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Eingangsschaltung für Hörapparateverstärker.
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Die Erfindung betrifft eine Eingangsschaltung für Hörapparateverstärker,
wie näher in der Einleitung zu Patentanspruch 1 angegeben.
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In Eingangsschaltungen dieser Art wendet man zur Zeit als ersten Wandler
für gewöhnlich eine Mikrofoneinheit an, deren Hauptbestandteile ein.Elektret-Kondensator-Mikrofon
und ein Feldeffekt-Transistor in Source-Folge-Zusammenstellung sind, der der Einheit
eine niedrige Ausgangsimpedanz vermittelt.
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Ein solcher FET-Source-Folger weist bei normalem Betrieb eine grosse
Dämpfung in der Grössenordnung 20 dB für unerwünschte Signale von der Spannungsversorgung
zur Ausgangsklemme des Mikrofons auf. Wird indessen die Gestellklemme des Mikrofons
zum Zweck der Unterdrückung des Mikrofonsignals während der Anwendung des anderen
Wandlers, beispielsweise einer Tele-Induktionsspule zum Empfang von Niederfrequenzsignalen
via ein magnetisches Wechselfeld,unterbrochen, dann fällt diese Dämpfung auf nahezu
Null, weshalb die Gefahr besteht, dass unerwünschte Signale von der Spannungsversorgung
zum Verstärker übertragen werden. Diese Gefahr lässt sich nur durch die Anwendung
einer Filtrierung der betreffenden Stromwege vermeiden, was indessen aus Gründen
des Kleinbaus auf Grund der begrenzten Platzverhältnisse unerwünscht ist und selbstredend
auch unerwünschte Kosten mit sich führt.
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Zweck der Erfindung ist es den aufgezeigten Nachteilen abzuhelfen,
und dieser Zweck wird durch das im Kennzeichen des Hauptanspruches Angegebene erreicht.
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Durch ein derartiges gleich- und/oder wechselspannungsmässiges Gestellkurzschliessen
des Signalwegs von demjenigen Wandler, dessen Ausgangssignal in der betreffenden
Umschaltestellung nicht angewandt gewünscht wird, lässt sich erreichen, dass das
ungewünschte Signal wesentlich wirkungsvoller als bisher unterdrückt wird. In den
Fällen, in denen ein FET-
Source-Folger in der Mikrofoneinheit angewendet
wird, kann die Spannungsversorgung zum FET-Source-Folger in derjenigen Stellung
des Umschalters beibehalten werden, in der der Signalweg von der Mikrofoneinheit
zum Gestell kurzgeschlossen ist, wodurch die genannte grosse Dämpfung der Grössenordnung
20 dB eines ungewünschten Signals von der Spannungsversorgung gleichzeitig mit der
grossen Dämpfung des Kurzschlusses beibehalten wird.
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Das Prinzip des Kurzschliessens des Signalwegs zum Gestell für den
nicht gewünschten Wandler wird bei dem in Anspruch 2 angegebenen Ausführungsbeispiel
für die erfindungsgemässe Schaltung ausgenutzt. Durch diese Ausführung lässt sich
erreichen, dass der im Verstärker angewendete Transistor beim Umschalten zwischen
den zwei Wandlern zwischen zwei Verstärkerschaltungen umgeschaltet wird, nämlich
einer geerdeten Emitter-Schaltung in der ersten Umschaltestellung, und einer geerdeten
Basis-Schaltung" in der anderen Umschaltestellung.
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Hierdurch entstehen sowohl im Verstärkungsfaktor des Transistors als
in seiner Ausgangsimpedanz Änderungen, die sich mit Vorteil zur Anpassung der Eingangsschaltung
an die verschiedenen Arbeitsniveaus und Frequenzcharakteristiken der beiden Wandler
ausnutzen lassen.
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Ein Beispiel für die Ausnutzung der voranstehend angeführten Änderung
der Ausgangsimpedanz des Transistors ist in Anspruch 3 angegeben. Durch eine passende
Bemessung des Kondensators kann dieser in der anderen Umschaltestellung, die der
Anwendung der Telespule als Eingangswandler entspricht, und in der der Transistor
auf Grund seiner Schaltung als "geerderter Basis-Verstärker" ohne Gegenkopplung
eine verhältnismässig grosse Ausgangsimpedanz aufweist, als "Diskant-Abrollkondensator"
wirken, der die höchsten Töne im Signal dämpft. In der ersten Umschaltestellung,
in der der Transistor auf Grund seiner Schaltung als "geerderter Emitter-Verstärker"
mit kräftiger Spannungsgegenkopplung eine wesentlich
niedrigere
Ausgangsimpedanz aufweist, liegt der "Abrolleffekt" des Kondensators bei einer wesentlich
höheren Frequenz, die ausserhalb des Arbeitsbereichs liegen kann.
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Anspruch 4 behandelt eine praktisch mögliche Ausführungsform, bei
der die grosse Signaldämpfung zwischen der Spannungsversorgung und der Ausgangsklemme
des Mikrofons auch in derjenigen Umschaltestellung beibehalten wird, in der die
Mikrofoneinheit nicht als Eingangssignalquelle angewendet wird.
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Anspruch 5 betrifft eine Ausführungsform, bei der ein Widerstand,
der in der Stellung "M" zur Beeinflussung des Verstärkungsgrades angewendet wird,
ebenfalls dazu ausgenutzt wird den Gleichstrom durch den FET-Source-Folger der Mikrofoneinheit
zu begrenzen und damit denselben teils zu schützen, teils Strom zu sparen.
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Durch die in Anspruch 7 angegebene Ausführungsform lässt sich eine
Erhöhung der Verstärkung im Transistor erreichen, indem der "pull-up"-Widerstand
eine Senkung der Gleichspannung des Kollektors mit sich führt.
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Die Erfindung sei im Folgenden näher unter Hinweis auf die Zeichnung
erläutert, in der Fig. 1 eine Eingangsschaltung für Hörapparateverstärker der bekannten
Ausbildung, die als Ausgangspunkt für die Erfindung betrachtet werden kann, zeigt,
und Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemasse Eingangs schaltung
zeigt.
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Die in Fig. 1 gezeigte Schaltung hat zwei Wandler, von denen der eine
eine Mikrofoneinheit M mit einem eingebauten, und deshalb nicht gezeigten Feldeffekttransistor
ist, die in einer Source-Folger-Zusammenstellung zur Behandlung des Ausgangssignals
vom
selbigen Mikrofon vom Typ eines Elektret-Kondensator-Mikrofons angebracht ist. Die
Mikrofoneinheit M ist zur Stromversorgung durch eine Plus klemme 1 und eine Minusklemme
2 eingerichtet, dnd das Ausgangssignal wird von einer Ausgangsklemme 3 abgegeben.
Der andere Wandler ist eine Tele-Induktionsspule T, die dazu eingerichtet ist via
magnetische Induktion Niederfrequenzsignale von einer Teleschleife zu empfangen,
wie dies beispielsweise von Kirchen, Vortragssälen, Theater- und Kinoräumen bekannt
ist.
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Wenn der Umschalter S sich in der Stellung M befindet, in der die
Kontaktpunkte 4 und 5 durch den Kontakt 8 mit der Gestelleitung des Verstärkers
verbunden sind, sind die Minusklemme 2 der Mikrofoneinheit M und die Minusleitung
von der Batterie mit dem Gestell des Verstärkers verbunden, sodass die Mikrofoneinheit
M, deren Plusklemme 1 permanent mit der Plus leitung verbunden ist, mit Strom versorgt
wird und ein Lautsignal, das vom Mikrofon in ein elektrisches Signal geändert wird,
wird in dem eingebauten Feldeffekttransistor weiter behandelt und steht auf der
Ausgangsklemme 3 zur Verfügung. Von hier wird das Signal durch einen Mikrofoneingangswiderstand
R 11 zu einem Verstärker A geführt, der, wie durch das Minus-Zeichen angedeutet,
das Signal invertiert und verstärkt und es wie gezeigt an dem Ausgang abgibt. Diejenige
Verstärkung, der die Mikrofonspannung unterworfen wird, wird vom Mikrofoneingangswiderstand
R 11, dem Gegenkopplungswiderstand R 13 und der Ausgangsimpedanz der Mikrofoneinheit
M bestimmt.
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Wenn der Umschalter 5 in der Stellung "T" steht, ist die Minusklemme
2 der Mikrofoneinheit M abgeschaltet, während die Kontaktpunkte 5 und 6 des Umschalters
über den Kontakt 8 die "Gestellseite" der Tele-Induktionsspule T, die bisher "im
Schwebezustand war, sowie die Minusleitung von der Batterie mit der Gestelleitung
des Verstärkers verbinden.
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Es sei hervorgehoben, dass der Umschalter S sowohl in der Stellung
"M" und in der Stellung "T" die Minusklemme des Verstärkers A mit der Minus leitung
von der Batterie B verbindet, wohingegen in der Stellung "O" ("Null*') keine Verbindung
zwischen der Minusklemme des Verstärkers A und dem Minuspol der Batterie B besteht,
sodass der. Verstärker A dann inaktiv ist.
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Mit dem Umschalter S in der Stellung "T" werden Signale von der Tele-Induktionsspule
T durch den Eingangswiderstand R 12 der Tele-Induktionsspule zum Eingang des Verstärkers
A geführt, und die Verstärkung dieser Signale sowie ihre Frequenzcharakteristik
hängt auf ähnliche Weise wie oben für die Mikrofoneinheit M angegeben von den Widerständen
R 12 und R 13 sowie von der Impedanz selbiger Tele-Induktionsspule ab.
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Der in die Mikrofoneinheit M eingebaute FET-Source-Folger führt mit
sich, dass die Mikrofoneinheit M eine niedrige Ausgangsimpedanz aufweist. Ein solcher
Source-Folger hat weiterhin die Eigenschaft, dass die Dämpfung ungewünschter Signale
von der Stromversorgungsquelle zum Ausgangsterminal des Mikrofons ("power supply
rejection ratio") recht wesentlich ist, nämlich von der Grössenordnung 20 dB. Wird
das Mikrofonsignal auf die in Fig. 1 gezeigte Weise durch eine Unterbrechung der
Minusleitung des Mikrofons entfernt, d.h. mit dem Umschalter S in der Stellung "T",
dann wird der Arbeitspunkt des Feldeffekttransistors dergestalt geändert, dass sein
drain-source-Widerstand verringert wird, und die genannte Dämpfung wird wesentlich
verringert, nämlich nahezu auf 0 dB, was nahezu einer direkten elektrischen Verbindung
zwischen der Plusklemme 1 der'Mikrofomeineit und ihrer Ausgangsklemme 3 entspricht.
Um in diesem Fall eine Signalrückkopplung über die Versorgungsspannungsleitung zu
vermeiden wäre es erforderlich eine extra Filtrierung der Spannungsversorgung des
Mikrofons einzuführen, was indessen ein wesentlicher Nachteil
ist,
weil die Platzverhältnisse äusserst begrenzt sein können und es im Ubrigen wünschenswert
ist die Anzahl von Komponenten auf ein angemessenes Mass zu beschränken.
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In der in Fig. 1 gezeigten Schaltung ist es mit dem Umschalter S in
der Stellung "T", also im Hinblick auf eine Verstärkung von Signalen von der Tele-Induktionsspule
T, nicht möglich die Verstärkung und die Frequenzcharakteristik unabhängig voneinander
zu ändern, weil die Selbstinduktion der Tele-Induktionsspule konstant ist. (Eine
unabhängige Änderung erfordert eine andere Tele-Induktionsspule). Auch in der Stellung
M können Verstärkung und Frequenzcharakteristik nicht unabhängig voneinander geändert
werden. Es ist somit nicht ohne Weiteres möglich beispielsweise die Diskantwiedergabe
individuell in den beiden Stellungen M und "T" zu ändern, was indessen wünschenswert
ist, weil die Frequenzcharakteristiken für die Mikrofoneinheit M und die Tele-Induktionsspule
T besonders im Diskant sich ein gut Teil voneinander unterscheiden können.
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Mit Hilfe der erfindungsgemässen Schaltung, vergl. Fig. 2, können
die genannten Nachteile vermieden werden. Wie ersichtlich wird das Mikrofonsignal
bei einer Umschaltung zur Stellung "T" in dieser Schaltung nicht durch eine Unterbrechung
der Minusleitung des Mikrofons, sondern dadurch ausgeschaltet, dass die Ausgangsklemme
3 der Mikrofoneinheit M nach dem Mikrofoneingangswiderstand R 21 kurzgeschlossen
wird, wobei dieser Widerstand in dieser Situation als Schutzwiderstand wirkt, weil
er den Gleichstrom durch den FET-Source-Folger der Mikrofoneinheit begrenzt. Wie
ersichtlich ist die Mikrofoneinheit M auch dann an die Spannungsversorgung angeschlossen,
wenn der Umschalter S in der Stellung "T" steht.
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Gleichzeitig bewirkt das Kurzschliessen des Mikrofonsignais beim Ausgang
vom Widerstand R 21, dass eventuelle Signale von der Mikrofoneinheit M zum Verstärkertransistor
Q durch einen Spannungsteiler bestehend aus dem Widerstand R 21 und dem Kontaktwiderstand
des Umschalters (S) gedämpt werden.
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Die dadurch erreichte Dämpfung ist so gross, dass selbst dann keine
bedeutungsvolle Überführung von Signalen vom Mikrofon zum Ausgang der Schaltung
entsteht, wenn der Transistor Q die Signale von der Tele-Induktionsspule T mit einer
hohen Spannungsverstärkung verstärkt.
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In der Stellung "T" ist es das Signal von der Tele-Induktionsspule
T, das verstärkt wird. Da die Kurzschliessung der Ausgangsseite von R 21 auch eine
wechselstrommässige Kurzschliessung zwischen der Basis des Transistors Q und der
Minusleitung mit sich führt, nämlich durch den verhältnismässig grossen Kondensator
C 21, arbeitet der Transistor O als ein geerderter Basisverstärker, woraus sich
die angeführte hohe Spannungsverstärkung erklärt, die von der Impedanz der Tele-Induktionsspule
T sowie vom Transistor Q, den Widerständen R 23, R 23 und R 24 sowie dem Kondensator
C 22 bestimmt wird.
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.In der Stellung "T" wirkt der Kondensator C 22 als "Diskant-Abrollkondensator",
weil er infolge der Ausgangsimpedanz des Transistors Q, die in dieser Schaltung
verhältnismässig hoch mit verschwindend kleiner Gegenkopplung ist, eine reaktive
Impedanz aufweist, die im Diskant bis auf Werte abnimmt, die kleiner als die Ausgangsimpedanz
des Transistors Q sind, sodass der effektive Verstärkungsfaktor entsprechend fällt.
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Durch eine Variation der Grösse von C 22 kann die Frequenzcharakteristik
für die Verstärkung des Signals von der Tele-Induktionsspule T somit variiert werden,
beispielsweise im Hinblick auf eine optimale Dbereinstimmung mit der Mikrofoncharakteristik.
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Die Verstärkung kleiner Signale wird in dieser Schaltung von dem Widerstand
der im teiterrichtung vorgespannten Emitter-Basffiis-Diode bestimmt, nämlich dem
re des Transistors Q, sowie vom Kollektorwiderstand R 24 und dem in diesem Zusammenhang
ebenfalls als Vorspannungswiderstand arbeitenden Widerstand R 23. Mit dem "pull-up"-vziderstand
R 22, der normalerweise ausgelassen werden kann, wird der Kollektorstrom angehoben,
wodurch die Kollektorspannung gesenkt wird, der Emitterstrom
steigt
und re vermindert wird, sodass eine weitere Verstärkung erreicht wird.
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Soll das Mikrofonsignal verstärkt werden, wird die Tele-Induktionsspule
T in der Stellung "M" kurzgeschlossen, sodass sie als Signalquelle eliminiert wird.
Hiermit wird auch der Emitter des Transistor, Q gestellverbunden, sodass der Transistor
jetzt als ein geerderter Emitter-Verstärker arbeitet.
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In dieser Zusammenstellung ist der Gegenkopplungswiderstand R 23 wirksam,
sodass der Transistor Q eine niedrige Ausgangsimpedanz aufweist, weshalb die in
dieser Stellung verhältnismässig hohe Impedanz des Diskantabrollkondensators C 22
keine praktische Wirkung innerhalb des angewendeten Frequenzbereichs aufweist. Auf
gleiche Weise wie mit Hinweis auf Fig. 1 erläutert wird die Verstärkung von der
Ausgangsimpedanz der Mikrofoneinhcit M ind den Werten des Mjkrofoneingangswiderstandes
R 21 (der dem Widerstand R 11 in Fig. 1 entspricht) und des Gegenkopplungswiderstandes
R 23 (der dem Widerstand R 13 in Fig. 1 entspricht) bestimmt, und sie ist normalerweise
zwischen 10 und 20 dB niedriger als in der Stellung "T".
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Ordnungshalber sei bemerkt, dass der Umschalter S derjenigen Art ist,
wo ein verschiebbarer oder drehbarer Kontakt 8, dessen eine Kontaktoberfläche ständig
mit einem Anschluss auf dem Umschalter, in diesem Fall mit der Minusleitung des
Verstärkers, -verbunden ist, und dessen andere Kontaktoberfläche in Abhängigkeit
von der Stellung des Umschalters mit zwei, und lediglich zwei Nachbarkontaktpunkten,
nämlich den Kontaktpunkten 4 und 5, 5 und 6 bzw. 6 und 7 verbunden wird. In der
Stellung "O" ist die Batterie B somit nicht verbunden. Es sei ebenfalls bemerkt,
dass dieser Umschalter so einfach wie möglich sein soll, teils weil die Betriebssicherheit
des Hörapparates in grossem Masse gerade davon abhängt, dass dieser Umschalter richtig
funktioniert, und teils weil die Platzverhältnisse und die Berücksichtigung der
Herstellungskosten eine so einfache AusbiLdung des Umschalters wie möglich
nahelegt.
Eine Lösung der eingangs angeführten Probleme durch Anwendung eines komplizierteren
Umschalters lässt sich normalerweise in der Praxis nicht auf eine für den Verbraucher
zufriedenstellende Weise erreichen.