SK278816B6 - Spínací obvod - Google Patents

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka spínacieho obvodu a najmä zapojení takéhoto druhu, ktoré používajú v kaskáde usporiadané spínacie sekcie na väčšie zoslabenie spínaných vysokofrekvenčných signálových zložiek v rozpojenom stave spínacieho zapojenia.

Doterajší stav techniky

Zoslabenie, ktoré umožňuje spínač, keď je v rozpojenom stave, je dôležitým údajom pri hodnotení spínacieho obvodu najmä v tých aplikáciách, pri ktorých spínaný signál má značné množstvo vysokofrekvenčnej energie. Ak sa napríklad prepína viac obrazových vstupných signálov televíznym prístrojom, napríklad videomagnetofóny, prijímače, monitory alebo generátory efektov, je dôležité, aby obrazový vstupný signál, ktorý nebol vybraný, bol zoslabený na minimálnu úroveň, aby nedochádzalo k intereferencii so zvoleným obrazovým vstupným signálom. Všeobecne povedané, je žiaduce zoslabiť nezvolený obrazový signál aspoň o 60 dB a výhodne ešte viac. Takéto úrovne zoslabení na obrazových kmitočtoch sa bežnými spínačmi na báze integrovaných obvodov nedosahujú ľahko, napríklad v dôsledku prítomnosti parazitných kapacít. Preto boli navrhnuté rôzne spôsoby zoslabenia signálu odpojeného spínačmi na báze integrovaných obvodov. Jednou takou používanou technikou, opísanou v nasledujúcich dvoch príkladoch, je zapojenie spínačov do kaskády, takže sa zoslabenia jednotlivých rozpojených stupňov spočítavajú.

Prvým príkladom kaskádového zapojenia spínačov na väčšie zoslabenie v rozopnutom stave spínača je zapojenie opísané Nigborowiczom a spol. v US patente č. 4 521 810, nazvanom Volič obrazového zdroja vydanom 4. júna 1985. V zvláštnom príkladnom vyhotovení tohto spínacieho obvodu je emitorový sledovač zapojený do kaskády so spínačom na báze integrovaného obvodu typu CMOS a spínací tranzistor je pripojený k báze tranzistoru emitorového sledovača a riadený na zablokovanie emitorového sledovača v čase, keď je spínač CMOS rozopnutý. Takto je spínaný obrazový signál pri rozopnutom spínači zoslabený tak zablokovaným obvodom emitorového sledovača, ako aj rozpojeným spínačom CMOS.

Druhý príklad kaskádovo zapojených spínacích obvodov je opísaný Deissom v US patente č. 4 638 181, nazvanom Volič signálového zdroja, ktorý bol vydaný 20, januára 1987. V zvláštnom príkladnom vyhotovení opísanom v Deissovom patente je diódový spínač zapojený v sérii so spínačom na báze integrovaného obvodu CMOS. Obvod obsahuje obvod predpätia, privádzajúci spínací prúd cez spínač CMOS na diódový spínač v čase, keď je spínač CMOS zopnutý. Ďalší predpäťový obvod privádza predpätie opačnej polarity na diódový spínač v čase, keď je spínač CMOS rozopnutý. Na maximálne zoslabenie v rozpojenom stave odporúča Deiss použiť pin diódy, pretože diódy tohto typu vykazujú veľmi nízku prechodovú kapacitu a tak minimalizujú parazitnú väzbu v čase, keď je dióda nevodivá.

Predchádzajúce dva príklady kaskádových obrazových spínačov dávajú vynikajúce zoslabenie. Obidve tieto príkladné vyhotovenia spínačov sú však relatívne zložité, pretože vyžadujú spínací tranzistor alebo napäťový zdroj na predpätie opačnej polarity na udržanie rozpojeného stavu spínača.

Tento vynález je myslený najmä pre spínače typu po užívajúce diódu, v ktorom sa však nevyžaduje oddelený zdroj predpätia opačnej polarity na udržanie spínača v rozpojenom stave.

Podstata vynálezu

Tohto cieľa sa dosiahne spínacím obvodom, ktorý obsahuje diódu, spojenú svojou prvou elektródou cez 10 kondenzátor so vstupom spínacieho obvodu, a obvod riadenia predpätia, podľa vynálezu, ktorého podstatou je, že obvod riadenia predpätia pozostáva z prvého rezistora zapojeného medzi druhou elektródou diódy a svorku prvého jednosmerného napätia, z druhého rezis15 tora, pripojeného k prvej elektróde diódy, a z riadiaceho spínača, zapojeného v sérii s druhým rezistorom k svorke druhého jednosmerného napätia, pričom druhá elektróda diódy je cez výstupný obvod spojená s výstupnou svorkou spínacieho obvodu. Vo výhodnom uskutočnení 20 obsahuje výstupný obvod neaditívny zmiešavač a prípadne i zosilňovač. V zvlášť výhodnom uskutočnení sú potom zosilňovač a neaditívny zmiešavač zapojené v kaskáde v uvedenom poradí. V ďalšom výhodnom uskutočnení zahrnuje neaditívny zmiešavač prvý' vstup, 25 pripojený k výstupu zosilňovača, a druhý vstup, ku ktorému je pripojená svorka predpätia, pričom predpätie je menšie ako druhé jednosmerné napätie.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Vynález je ďalej podrobnejšie opísaný podľa priložených obrázkov, kde na obr. 1 je znázornená schéma spínača podľa vynálezu a na obr. 2 je bloková schéma, 35 čiastočne urobená ako schéma zapojenia farebného televízneho prijímača podľa vynálezu, obsahujúca príkladné hodnoty prvkov zapojenia spínača podľa obr. 1, ktorá obsahuje ďalšie prvky spínača na znázornenom a opísanom príkladnom vyhotovení.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Spínací obvod podľa obr. 1 má vstupnú svorku 10 45 na príjem spínaného vstupného signálu Si, a výstupnú svorku 12 na zabezpečenie spínaného výstupného signálu. Je tu aj dióda 14, ktorej prvá elektróda, katóda 16, je spojená cez blokovací kondenzátor 20 so signálovou vstupnou svorkou 10 , ktorej druhá elektróda, anóda 18 , 50 je cez výstupný obvod, tvorený kaskádovým zapojením zosilňovača 30 a neaditívneho zmiešavača 40, pripojená na výstupnú svorku 12. Zosilňovač 30 má NPN tranzistor Ql, ktorého báza je spojená s anódou 18 diódy 14, ktorého emitor je cez emitorový rezistor 32 pripojený na 55 zdroj referenčného potenciálu, ktorou je tu uzemňovacia svorka, a ktorého kolektor je cez zaťažovaci rezistor 34 kolektoru pripojený k vstupnej svorke 25 napájacieho napätia. Kladné napájacie napätie Vs je privedené na napájaciu svorku 25. Neaditívny zmiešavač 40 má dvojicu NPN tranzistorov Q2 a Q3, ktorých kolektory sú pripojené na napájaciu svorku 25, ktorých emitory sú pripojené na výstupnú svorku 12 a sú spojené so zemou cez prúdový zdroj 42. Prúdový zdroj 42 môže byť realizovaný ako rezistor alebo ako tranzistor, s takým pred65 pätím , aby pracoval ako prúdový zdroj. Báza 44 tran

SK 278816 Β6 zistora Q2 slúži ako jeden vstup neaditívneho zmiešavača 40 a je pripojená k výstupu zosilňovača 30 na kolektor tranzistoru Ql Báza 46 tranzistora Q3 slúži ako druhý vstup neaditívneho zmiešavača 40 a je pripojená k vstupnej svorke 50. V tomto príkladnom vyhotovení vynálezu je jednosmerné predpätie Vb privedené na vstupnú svorku 50. V ďalšom príkladnom vyhotovení, ktoré bude opísané ďalej, sa druhý spínaný vstupný signál privádza na vstupnú svorku 50.

Ostatné prvky z obr. 1 majú obvod riadenia predpätia pre diódu 14 na zaistenie prvého pracovného režimu, v ktorom má dióda 14 predpätie v priepustnom smere na privedenie vstupného signálu Si na výstupnú svorku 12 cez zosilňovač 30 a neaditívny zmiešavač 40, a na zaistenie druhého pracovného režimu, v ktorom je katóda 16 diódy 14 jednosmerne odizolovaná, takže dióda 14 usmerňuje striedavú zložku vstupného signálu Si, privádzanú cez blokovací kondenzátor 20, čím sa vytvorí predpätie opačnej polarity pre diódu 14, ktorá rozopína čiže dostáva sa do nevodivého stavu. Ako bude vysvetlené, zosilňovač 30 a neaditívny zmiešavač 40 zabezpečujú ďalšie zoslabenie vstupného signálu ako odozvu na stav predpätia, do ktorého sa dióda 14 sama dostala. Obvod riadenia predpätia obsahuje prvý rezistor 62, zapojený medzi napájaciu svorku 22 a anódu 18 diódy 14 a druhý rezistor 64, zapojený do série so spínačom 60 medzi katódu 16 a zdroj referenčného potenciálu, ktorým je v tomto prípade uzemňovací bod 66.

Činnosť spínacieho obvodu z obr. 1 bude opísaná najskôr pre prípad, keď je riadiaci spínač 60 zopnutý. Pri tejto podmienke existuje medzi napájacou svorkou 25 a zemniacim bodom 66 jednosmerná cesta cez rezistory 62, diódu 14, rezistor 64 a spínač 60. Prúdový tok po tejto ceste má dva účinky. Jednak otvára diódu 14 tým, že na nej vytvára predpätie v priechodnom smere, takže dióda 14 privádza striedavú zložku vstupného signálu Si na bázu tranzistora Ql zosilňovača 30, jednak rezistory 62 a 64 vytvárajú s diódou 14 delič napätia, ktorý zabezpečuje teplotné kompenzované jednosmerné predpätie na báze tranzistora Ql, čo uvádza tranzistor Ql do oblasti lineárnej činnosti. Teplotné kompenzačný účinok sa dostavuje preto, lebo napäťové zmeny napätia Vbe prechodu báza emitor tranzistora Ql sú doprevádzané podobnými zmenami napätia na P - N prechode diódy 14. Odtiaľto v tomto pracovnom režime má dióda 14 dvojakú funkciu: zabezpečuje prepojenie striedavej zložky vstupného signálu Si a zabezpečuje aj teplotnú kompenzáciu napätia Vbe tranzistora Ql zosilňovača 30.

Zosilňovač 30 zosilňuje striedavú zložku vstupného signálu Si privedenú cez diódu 14. Zosilnenie zosilňovača 30 je dané, s dostatočnou presnosťou, pomerom odporov zaťažovacieho rezistora 34 kolektora a zaťažovacieho rezistora 32 emitora. Tieto rezistory, v spojení s jednosmerným predpätím priloženým na bázu tranzistora Ql, tiež určujú kľudové napätie kolektora, čo je faktor, ktorý bude uvažovaný v činnosti nasledujúceho stupňa, ktorým jc neaditívny zmiešavač 40. Výhodný stav predpätia zosilňovače 30 je taký, ktorý zaistí napätie výstupného signálu v rozsahu, určenom napájacím napätím Vs privedeným na svorku 25 a predpätím Vb, privedeným na svorku 50. Príkladne je možné zvoliť rovnomerné predpätie zosilňovača 30 také, aby výstupné napätie dosahovalo asi trojštvrtinovú hodnotu napájacieho napätia Vs a predpätie Vb je možné zvoliť také, aby dosahovalo asi polovičnú hodnotu napájacieho napätia Vs. Pre vynález je dôležité, aby predpätie Vb pre neaditívny zmiešavač 40 bolo menšie ako napájacie napätie Vs pre zosilňovač 30 a aby predpätie zosilňovača 30 malo kľudovú hodnotu medzi hodnotou napájacieho napätia Vs a predpätia Vb. Napríklad môže byť pri napájačom napätí Vs = 12 V priložené predpätie zaisťujúce kľudové výstupné napätie 9V a predpätie Vb, privádzané k neaditívnemu zmiešavaču 40, môže mať hodnotu 6V.

Zosilnený signál na výstupe zosilňovača 30, to znamená na kolektore tranzistora Ql, sa privádza na tranzistor Q2 neaditívneho zmiešavača 40. Tranzistor Q3, ktorého jednosmerné predpätie je menšie ako tranzistora Q2, ako bolo vysvetlené, je preto odpojený a tranzistor Q2 a prúdový zdroj 42 pracujú ako emitorový sledovač na privedenie zosilneného výstupného signálu na výstupnú svorku 12.

V krátkosti povedané, zopnutím spínača 60 dôjde k vytvoreniu predpätia na dióde 14, ktorá ju otvorí, a tá zaisťuje funkciu, a to otvára cestu striedavo zložke vstupného signálu Si k zosilňovaču 30 a súčasne generuje teplotné kompenzované jednosmerné predpätie zosilňovača 30. Zosilňovač 30 zosilňuje privedený signál a zaisťuje výstupné napätie na jednosmernej úrovni, ktoré vytvára predpätie opačnej polarity pre tranzistor Q3 neaditívneho zmiešavača 40 a je pripojený k výstupnej svorke 12 cez tranzistor Q2, pracujúci ako emitorový sledovač.

Činnosť spínacieho prúdu z obr. 1 bude ďalej vysvetlená pre prípad, kedy je riadiaci spínač 60 rozopnutý. Za týchto podmienok neexistuje jednosmerná dráha od katódy 16 diódy 14 k akémukoľvek bodu spínacieho obvodu. Jednosmerná izolácia katódy 16 diódy 14 má rad významných účinkov na skôr opísanú činnosť obvodu. Prvým účinkom je , že jeho stav umožňuje, aby dióda 14 usmernila striedavú zložku vstupného signálu Si a uchovávala usmernené napätie na kondenzátore 20. Kondenzátor 20 sa nabíja prúdom tečúcim cez rezistory 62 a diódu 14, keď sú odchýlky vstupného signálu nižšie ako anódové napätie diódy 14, ale nie je tu vybíjacia dráha a tak akumulovaný náboj vytvorí na dióde 14 predpätie opačnej polarity a tým zoslabuje vstupný signál. Druhým účinkom rozpojenia spínača 60 je, že rezistory 62 a 64 už nevytvárajú predpätie pre tranzistor 01 zosilňovača 30 pre jeho činnosť v lineárnej oblasti. Namiesto toho je prúd, tečúci rezistorom 62 úplne odklonený do bázy tranzistora Ql a tento prúd účinne prebúdza tranzistor Ql do nelineárneho režimu, v ktorom je tranzistor Ql saturovaný alebo je aspoň blízko svojej saturácie. Plná saturácia nie je podstatná. Pre tento vynález je dôležité len to, aby sa jednosmerné predpätie tranzistora Ql zmenilo natoľko, aby došlo k poklesu napätia na kolektore na úroveň, dostačujúcu k vytvoreniu predpätia opačnej polarity na tranzistore Q2 neaditívneho zmiešavača 40. Táto úroveň predstavuje akékoľvek napätie menšie ako jednosmerné predpätie Vb, privedené na svorku 50. Keď k tomu dôjde, je na tranzistore Q2 predpätie opačnej polarity a tranzistor Q3 pracuje v súčinnosti s prúdovým zdrojom 42 ako emitorový sledovač na privedenie signálu predpätia Vb na výstupnú svorku 12. Odtiaľto, v tomto pracovnom režime, to znamená ak je spínač 60 rozopnutý, je vstupný signál Si zoslabený diódou 14, ktorá generuje svoje blokovacie napätie usmerňovaním vstupného signálu a zosilňovačom 30 a neaditívnym zmiešavačom 40.

Je zrejmé, že rovnaké účinky sa dosiahnu obráte ným zapojením diódy 14 pri súčasnej zámene napájacich napätí a vhodných zmenách v zapojení výstupného obvodu 70.

Obr. 2 znázorňuje použitie spínacieho obvodu z obr. 1 na selektívne spínanie dvoch farbonosných vstupných signálov vo farebnom televíznom prijímači. Tento obrázok tiež znázorňuje príkladné hodnoty prvkov a napätí.

Farebný televízny prijímač z obr. 2 zahŕňa jednotku 200 tunera a medzifrekvenčného spracovania signálu bežnej konštrukcie, ktorý má vstupnú svorku 210 na príjem vysokofrekvenčného modulovaného obrazového vstupného signálu a výstup na zaistenie demodulovaného obrazového výstupného signálu v základnom pásme. Ďalšie zložené obrazové vstupné signály v základnom pásme sú zaistené prídavnými vstupnými konektormi 212 a 214. Na príjem obrazového vstupného signálu v základnom pásme, a to v oddelenom jasovom formáte ako signál SVHS-Y a farbonosnom formáte ako signál SVHS-C, je zaistený vstupný konektor 216 Super VHS. Na selektívne pripojenie signálov SI, AUX-1, AUX-2 a SVHS-Y na vstup 222 hrebeňového filtra 230 je zaistený štvorpolohový volič 220. Voľba kanála pre jednotku 200 tunera a medzifrekvenčného spracovania signálu a voľba signálu štvorpolohovým voličom 220 je riadená riadiacou jednotkou 240. Hrebeňový filter 230 má jasový výstup Y a farbonosný výstup C, pripojené na jednotku 250 spracovania a zobrazenia obrazového signálu bežnej konštrukcie na spracovanie a zobrazenie farebných obrazových signálov. Hrebeňový filter 230 je typom, ktorý má výstupný stupeň s emitorovým sledovačom na farbonosný signál. Tento stupeň je v hrebeňovom filtri 230 predstavovaný tranzistorom Q3 a prúdovým zdrojom 42, pričom na báze tranzistora Q3 je predpätie asi 6 V. Je potrebné poznamenať, že tieto prvky sú identické s tými, ktoré boli použité v neaditívnom zmiešavači 40. Výhodné je, že prítomnosť emitorového sledovača v hrebeňovom filtri 230 eliminuje potrebu tohto prvku vo farbonosnom spínači 280 Super VHS, ako bude ďalej opísané.

Farbonosný spínač 280 Super VHS zodpovedá spínaču z obr. 1 s nasledovnými modifikáciami. Medzi vstupnou svorkou 10 a zemou je zapojený prispôsobovací rezistor 282 vstupného signálu. Tento rezistor 282 uzatvára farbonosný signál SVHS privedený z konektora 216 VHS so štandardnou charakteristickou impedanciou 75 ohmov. Ochrana proti elektrostatickému výboju je zaistená ochranným rezistorom 284 zapojeným do série s kondenzátorom 20. Rezistor 64 z obr. 1 je realizovaný sériovým zapojením dvojice rezistorov, ktorých hodnota odporuje 2,7 kiloohmov, pričom ich spoločná svorka je cez kondenzátor 470 pF pripojená na zem. Tento obvod pracuje ako dolná priepusť, zaisťujúca dvojakú funkciu, a to potlačenie šumu zo spínača 60, aby sa tento nedostal do pracovného kanála farbonosného signálu a potlačovanie farbonosných signálov, aby sa nedostali do spínača 60 a aby takto neinterferovali s inými signálmi, ktoré by mohli byť zopnuté spínačom 60. Ďalšou zmenou v tomto príkladnom vyhotovení je zahrnutie neizolovaného rezistora 470 ohmov medzi bázu tranzistora Q1 a anódu diódy 14 na izoláciu parazitných kapacít súvisiacich s tranzistorom Ql. Spínač 60 jc riadený riadiacou jednotkou 240.

V činnosti riadiaca jednotka 240 volí signály na zobrazenie riadiacimi spínačmi 220 a 60. Napríklad pri voľbe obrazových signálov SI, AUX-1 alebo AUX-2 vyšle riadiaca jednotka 240 zodpovedajúce signály voľby k spínaču 220 a súčasne vyšle blokovací signál k spínaču

60, ktorý rozpojí spínač 60. To znemožní tok signálu v dráhe ferbonosného signálu Super VHS, ako bolo už skôr vysvetlené. Krátko povedané, v tomto režime si dióda sama vytvorí predpätie, ktorým sa uzavrie, a to 5 usmernením farbonosného signálu Super VHS, ak je nejaký prítomný, zosilňovač 30 je privedený na saturáciu alebo do saturácie a neaditivny zmiešavač 40 zvolí výstupný signál hrebeňového filtra. Keď je riadiacou jednotkou zvolený zo vstupného konektora 216 zdroj 10 signálu Super VHS, spínač 220 privedie jasový signál

Super VHS k procesoru 250 a farbonosný signál Super VHS je privedený na procesor 250 cez diódu 14, zosilňovač 30 a neaditivny zmiešavač 40, ako bolo skôr vysvetlené v opise obr. 1.

Claims (5)

1. Spínací obvod obsahujúci diódu, spojenú svojou 20 prvou elektródou cez kondenzátor so vstupnou svorkou spínacieho obvodu, a obvod riadenia predpätia, vyznačujúci sa tým, že obvod (80) riadenia predpätia pozostáva z prvého rezistora (62) zapojeného medzi druhou elektródou diódy (14) a svorku (25) jed25 nosmemého napájacieho napätia (Vs), z druhého rezistora (64), pripojeného k prvej elektróde diódy (14), a z riadiaceho spínača (60), zapojeného v sérii s druhým rezistorom (64) k uzemňovacej svorke (66), pričom druhá elektróda diódy (14) je pripojená na výstupný obvod 3θ (70), ktorého výstup je spojený s výstupnou svorkou (12) spínacieho obvodu.

2. Spínací obvod podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že výstupný obvod (70) obsahuje neaditivny zmiešavač (40).

35

3. Spínací obvod podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že výstupný obvod (70) obsahuje zosilňovač (30).

4. Spínací obvod podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že výstupný obvod (70) obsahuje kaskádové zapojenie zosilňovača (30) a neaditívneho zmiešavača (40) v uvedenom poradí.

5. Spínací obvod podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že neaditivny zmiešavač (40) zahrnuje prvý výstup (44), pripojený k výstupu zosilňovača (30), a druhý vstup (46), ku ktorému je pripojená svorka (50) predpätia (Vb), pričom predpätie (Vb) je menšie ako jednosmerné napájacie napätie (Vs).