DE2237764B2 - Schaltung zum bevorrechtigten Inbetriebsetzen einer Stufe einer elektronischen Folgeschaltung mit Halteschaltung - Google Patents

Description

Elektronische Folgeschalter werden beispielsweise in Rundfunk- und Fernsehgeräten zur elektronischen Umschaltung der Kanäle und Bereiche benutzt. Diese elektronischen Folgeschalter sind mit Halteschaltungen versehen, die dafür sorgen, daß auch nach dem Abklingen des Einschaltimpulses der gewählte Kanal eingeschaltet bleibt. Durch die Halteschaltung wird daher nach dem Einschalten die eingeschaltete Stufe verriegelt. Diese Verriegelung kann nur dadurch aufgehoben werden, daß ein anderer Kanal gewählt oder das Gerät in seiner Gesamtheit abgeschaltet wird.

Es ist eines der Hauptprobleme, diese Folgeschalter so störsicher zu machen, daß das Umschalten von einem Kanal auf einen anderen oder die Inbetriebsetzung eines nicht gewählten Kanals durch Störimpulse ausgeschlossen ist. Um diese Störsicherheit zu verbessern, wurde bereits vorgeschlagen, ein nichtlineares Strom-Spannungselement derart in den Stromkreis einzuschalten, daß es vom Haltestrom durchflossen und in einem Arbeitspunkt mit kleinem differentiellen Widerstand betrieben wird. Ein solches nichtlineares Bauelement ist beispielsweise eine Zenerdiode. Wenn ein solches Bauelement im Abbruchgebiet betrieben wird, hat es für Störimpulse einen sehr kleinen Widerstand, so daß die Störspannung ohne Einfluß auf den Schaltzustand der Folgeschaltung abgeleitet wird. Die elektronischen Folgeschalter mit Halteschaltung bestehen aus einer Anzahl miteinander verbundener Stufen, wobei jede Stufe jeweils einem einzuschaltenden Kanal entspricht. Die Zahl der Stufen ist daher von der Anzahl der zur Auswahl stehenden Kanäle abhängig.

Vielfach wird gewünscht, daß bei Inbetriebnahme des Geräts der Kanal bevorrechtigt ist und mit der Inbetriebnahme stets automatisch eingeschaltet wird; auch dann, wenn beim Abschalten des Geräts ein anderer Kanal eingeschaltet war.

Zur Auswahl der Kanäle sind in der Regel zwei Spannungsquellen erforderlich, nämlich eine Spannung für die Bereichswahl (z. B. UHF oder VHF Barid I oder Band III) und eine weitere Spannung für die Frequenzwahl (z. B. Kanal 6 oder Kanal 8), die durch die genannte elektronische Folgeschaltung eingeschaltet werden müssen.

Die stabilisierte Spannungsquelle, die die höhervoltige Spannung ist und zur Frequenzwahl benutzt wird, darf zusätzlich nur schwach belastet werden, um die Frequenzstabilität nicht zu gefährden. Aus diesem Grund steht für die Schaltung, die für die bevorrechtigte Inbetriebsetzung der Stufe I vorgesehen ist, nur ein minimaler Strom, z. B. 0,1 bis 0,3 mA, zur Verfügung.

Eine derartig schwache Belastung kann dadurch erreicht werden, daß ein entsprechend hochohmiger Widerstand verwendet wird. Bei einer stabilisierten

Spannung, die je nach Stabilisiemngselement z. B. 30 oder 60 Volt aufweist, müßte ein solcher Widerstand etwa 180 kOhm groß sein. Ein so großer Widerstand ist in einer integrierten Halbleiterschaltung praktisch nicht zu realisieren, da bei den derzeit kleinstmöglichen Abmessungen und den üblichen Dotierungsverhältnissen ein solcher Widerstand eine Länge von etwa 10 mm bei einer Breite von 10 μΐη aufweisen müßte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung für das bevorrechtigte Inbetriebsetzen einer Stufe einer elektronischen Folgeschaltung anzugeben, die für die Integration in einem Halbleiterkörper besonders geeignet ist. Dabei wird von einer elektronischen Folgeschaltung ausgegangen, durch die zwei Spannungsquellen unterschiedlichen Potentials angeschaltet werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die für die Inbetriebsetzung der bevorrechtigten Stufe erforderliche Spannung an einem Bauelement abfällt, das zwischen die Steuerelektrode eines die Stufe in Betrieb setzenden Schalttransistors und dem der Schaltung gemeinsamen Bezugspotential geschaltet ist, daß dieses Bauelement in Reihe mit einem Spannungsteiler bildenden Widerständen und mindestens einem Konstantspannungselement an die Spannungsquelle höherer Spannung angeschlossen ist, daß der Abgriff des Spannungsteilers über eine Diode an die Spannungsquelle niederer Spannung in Flußrichtung angeschlossen ist, und daß die Bauelemente so dimensioniert sind, daß die nur bei Vorhandensein des höheren Potentials sich ergebende Belastung dieser Spannungsquelle beim Einsetzen der Spannung niedrigeren Potentials aufgehoben oder zumindest erheblich reduziert wird.

Der der Schaltung gemeinsame Potentialanschluß ist in der Regel der Masseanschluß. Das Bauelement zur Erzeugung der Spannung, durch die die bevorrechtigte Stufe in Betrieb gesetzt wird, ist vorzugsweise eine oder mehrere in Flußrichtung betriebene Dioden. Da durch diese Spannung der nachgeschaltete Schaltungstransistor durchgesteuert werden soll, müssen wenigstens zwei Dioden in Reihe geschaltet werden. An diesen Dioden fällt dann in etwa die doppelte Basis-Emitter-Spannung des Transistors, die zur Durchsteuerung des Transistors notwendig ist, ab, so daß dieser Transistor sicher durchgeschaltet werden kann. An Stelle von Dioden kann zur Erzeugung der die bevorrechtigte Stufe in Betrieb setzenden Spannung auch eine Zenerdiode verwendet werden.

Die Konstantspannungselemente, die zu diesen Dioden und den Widerständen in Reihe geschaltet sind, bestehen vorzugsweise aus Zenerdioden. An diesen Zenerdioden fällt jeweils die Zenerabbruchspannung ab. Die Zahl der hintereinandergeschalteten Zenerdioden richtet sich nach der Größe der Versorgungsspannung und somit danach, in welchem Maß diese Versorgungsspannung zur Erzeugung der die Inbetriebsetzung verursachenden Spannung abgebaut werden muß. Die Zenerdioden sind zwischen das eine Ende des Spannungsteilers und die höhervoltige Spannungsquelle geschaltet.

Die Erfindung soll im weiteren noch an Hand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. Zum besseren Verständnis wird zugleich eine aus zwei Stufen bestehende Folgeschaltung mit Halteschaltung kurz erläutert.

Der in der Figur dargestellte Folgeschalter aus den Stufen I und II hat die Aufgabe, beim Anlegen eines negativen Impulses an die Eingangselektroden 10 oder 12 den Transistor T₆ für die Frequenzwahl und die Transistoren T₈ und T₉ für den Bereich des gewünschten Kanals einzuschalten. Wenn beispielsweise die Stufe I eingeschaltet ist, soll diese Stufe I dadurch abgeschaltet werden, daß auf die Elektrode 12 der stufe II ein negativer Impuls gegeben wird. Dadurch wird zugleich die Stufe II eingeschaltet. Ein negativer Impuls ist deshalb erforderlich, weil der Eingangstransistor T₁ ein pnp-Transistor ist. Bei einem Eingangstransistor umgekehrter Zonenfolge wird zum Einschalten der Stufe ein positiver Impuls erforderlich sein. Es kann auch von einer Stufe auf die andere Stufe dadurch umgeschaltet werden, daß auf den Widerstand R_lH, der beiden Stufen gemeinsam ist und zwischen die Pole 1 und 2 geschaltet ist, ein Impuls gegeben wird. Der mit III bezeichnete Schaltungsteil zeigt die Schaltung, die für die bevorrechtigte Inbetriebsetzung der Stufe I beim Einschalten des Gerätes erfor-

^2t> derlich ist.

Die hintereinandergeschalteten Transistoren T₁ bis T₃ lassen einen Impuls nur in einer Richtung durch. So können bei der dargestellten Wahl der Transistoren nur durch negative Impulse am Eingang 10 oder 12 die zugehörigen Stufen eingeschaltet werden.

Die in der Figur dargestellte Schaltung hat zwei Versorgungsspannungsquellen. Am Anschluß 8 liegen beispielsweise +12 V, während am Anschluß 7 eine Spannung von etwa +30 V liegt. Die letztere stabilisierte Spannung kann von Gerät zu Gerät erheblich schwanken, so daß die Funktionsfähigkeit der Schaltung wenigstens im Bereich zwischen 30 und 36 Volt sichergestellt sein muß.

An den Anschluß 8 sind die Eingangstransistoren T₁ bis T₃ angeschlossen. Dem pnp-Transistor T₁ sind in Darlington-Schaltung die Transistoren T₂ und T₃ nachgeschaltet. Der Emitter von T₁ und die Kollektoren von T₂ und T₃ liegen an 12 Volt. An den Emitter von T₃ sind in Reihe die Widerstände R₂ und Zf₃ und die Parallelschaltung aus der Zenerdiode ZD₁ und dem Widerstand ^₄ angeschaltet.

Wenn nun über den Eingangswiderstand R_x auf die Basiselektrode von T₁ ein negativer Impuls gegeben wird, schalten die Transistoren T₁ bis T₃ durch. Über die Widerstände R₂, R₃ und R₄ fließt ein Strom, durch den an der Zenerdiode ZD, die Zenerdurchbruchsspannung aufgebaut wird. Diese Spannung beträgt beispielsweise 6,2 Volt. R₄ ist hochohmig und dient zur Herabsetzung des Sperrwiderstandes der Zenerdiode bei Spannungen, die unter der Zenerspannung liegen. Der Widerstand R₃ ist dagegen niederohmig, an ihm fallen nur wenige Zehntelvolt Spannung ab. Der Transistor T₄, dessen Steuerelektrode an den Abgriff des aus den Widerständen R₂ und R₃ gebildeten Spannungsteilers angeschlossen ist, wird gleichfalls durchgesteuert, so daß nun am Widerstand R_lH zwischen den Polen 1 und 2 annähernd die um die Anlaufspannung U_BE reduzierte Zenerspannung anliegt. Die Spannung an R₁₈ beträgt beispielsweise 5,8 Volt.

Der Strom des Transistors T₄ fließt über die in die Kollektorstrecke geschaltete Doppeldiode D₁D₂ und die Basis-Emitterstrecke von T₆, der somit gleichfalls durchgesteuert wird. Der Spannungsabfall zwischen der Elektrode 7 (30 V) und dem Kollektor von T₄, der zugleich an die Basiselektrode von T₅ angeschlossen ist, beträgt etwa 1,8 V, nämlich 3 X U_BE bei Siliziumhalbleiterbauelementen, und öffnet den Transistor

T₅, der über den Emitterwiderstand R₅ mit dem Anschluß 7 verbunden ist. Der Strom durch den Transistor T₅ ist durch den Widerstand R₅ bestimmt. Dieser Strom fließt nun auch über die Strecke R₃-ZD^R₄ und sorgt dafür, daß auch nach der Beendigung des Einschaltimpulses an ZD, und damit am Widerstand 18 eine Spannung erhalten bleibt, durch die die Stufe im eingeschalteten Zustand verbleibt.

Der Emitter von T₅ ist an die Basiselektrode von T₇ angeschlossen, so daß bei leitendem Transistor T₅ auch dieser Transistor T₁ durchgesteuert wird. Dadurch werden auch die dem Transistor T₇ in Darlington-Schaltung nachgeschalteten Transistoren T₈ und T₉ leitend. Durch diese Transistoren wird der gewählte Bereich eingeschaltet.

Die Transistoren T₈ und T₉ beziehen ihre Versorgungsspannung von der 12-Volt-Leitung. Bei den gewählten Spannungsverhältnissen sind die Transistoren T₁, T₅, T₆ und T₁ pnp-Transistoren; die übrigen Transistoren sind vom npn-Typ. Die Stufe II ist mit der Stufe I identisch. Wenn bei eingeschalteter Stufe I die Stufe II durch einen negativen Impuls am Anschluß 12 eingeschaltet wird, steigt während des Impulses am Widerstand R_u, der allen Stufen gemeinsam ist, die Spannung an. Dadurch wird der Strom durch den Transistor T₄ der Stufe I reduziert, bis dieser Transistor gesperrt und damit die Stufe I abgeschaltet wird. Die Stufe II ist dann betriebsbereit, da die bereits geschilderten Vorgänge nun in gleicher Weise wie bei der Stufe I in der Stufe II ablaufen. Eine Umschaltung kann auch dadurch erfolgen, daß auf den Widerstand R_w ein Impuls gegeben wird, durch den die Spannung an diesem Widerstand erhöht wird. Dadurch wird die eingeschaltete Stufe gelöscht. Zugleich entsteht an der Kollektorelektrode von T₆ ein negativer Abschaltimpuls. Dieser Impuls wird auf die Eingangselektrode der nachfolgenden Stufe II gegeben und schaltet diese Stufe ein. Hierzu sind beispielsweise die Elektroden 6 und 12 über einen Kondensator miteinander verbunden. Bei jedem Impuls wird somit der Folgeschalter um eine Stufe weitergeschaltet.

Der Schaltungsteil III dient zum bevorrechtigten Einschalten der Stufe I bei Inbetriebnahme des Gerätes. Die Belastung der 30-Volt-Spannungsquelle darf einen bestimmten Wert nicht überschreiten. Die Belastung durch die Schaltung IH ist jedoch unkritisch, wenn keine Stufe eingeschaltet ist. Sobald die Stufe eingeschaltet ist, muß aber die Belastung der 30-Volt-Spannungsquelle durch die Schaltung III erheblich reduziert werden. In einem speziellen Fall darf diese Belastung beispielsweise 0,2 mA nicht überschreiten.

Die Schaltung HI besteht aus einer zwischen die Pole der 30-Volt-Spannungsquelle geschalteten Reihenschaltung aus der Doppeldiode D_B, D_c, zwei Widerständen R_A, R_B, vier Zenerdioden ZD_A, ZD_n, ZD_c, ZD₉ und der Diode D₀. Die Diode D_D verhindert, daß über die Zenerdioden ein Strom fließt, wenn nur die Spannungsquelle niedrigerer Spannung anliegt. An den in Durchlaßrichtung betriebenen Dioden D_B, D_c muß die für die Inbetriebsetzung der Stufe I erforderliche Spannung von etwa 1,2 Volt abfallen. Diese Spannung wird auf die Basiselektrode des Transistors T_A gegeben, deren Kollektor-Emitterstrecke der Kollektor-Emitterstrecke von T₄ parallel geschal-

'5 tet ist. Die Verbindung zwischen den Widerständen R_A und R_B ist über eine Diode D_A an den 12-Volt-Pol 8 angeschlossen. Die Belastung der 12-Volt-Spannungsquelle ist unkritisch. Es muß aber sichergestellt sein, daß die Stufe I sofort beim Einsetzen der ersten Spannungsquelle in Betriebsbereitschaft gesetzt wird. Es soll also verhindert werden, daß bei einem durch die Zeitkonstanten bedingten unterschiedlichen Einsatz der Versorgungsspannungsquellen in der dazwischenliegenden Zeit durch einen Störimpuls eine unerwünschte Stufe eingeschaltet wird.

Es sei angenommen, daß die Zenerdioden in einem Ausführungsbeispiel eine Zenerspannung von je 6,3 Volt besitzen. Die Widerstände R_A und R_B seien jeweils 5kOhm. Wenn zunächst die 30-Volt-Quelle an-Hegt, so fällt an den Zenerdioden eine Spannung von 25,1 Volt ab. An der Doppeldiode D_BD_C liegt die Spannung 1,2 Volt. Durch die beiden Widerstände fließt dann ein Strom von etwa 0,30 mA. Bei einer Spannung von 36 Volt nimmt dieser Strom bis zu 1 mA zu. Diese Belastung ist, solange die Stufe noch nicht in Betrieb ist, unkritisch. An der Verbindung zwischen R_A und R_B liegt eine Spannung von etwa 3 Volt bei 30 Volt an Pol 7. Beim Einsetzen der 12-Volt-Spannung steigt diese Spannung schlagartig auf

etwa 11,4 Volt an. Über die Zenerdioden fließt dann kein Strom mehr. Die 30-Volt-Quelle ist damit belastungsfrei. Liegen statt 30 Volt 36 Volt am Pol 7 an, so ist diese Spannungsquelle nach dem Einsatz der 12-Volt-Quelle immer noch so gut wie unbelastet.

Erst bei etwa 38 Volt fließt der maximal zulässige Strom von 0,2 mA. Damit reicht der zulässige Arbeitsbereich der Versorgungsspannung praktisch von etwa 27 Volt bis 38 Volt.

Bei anderen Spannungsverhältnissen kann die Zahl und die Dimensionierung der Bauelemente den geänderten Verhältnissen angepaßt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Schaltung zum bevorrechtigten Inbetriebsetzen einer Stufe einer elektronischen Folgeschaltung mit Halteschaltung, für deren Betrieb zwei Versorgungsspannungsquellen unterschiedlichen Potentials vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Inbetriebsetzung der bevorrechtigten Stufe erforderliche Spannung an einem Bauelement abfällt, das zwischen die Steuerelektrode eines die Stufe in Betrieb setzenden Schalttransistors und dem der Schaltung gemeinsamen Bezugspotential geschaltet ist, daß dieses Bauelement in Reihe mit einen Spannungsteiler bildenden Widerständen und mindestens einem Konstantspannungselement an die Spannungsquelle höherer Spannung angeschlossen ist, daß der Abgriff des Spannungsteilers über eine Diode an die Spannungsquelle niederer Spannung in Flußrichtung angeschlossen ist, und daß die Bauelemente so dimensioniert sind, daß die nur bei Vorhandensein des höheren Potentials sich ergebende Belastung dieser Spannungsquelle beim Einsetzen der Spannung niedrigeren Potentials aufgehoben oder zumindest erheblich reduziert wird.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelement, an dem die für die Inbetriebsetzung der bevorrechtigten Stufe notwendige Spannung abfällt, mindestens ein Spannungsstabilisierendes Bauelement wie eine in Flußrichtung betriebene Diode oder eine Zenerdiode ist.

3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Konstantspannungselement aus mindestens einer im Zenerdurchbruchgebiet betriebenen Zenerdiode besteht.

4. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der an den Konstantspannungselementen abfallenden Spannung mehrere Zenerdioden hintereinandergeschaltet sind.

5. Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zenerdioden zwischen das eine Ende des Spannungsteilers und die Spannungsquelle höherer Spannung geschaltet sind.

6. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bezugspotential der Masseanschluß ist.

7. Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zenerdiode mit einer Diode so in Reihe geschaltet ist, daß diese Diode bei vorhandenem höhervoltigen Potential in Flußrichtung betrieben wird.

8. Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Potential der niedrigeren Spannungsquelle etwa 12 Volt und das der höheren Spannungsquelle etwa 30 bis 36 Volt beträgt, daß dann 4 Zenerdioden mit einer Zenerabbruchsspannung von etwa 6 Volt in der Reihenschaltung vorgesehen sind, daß ein Spannungsteiler aus zwei Widerständen mit jeweils etwa 5 kOhm vorgesehen ist, und daß die Verbindung zwischen den beiden Widerständen mit dem Potential von 12 Volt über eine in Flußrichtung beanspruchte Diode verbunden ist.

9. Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die höhere Spannung eine stabilisierte und für die Frequenzwahl vorgesehene Spannungsquelle ist.

10. Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß alle Schaltungselemente in einem gemeinsamen Halbleiterkörper untergebracht sind.