannungsquelle und dem Widerstand an Erde angeschlossen.

Die Basiselektrode des dritten Transistors des Pufferstromkreises 12 ist an die Ausgangsklemme der die Übertragungscharakteristik festlegenden Schaltungsanordnung 5, seine Kollektorelektrode an die Spannungsversorgungseinheit V

• CO

und seine Emitterelektrode an die erste Ausgangsklemme 2 angeschlossen, mit der der Rückkopplungswiderstand 10 verbunden ist. Die obengenannte KonstantStromquelle ist zwischen der Ausgangsklemme 2 und Erde angeordnet.

Der Stromkreis bzw. die Schaltung von Fig. 4 arbeitet folgendermaßen: Wenn sich der Ansteuerungsschalter 14 öffnet, wird eine Vorspannung an den zweiten Transistor der Konstantstromschaltungsanordnung 13 angelegt, so daß der zweite Transistor leitend wird. Dies hat zur Folge, daß der erste Transistor des Halbleiterschalters 11 aktiv wird und der invertierenden Eingangsklemme (-) des Operationsverstärkers 4 dessen Ausgangssignal zuführt. So ist ein Rückkopplungsweg für den Operationsverstärker 4 eingerichtet. Wenn hingegen der Ansteuerungsschalter 14 geschlossen wird, wird der zweite Transistor

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nichtleitend, so daß der erste Transistor des Halbleiterschalters 11 inaktiv wird. Dies hat zur Folge, daß der Rückkopplungsweg des Operationsverstärkers 4 offen wird. Selbst wenn der zweite Transistor leitend ist, fließt keine Signalkomponente durch den zweiten Transistor der Konstantstromschaltungsanordnung 13, obwohl ein gegebener Gleichstromanteil dort hindurchfließt. Die Konstantstromschaltungsanordnung wirkt so nicht als Last bezüglich eines Wechselstroms.

Obwohl ein Verlust im Gleichspannungspotential zwischen der Basis und dem Emitter des ersten Transistors bei geschlossenem Zustand des Schalters vorliegt, wenn der Halbleiterschaltkreis 11 verwendet wird, ist dieses Potential so groß wie der Potentialverlust zwischen der Basis und dem Emitter des dritten, im PufferStromkreis 12 enthaltenen Transistors, so daß keine Öffnungs/Schließgeräusche bzw. -rauschen aufgrund der Gleichstrom-Potentialdifferenz auftritt.

Fig.
In der Schaltungsanordnung von/4 ist so der Schaltkreis der Prinzipschaltanordnung der Fig. 3 mittels Halbleitern aufgebaut, und außerdem ist der PufferStromkreis 12 hinzugefügt worden, so daß die Einwirkung des Widerstands 10 auf die Übertragungscharakteristik bzw. -funktion F vollständig aufgehoben ist. Die Schaltungsanordnung der Fig.4 ist dieselbe wie die in Fig. 3 in der Wirkungsweise, daß erste bzw. zweite Ausgangssignale mit komplementärer Beziehung von der ersten Ausgangsklemme 2 bzw. der zweiten Ausgangsklemme 3 abgeleitet werden.

In Fig. 5 ist ein Schaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung gezeigt. Die Elemente und Schaltungsanordnungen, die dieselben wie im ersten Ausführungsbeispiel der Fig. 4 sind, sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Das zweite Ausführungsbeispiel der Schaltungs-

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anordnung unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel darin, daß der Eintransistor-Halbleiterschalter 11 durch eine Kombination von einem ersten Transistor 15C, einer ersten Diode 15D und einer ersten Stromspiegelschaltung 15A und 15B ersetzt ist. Der Eintransistor-Pufferstromkreis 12 ist durch eine Kombination aus einem dritten Transistor 16C, einer zweiten Diode 16D, einer zweiten Stromspiegelschaltung 16A und 16B und einer Konstantstromquelle 16E ersetzt.

bzw. -schaltung Ein Verzögerungsstromkreis /1 7 ist zum Ansteuerungsschaltkreis 18 hinzugefügt.

Der Halbleiterschalter 15 enthält eine erste Stromspiegelschaltung mit einer linken und einer rechten Hälfte 15A bzw. 15B. Die Basiselektrode des ersten Transistors 15C ist an die Ausgangsklemme des Operationsverstärkers 4 angeschlossen, und die Kathode der Diode 15D ist an die Emitterelektrode des ersten Transistors 15C angeschlossen. Eine Klemme der linken Hälfte 15A der ersten Stromspiegelschaltung und ebenso eine Klemme der rechten Hälfte 15B der ersten Stromspiegelschaltung sind an eine Spannungsversorgungseinheit V angeschlossen, während die andere Klemme der linken Hälfte 15A der ersten Stromspiegelschaltung an die Kollektorelektrode des ersten Transistors 15C und die andere Klemme der rechten Hälfte 15B der ersten Stromspiegelschaltung an die Anode der ersten Diode 15D angeschlossen sind. Ein Knotenpunkt, der die andere Klemme der rechten Hälfte 15B der ersten Stromspiegelschaltung mit der Anode der ersten Diode 15D verbindet, ist mit der invertierenden Eingangsklemme (-) des Operationsverstärkers 4 verbunden.

Die Schalteransteuerungsschaltung 19 enthält einen zweiten Transistor (kein Bezugszeichen), dessen Kollektorelektrode mit einem Knotenpunkt verbunden ist, der die Emitterelektrode des ersten Transistors 15C mit der ersten Diode 15D verbindet, und seine Emitterelektrode ist über einen Wider-

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stand (kein Bezugszeichen) mit Erde verbunden. Zwischen der Basiselektrode des zweiten Transistors und Erde ist ein Kondensator angeschlossen. Eine Serienschaltung aus zwei Widerständen ist mit einem Ende an der Basiselektrode des zweiten Transistors angeschlossen. Ein Schalter 14 ist mit einem Knotenpunkt, der die Verbindung zu den beiden Widerständen herstellt, und mit Erde verbunden. Eine Vorspannungsquelle (kein Bezugszeichen) ist zwischen dem anderen Ende der Serienschaltung aus den beiden Widerständen und Erde angeordnet.

Der zweite Transistor und der mit dem Emitter des zweiten Transistors verbundene Widerstand bilden eine Konstantstromschaltungsanordnung 13, genauso wie es beim ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung der Fall ist. Die Serienschaltung aus den beiden Widerständen und dem Kondensator bildet

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einen Verzögerungsstromkreis/, so daß sich die Spannung an der Basiselektrode des zweiten Transistors exponentiell ändert, wenn der Schalter 14 betätigt wird.

Der Pufferstromkreis 16 enthält die zweite Stromspiegelschaltung mit einer linken und einer rechten Hälfte 16A bzw. 16B. Die Basiselektrode des dritten Transistors 16C ist an die Ausgangsklemme der die Übertragungscharakteristik festlegenden Schaltungsanordnung 5 angeschlossen, und die Kathode der zweiten Diode 16D ist an die Emitterelektrode des dritten Transistors 16C angeschlossen. Die Konstantstromquelle 16E ist mit dem zweiten Transistor 16C und der zweiten Diode 16D verbunden. Eine Klemme der linken Hälfte 16A der zweiten Stromspiegelschaltung und ebenfalls eine Klemme der rechten Hälfte 16B der Stromspiegelschaltung ist mit der Spannungsversorgungsexnhext V verbunden, während die andere Klemme der linken Hälfte 16A der Stromspiegelschaltung mit der Kollektorelektrode des dritten Transistors 16C verbunden ist, und die andere Klemme der rechten Hälfte 16B der Stromspiegelschaltung mit der Anode

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der zweiten Diode 16D verbunden ist. Ein Knotenpunkt, der die andere Klemme der rechten Hälfte 16B der Stromspiegelschaltung mit der Anode der zweiten Diode 16D verbindet, ist mit der ersten Ausgangsklemme 2 verbunden, an die ein Ende des Rückkopplungswiderstands 10 angeschlossen ist. Ein Knotenpunkt, der die Emitterelektrode des dritten Transistors 16C und die Kathode der zweiten Diode 16D verbindet, ist mit einer Klemme der Konstantstromquelle 16E verbunden, deren andere Klemme mit Erde verbunden ist. Diese Konstant stromquelle 16E blockiert Wechselstrom oder eine Wechselstromsignalkomponente, während eine Gleichstromkomponente hindurchfließt, so daß dort kein elektrischer Leistungsverlust bezüglich eines Wechselstroms oder einer Wechselstromsignalkomponente auftritt.

Die im Halbleiterschalter 15 und im Pufferstromkreis 16 jeweils durch die linken und rechten Hälften fließenden Ströme sind einander gleich, unabhängig vom Anteil der anliegenden Last. Der durch die linke Hälfte fließende Strom ändert sich entsprechend dem Betrag der Last, so daß der durch die rechte Hälfte fließende Strom sich entsprechend der Änderung des durch die linke Hälfte fließenden Stroms ändert. Die Begriffe rechte und linke Hälfte werden hier verwendet, um eine von der anderen zu unterscheiden. Die Richtung des Pfeils, der jeweils zwischen der linken und rechten Hälfte bei den Stromspiegelschaltungen dargestellt ist, veranschaulicht, daß der durch die rechte Hälfte fließende Strom vom durch die linke Hälfte fließenden Strom abhängt. Entsprechend ist der durch den ersten Transistor 15C fließende Strom gleich dem Strom, der durch die erste Diode 15D fließt, während der Strom, der durch den dritten Transistor 16C fließt, gleich dem Strom ist, der durch die zweite Diode 16D fließt. Dies hat zur Folge, daß die Spannung über Basis und Emitter des ersten Transistors 15C gleich der Spannung in Durchlaßrichtung über die erste Diode 15D ist, während die Spannung über Basis und Emitter des dritten Transistors 16C

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gleich der Spannung in Durchlaßrichtung über die zweite Diode 16D ist.

Mit dieser Anordnung im Halbleiterschalter 15 und im Pufferstromkreis 16 wird der Gleichstrompotentialverlust zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors jeweils durch eine äquivalente Spannung in Durchlaßrichtung einer jeden Diode aufgehoben. Dies hat zur Folge, daß in den Schaltungen 15 und 16 kein Gleichstrompotentialverlust auftritt. Außerdem wird im zweiten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung die Verzögerungsschaltung 17 für den exponentiellen und daher allmählichen Anstieg bzw. eine entsprechende Abnahme eines durch den Halbleiterschalter 15 fließenden Gleichstroms bei dessen Auf/Zu-Betrieb ver-

(soft switching) wendet. So wird das sogenannte sanfte Schalten/durchgeführt, um weiter das Rauschen bei Signalschalten auf ein Minimum herabzusetzen.

Gemäß der Erfindung können komplementäre Charakteristiken einfach und ideal erhalten werden, die dazu wesentlich sind, ein Signal perfekt zu seinem ursprünglichen Signal zurückzuführen, indem der erfindungsgemäße Komplementärcharakteristik-Schaltkreis verwendet wird, wenn beispielsweise in einem iiber-

aurchgefuhrt

tragungssystem eine Änderung der Signalfrequenzcharakteristity', der Pegel oder dergleichen zusammengedrückt oder gedehnt wird, um die anfänglichen Ziele zu erreichen.

Es gibt auch weitere Vorteile, beispielsweise ist der Schaltkreis vereinfacht, die Schaltsynchronisierung kann vernachlässigt werden, und das Schaltungsrauschen kann durch sanftes Schalten herabgesetzt werden, usw..

Die Erfindung betrifft also einen Komplementärcharakteristik-Schaltkreis mit einem auf ein Eingangssignal ansprechenden Operationsverstärker 4, einer eine Übertragungscharakteristik festlegenden Schaltungsanordnung 5, die auf das Ausgangssignal

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des Operationsverstärkers 4 anspricht, einem Rückkopplungswiderstand 10, der dazu dient, das Ausgangssignal der die übertragungscharakteristik festlegenden Schaltungsanordnung zu einer invertierenden Eingangsklemme (-) des Operationsverstärkers 4 zurückzuführen, und einem Schaltkreis 11, der zwischen der Ausgangsklemme und der invertierenden Eingangsklemme (-) des Operationsverstärkers 4 angeordnet ist. Die Ausgangsklemmen der die Übertragungscharakteristik festlegenden Schaltungsanordnung 5 bzw. des Operationsverstärkers 4 sind an eine erste und zweite Ausgangsklemmen 2 bzw. 3 angeschlossen, um zwei Ausgangssignale mit zueinander komplementären Eigenschaften abzuleiten. Beim Schaltkreis 11 kann es sich entweder um einen mechanischen oder um einen elektrischen Schalter handeln, und eine geeignete Schalteransteuerungsschaltung 18 kann hinzugefügt werden. Außerdem kann ein PufferStromkreis 12 verwendet werden, um die Ausgangsimpedanz der die übertragungscharakteristik festlegenden Schaltungsanordnung herabzusetzen.

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Claims

DEUTSCHE PATENTANWÄLTE DR. GERHARTMANlTZ · DlPL-PHYS. MANFRED FINSTERWALD · DlPL-ING., DIPL.-WIHTSCH.-ING WERNER GRÄMKOW · dipl-inG. Pnitiranv nf Tsnan T ΐmi +■^rI DR. HELIANE HEYN ■ dipl.-chem

company or Japan, lamitea hanns-jorgrotermund■ dipl-phys.

3-12, Mor iya-cho, Kanagawa-ku, British chartered patent agent

JAMES G. MORGAN B SC (PHYS.). D M. S

Yokohama» Japan

^c ZUGELASSENE VERTRETER BEIM EUROPAISCHEN PATENTAMT

REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE MANDATAIRES AGREES PRES LOFFICE EUROPEEN DES BREVETS

München, den 10.9.1980 Kö/Sv-V 2109

Komplementärcharakteristik-Schaltkreis

Patentansprüche:

!,/Komplementärcharakteristik-Schaltkreis, gekennzeichnet durch

(a) einen Operationsverstärker mit einer nichtinvertierenden Eingangsklemme zur Aufnahme eines Eingangssignals, einer invertierenden Eingangsklemme und einer Ausgangsklemme,

(b) eine die Übertragungscharakteristik festlegende Schaltungsanordnung mit einer mit der Ausgangsklemme des Operationsverstärkers verbundenen Eingangsklemme und einer Ausgangsklemme,

(c) einen Rückkopplungswiderstand, der dazu dient, das Ausgangssignal der die übertragungscharakteristik festlegenden Schaltungsanordnung zurück in die invertierende Eingangsklemme des Operationsverstärkers einzuspeisen,

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(d) einen Schaltkreis, der zwischen der Ausgangsklemme des Operationsverstärkers und der invertierenden Eingangsklemme des Operationsverstärkers angeschlossen ist,

(e) eine erste Ausgangsklemme, die dazu dient, das Ausgangssignal der die Übertragungscharakteristik festlegenden Schaltungsanordnung abzuleiten, und

(f) eine zweite Ausgangsklemme, die dazu dient, das Ausgangssignal des Operationsverstärkers abzuleiten.
2. Komplementärcharakteristik-Schaltkreis nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch einen zwischen der Ausgangsklemme der die übertragungscharakteristik festlegenden Schaltungsanordnung und der ersten Ausgangsklemme angeordneten Pufferstromkreis.
3. Komplementärcharakteristik-Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Schaltkreis einen Halbleiterschaltkreis enthält.
4. Komplementärcharakteristik-Schaltkreis nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Halbleiter-Schaltkreis

(a) einen Halbleiterschalter und

(b) eine Schalteransteuerungsschaltung zur Ansteuerung des Halbleiterschalters enthält.
5. Komplementärcharakteristik-Schaltkreis nach Anspruch 4, dadurch gekennz eic hn et, daß die Schalteransteuerungsschaltung eine Konstantstromschaltungsanordnung und einen Schalter zur Regelung der Konstantstromschaltungsanordnung enthält.
6. Komplementärcharakteristik-Schaltkreis nach Anspruch 5, gekennz eichnet durch eine Verzögerungsschaltung zur exponentiellen Regelung der Konstantstrom-

• schaltungsanordnung.

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7. Komplementärcharakteristik-Schaltkreis nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß der.Halbleiterschalter enthält:

(a) einen ersten Transistor, dessen Basiselektrode an
die Ausgangsklemme des Operationsverstärkers angeschlossen ist, wobei sein Kollektor-Emitter-Weg
zwischen einer Spannungsversorgungseinheit und
der invertierenden Eingangsklemme des Operationsverstärkers angeschlossen ist, und

daß die Schalteransteuerungsschaltung enthält:

(b) einen zweiten Transistor, dessen Kollektor-Emitter-Weg zwischen der invertierenden Eingangsklemme des: Operationsverstärkers und Erde über einen Widerstand angeschlossen ist, wobei der zweite Transistor eine Basiselektrode besitzt,

(c) eine Serienschaltung aus einer Vorspannungsquelle und einem Widerstand, die zwischen der Basiselektrode des zweiten Transistors und Erde angeordnet ist, und

(d) einen zwischen der Basiselektrode des zweiten Transistors und Erde angeschlossenen Schalter.
8. Komplementärcharakteristik-Schaltkreis nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Pufferstromkreis einen Transistor enthält, dessen Basiselektrode an die Ausgangsklemme der die übertragungscharakteristik festlegenden Schaltungsanordnung angeschlossen ist und dessen Kollektor-Emitter-Weg zwischen einer Spannungsversorgungseinheit und der ersten Ausgangsklemme angeshlossen ist, und daß die erste Ausgangsklemme mit dem Rückkopplungswiderstand und weiter mit Erde über eine Konstantstromquelle verbunden ist.
9. Komplementärcharakteristik-Schaltkreis nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Halbleiterschalter enthält:

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-A-

(a) eine Stromspiegelschaltung, deren linke und rechte Hälfte jeweils an einem Ende an eine Spannungsversorgungseinhext angeschlossen ist,

(b) einen ersten Transistor, dessen Basiselektrode an die Ausgangsklemme des Operationsverstärkers angeschlossen ist, deren Kollektorelektrode an das andere Ende der linken Hälfte der ersten Stromspiegelschaltung ange-

der

schlossen ist, und/außerdem eine Emitterelektrode besitzt, und

(c) eine erste Diode, deren erste Klemme an das andere Ende der rechten Hälfte der ersten Stromspiegelschaltung angeschlossen ist, und deren zweite Klemme an die Emitterelektrode des ersten Transistors angeschlossen ist, wobei ein Knotenpunkt, der die Verbindung zur ersten Klemme der ersten Diode herstellt, mit der invertierenden Eingangsklemme des Operationsverstärkers verbunden ist.
10. Komplementärcharakteristik-Schaltkreis nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Schalteransteuerungsschaltung enthält:

(a) einen zweiten Transistor, dessen Kollektorelektrode mit einem Knotenpunkt verbunden ist, der die Emitterelektrode des ersten Transistors mit der Kathode der zweiten Diode verbindet, und dessen Emitterelektrode über einen Widerstand mit Erde verbunden ist und der eine Basiselektrode besitzt,

(b) einen Kondensator, der zwischen der Basiselektrode des zweiten Transistors und Erde angeschlossen ist,

(c) eine Serienschaltung aus zwei Widerständen, die am einen Ende mit der Basiselektrode des zweiten Transistors verbunden ist,

(d) einen Schalter, der zwischen einem Knotenpunkt, der die beiden Widerstände verbindet, und Erde angeschlossen ist, und

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(e) eine Vorspannungsquelle, die zwischen dem anderen Ende der Serienschaltung aus den beiden Widerständen und Erde angeschlossen ist.
11. Komplementärcharakteristik-Schaltkreis nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Pufferstromkreis enthält:

(a) eine zweite Stromspiegelschaltung, deren linke und rechte Hälfte jeweils an eine Spannungsversorgungseinheit an einem Ende angeschlossen ist,

(b) einen dritten Transistor, dessen Basiselektrode an die Ausgangsklemme der die Übertragungscharakteristik festlegenden Schaltungsanordnung angeschlossen ist, dessen Kollektorelektrode an das andere Ende der linken Hälfte der zweiten Stromspiegelschaltung angeschlossen ist und der außerdem eine Emitterelektrode besitzt,

(c) eine zweite Diode, deren erste Klemme an das andere Ende der rechten Hälfte der zweiten Stromspiegelschaltung angeschlossen ist und deren zweite Klemme an die Emitterelektrode des dritten Transistors angeschlossen ist, wobei ein Knotenpunkt, der die rechte Hälfte der zweiten Stromspiegelschaltung mit der ersten Klemme der zweiten Diode verbindet, mit der ersten Ausgangsklemme verbunden ist, mit der der Rückkopplungswiderstand verbunden ist, und

(d) eine Konstantstromquelle, die zwischen Erde und einem Knotenpunkt angeordnet ist, der die Emitterelektrode des dritten Transistors mit der zweiten Klemme der zweiten Diode verbindet.

130012/G883