DE2411713A1 - Direkt gekoppeltes, integriertes elektronisches daempfungsglied - Google Patents

Description

i^eue Adresse &b 18. Dez- 73

DiPL-ING. Franz werdermann 2ODO Hamburg 38 1 1 q 74

Patentanwalt Neuer Wall 10"2 HAMBUkG 13 ^l '" **' "

Telefon 34 OO 56^{INNOCENTIASTRASSE Μ}

TELEFON 452139 O / 1 1 7

S 74 050

Signetics Corporation
811 East Arques Avenu-e
Sunnyvale, Kalif,, V.St.A₀

Direkt gekoppeltes, integriertes elektronisches
Dämpfungsglied

Für die vorliegende Anmeldung wird die Priorität der
entsprechenden US-Anmeldung Ser.-No. 351 050 vom
15. April 1973 in Anspruch genommen.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein direkt gekoppeltes, integriertes elektronisches Dämpfungsglied.

Das erfindungsgemäße Dämpfungsglied, sowohl als auch eine
erfindungsgemäße Schaltung sind besonders geeignet für die Verwendung in einem integrierten Dekodierer für Quadrophonie-Tonwiedergabe.

Ein System zur Dekodierung von Vierkanal-Signalen auf einer Schallplatte wird in der US-PS 3 686 4-71 (Takahashi) offenbart, Da eine derartige Dekodiererschaltung beispielsweise gewöhnlich in Verbindung mit dem Verstärker einer Tonwieder-

409843/1000

gabeanlage im Heim verwendet; wird, ist es wünschenswert, diese Dekodierer in völlig integrierter Bauform herzustellen. Um eine in vernünftiger Weise kostengünstige und einfache integrierte Schaltungsanordnung zu schaffen, muß die letztere direkt gekoppelt sein. Ein ernsthaftes Problem bei direkt gekoppelten Schaltungen liegt verständlicherweise bei den durch Gleichspannungsverschiebungen bedingten Arbeitspunk tverschiebungen. Dies ist in einem Niederfrequenz-Wiedergabeverstärker besonders unerwünscht, weil derartige Spannungsverschiebungen als Knackgeräusche im Niederfrequenzausgang oder im Lautsprecher gehört werden.

Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein elektronisches Dämpfungsglied zu schaffen, das in integrierter Bauweise ausgeführt und direkt gekoppelt ist und dennoch keine Spannungsverschiebungen aufweist.

Zur Lösung der vorgenannten Aufgabe wird ein integriertes, direkt gekoppeltes elektronisches Dämpfungsglied geschaffen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es einen ersten und einen zweiten Differentialverstärker einschließt, von denen ein jeder ein Transistorpaar aufweist, daß jeder Transistor, einen Steuereingangsanschluß und einen ersten und einen zweiten Ausgangsanschluß aufweist, daß die ersten Ausgangsanschlüsse jedes Transistorpaares miteinander verbunden sind, daß zumindest einer der genannten Steueranschlüsse eine Eingangswechselspannung aufnimmt, daß die Schaltungsanordnung eine Konstant-Stromquelle aufweist, ferner Schaltmittel zur Verbindung der Konstant-Stromquelle mit den miteinander

409843/1000

verbundenen Transistorpaaran an den ersten Ausgangsanschlüssen , daß die Schaltmittel eine Vorrichtung zur Aufteilung des konstanten Stroms zwischen dem ersten und dem zweiten Differentialverstärker einschließen, und daß eine Last an die zweiten Ausgangsanschlüsse der genannten Differentialverstärker angeschlossen ist und den Strom aus der Konstant-Stromquelle aufnimmt.

Im folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beispielsweise und anhand der beigefügten Zeichnungen im einzelnen beschrieben. Es zeigen:

Fig. Λ das Schaltbild einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 das Schaltbild einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 3 ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung des bevorzugten Verwendungszweckes der Anordnungen nach Fig. 1 und Fig. 2,

Fig. 4- eine Schar von Kennlinien , die dem

Verständnis der Anwendung der Äusführungsform nach Fig. 2 in der Schaltung nach Fig. 5 dienen, und .

Fig. 5 ein Blockschaltbild, das wie Fig. 4·,

dem Verständnis der Anwendung der Ausführungsform und Anordnung nach Fig. und Fig. 3 dient.

A09343/1000

Es wird zunächst auf Pig. 1 bezug genommen, wo eine Anordnung von ersten und zweiten Differentialverstärkern QzijQc und Q₆jQn gezeigt wird. Der Steuereingangsanschluß A ist mit der Basis des Transistors Q^ , und der Steuereingangsanschluß B ist mit der Basis des Transistors Qc verbunden. Die Emitteranschlüsse der Transistoren Q^ und Q₁-sind miteinander verbunden, ebenso wie die Emitteranschlüsse der Transistoren Q₆ und Qr₇. Diese untereinander verbundenen Emitteranschlüsse sind ihrerseits jeweils an die Kollektoren der Transistoren Q₂ und Q^ angeschlossen. Die Emitter der Transistoren Q₂ und Q₃, sind miteinander verbunden und an eine gemeinsame Konstant-Stromquelle Q. angeschlossen, die den Strom 1. liefert. Die Höhe der Vorspannung am Anschluß E legt den Betrag des Stromes I. fest. Dieser Strom wird zwischen den Differentialverstärkern mit Q^»Qc ^und aufgeteilt. Die Transistoren Q₂ und Q^ werden über ihre Eingangsanschlüsse C und D in ihram Schaltzustand gesteuert.

Eine gemeinsame Last wird durch die Transistoren Q₈, Q_Q und Q/|0 geschaffen. Die Emitter der Transistoren Qq und Q ^₀ sind miteinander verbunden und an eine Spannungsquelle V ange-

OC

schlossen. Der Kollektor des Transistors Qg ist an die miteinander verbundenen Kollektoren der Transistoren Q. und p

und der Kollektor des Transistors Q^₀ ist an die miteinander verbundenen Kollektoren der Transistoren Q,- und Q₇ angeschlossen. Der Transistor Q₈ ist an den Transistor Q_q in einer Stromvervielfacher-Schaltung angeschlossen, so daß eine Änderung am Basiseingang des Transistors Q₈ verstärkt wird und damit eine Änderung am Basiseingang des Transistors Q_Q

4-

409843/1000

erzeugt, der gleichzeitig üaciseingarig des Transistors Q^₀ ist.

Die Bezugsspannung für die Differentialverstärker und Q₆,Q₇ wird über die Eingänge A und B geliefert. Die Verbindung zwischen der Basis und dem Kollektor der Transistoren Qc- bzw. Qr₇ hat dasselbe Gleichstrom-Potential wie die Anschlüsse A und B.

Im allgemeinen ist die Schaltungsanordnung nach Figo 1 ideal für einen integrierten elektronischen Schalter, weil die Transistoren gleichartig bearbeitet werden und einander eng benachbart sind. Dies schafft eine gute Übereinstimmung der Basis-Emitter-Spannungen und der ■Verstärkungsparameter der Transistoren. Aufgrund der Verwendung der Schaltungsanordnung in der Form von Differentialverstärkern besteht keine Notwendigkeit für hochohmige Widerstände. Überdies ergibt die vorgenannte Anordnung eine gute Temperaturkompensation,

Im Betrieb wirkt das Dämpfungsglied nach Fig· 1 normalerweise als ein völlig das Eingangssignal unterdrückendes Dämpfungsglied, oder praktisch als Ein-/Aus-Schalter. Anders ausgedrückt, das Dämpfungsglied nach Fig. 1 wird nur bei seinen beiden Extremwerten betrieben. Zur Erzielung der Dämpfung null zwischen dem Eingang A und dem Ausgang F, der an die miteinander verbundenen Kollektoren der.Transistoren Q,- und Qr₇ angeschlossen ist, liegt das Potential am Eingang D unterhalb des Potentials am Eingang C. In diesem

— 5 —

409843/1QQÖ

Zustand fließt der gesamte Strom der Konstant-Stromquelle Q, durch den Transistor Qp und aktiviert somit den Differentialverstärker Q^-Qc· Daher- wird das Wechselstrom-Eingangssignal von dem Eingang A direkt und ohne Dämpfung zum Ausgangsanschluß F übertragen. Durch umkehrung der Polarität der Spannung an den Eingängen C und D wird der Differentialverstärker Qät-Qo aktiviert und sorgt für völlige Signalunterdrückung in bezug auf Eingang A, jedoch für die Dämpfung null in bezug auf den Eingang B.

Die zulässige Spannungsauslenkung zwischen den Eingangsanschlüssen A und B ist durch die Zenerspannung* des Basis-Emitterübergangs und einer zusätzlichen Dioden-Sperrschicht begrenzt,, Höhere Differential-Spannungsn:. können erzielt werden, wenn man weitere Dioden-Übergänge zwischen den Emittern der !Transistoren Q₂,,Qc und Qg»Qn einfügt. Wenn gewünscht, können Netzwerke zur Formung der Spannungsverläufe zwischen den Emittern der Transistoren Q₂ und Q₇, eingeschaltet, um ein in irgend einer Form verändertes Schaltverhalten zu erreichen.

Somit ergibt die Schaltung nach Fig. 1 eine Ausgangsspannung, die·das Gleichstrom-Potential des Eingangssignals aufrechterhält. Die Anwendungen dieser erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung schließen die Verwendung als Schalter für Analogsignale, die MuItipiexschaltung von Niederfrequenzsignalen und eine Austastschaltung ein, die im einzelnen in Verbindung mit Fig. 3 erläutert wird.

409843/1000

Wo es gewünscht wird, daß die Schaltungsanordnung nach Fig. als variables Dämpfungsglied verwendet wird, das linear ist und geringe Verzerrungen aufweist, ist die Schaltungsanordnung nach 5"ig. 2 zu benutzen, die eine Abwandlung der Schaltungsanordnung nach Figo 1 darstellt.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 2 weicht von der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 insofern ab, als getrennte Lasten für jedes Transistorpaar Q^»Qc ¹^d- Og^n 0^e eines DifferentialVerstärkers vorgesehen sind, dabei handelt es sich um die Transistoren QsjQqjQ^q ^und ^i3»^W^15 ' ^{Außerdem sind}

diese Lasten in einer als "Spiegel des Stroms" wirkenden Anordnung miteinander verbunden, wo die Ströme I^ und I₁-des Differentialverstärkers Q^ und Q₁- , und die Ströme und Iq des Differentialverstärkers Q^-, Q₇ praktisch an der Gleichspannungsquelle V„ durch die Transistoren Q^. und Q„_o

CC I I \t—

"herumgeklappt" und am Widerstand R^ summiert werden* Dieser* Summenstrom wird als Strom Ig bezeichnet und stellt die Summe der Kollektorströme der Transistoren Q₂, bis Q₇ dar. Dies wird dadurch erreicht, daß alle Basisleitungen der Transistorpaare Qi bis Q^^, miteinander verbunden werden.

Über die Widerstände R-, und R_c wird den Transistoren Q₁- und Qg eine getrennte Bezugsspannung R zugeführt· Die Widerstände R₀ und R,- sind Vorwiderstände, die zwischen der Bezugsspannung R und den Basen der Transistoren Q^, und Q₇ liegen, die gleichzeitig die Eingangsanschlüsse A und B darstellen. Schließlich liefern die Widerstände R. und R₇ eine Gleichtaktspannung zur Vergrößerung des

409843/1QGG

Signalverarbeitungsbereichs der erfindungsgeraäßen Schaltungsanordnung .

Im Betrieb ist der Betrag der Dämpfung durch das Verhältnis der Ströme I₂ und I₅, gegeben. Dieses Verhältnis wird bestimmt durch die Werte der Spannungen an den Eingängen G und D zu den Transistoren Q₂, bzw. Q^, die ihrerseits die Aufteilung des Stromes I- auf die Ströme I₂ und I, steuern. So würde unter der Annahme, daß die Spannung am Eingang C hoch und am Eingang D niedrig ist, der aus den Transistoren Q^ und Qc- bestehende Differentialverstärker volle Verstärkung oder den Verstärkungsfaktor 1 für das Signal am Eingang A ergeben; somit erscheint das Eingangssignal des Anschlusses A an der Ausgangsklemme G mit der Dämpfung null. Andererseits, bei den entgegengesetzten Betriebsbedingungen würde sich eine vollständige Unterdrückung des Signals oder die Verstärkung null ergeben.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung nach Fig. 2 umschließt solche Anwendungen, wie analoge Regelkreise, Pegeleinstellungen, Klangfarbeneinstellungen, Balanceregler, Modulatorstufen für Amplitudenmodulation und Einstell-vorrichtungen in Verstärkern von Regelschleifen. Zum Beispiel, bei der Verwendung als Balanceregler zwischen zwei Mikrofonen, würden diese letzteren zwischen den Eingängen A und B angeschlossen, die Spannungspegel an den Eingängen C und D würden die Pegel der jeweiligen Signale von den Mikrofonen steuern, die miteinander gemischt werden, um das endgültige Ausgangssignal am Ausgang G zu erzeugen. Nochmals, wie auch

409843/1000

nach Fig. 1, bewirkt die Schaltungsanordnung nach Figo 2 eine Dämpfung der analogen Signale, ohne eine Gleichstrom-Potentialverschiebung am Ausgang aufzuweisen. Außerdem können geeignete Kreise zu Formung des Spannungsverlaufs zwischen den Emittern der Transistoren Q₂ und Q₅ eingeschaltet werden.

Fig. 3 veranschaulicht"eine Quadrophonie-Dekodierschaltung, wie sie in der US-PS 3 686 471 (Takahashi) offenbart ist. Fig. 3 stellt beispielsweise nur einen Kanal der Dekodierschaltung dar, die das von einer Wandung einer Tonaufzeichnungsrille einer Schallplatte wiedergegebene MuItipiexsignal beispielsweise kodieren würde. Wie dargestellt, würde dieses Signal aus einem Summensignal Ch. + Chp und einem frequenzmodulierten Differenzsignal Ch. - Chp bestehen. Im Vorverstärker 10 werden die Signale vorverstärkt und dann durch ein Tiefpaßfilter 11 und ein Bandpaßfilter 12 in zwei Anteile aufgespalten. Das Summensignal Ch_x. + Chp am Ausgang des Tiefpaßfilters wird durch einen Austastverstärker 13 geleitet und einem Matrixverstärker 14 zuegführt. Das Ausgangssignal des Bandpaßfilters 12 wird einem Begrenzer 16 und anschließend einem Demodulator 17 zugeführt, der in der Art einer typischen phasensynchronisierten Regelschleife ausgeführt ist. Eine derartige Regelschleife schließt einen Phasendetektor 18, ein Tiefpaßfilter 19 und einen spannungsgesteuerten Oszillator 21 ein. Um die Anwesenheit eines frequenzmodulierten Signals festzustellen, wird ein Quadratur- oder Amplitudendetektor 22 verwendet, der anzeigt, ob ein Differenzsignal Ch^j - Ch₂ anwesend ist. Das Ausgangs signal des Amplitudendetektors 22 wird einem Austastverstärker 13 zugeführt, um

⁹ " 409843/10Q0

diesen letzteren ein- oder auszuschalten, in Abhängigkeit davon, ob ein Signal vorhanden ist. Auf einer Leitung 23 erscheint das Ausgangssignal der phasensynchronisxerten Regelschleife und wird einem Expander 24 und anschließend den Matrixverstärkern 14 und 26 zugeführt. Durch Eingabe des Summen- und des Differenzsignals Ch^ + Ch₂, bzw„ Ch^ - Ch₂ in eine Matrix werden die Signale Ch. und Ch₂- erzeugt, die den vorderen, bzw. den hinteren Lautsprechern eines Quadrophonie-Tonwiedergabesystems zugeführt werden.

Das umschaltbare Dämpfungsglied nach Fig» 1 wird als Austastverstärker 13 nach Fig. 3 verwendet. Das Ausgangssignal des Amplitudendetektors 22 wird dem Eingangsanschluß C nach Fig. 1 zugeführt, und am Anschluß A liegt das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 11. Eingang B wird jedoch nicht an eine Bezugsspannung angeschlossen. Eine Ausgangsspannung vom Amplitudendetektor 22 würde völlige Unterdrückung des Signals vom Anschluß A ergeben, so daß der Austastverstärker 13 kein Ausganpssignal liefert.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 2 wird im Expander 24 verwendet. Ein derartiger Expander arbeitet mit einer Kenn-, linie, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist, wo die Amplitude A über der Frequenz f aufgetragen ist. Ein Dämpfungsglied 27, wie in Fig. 5 dargestellt, ist an die Ausgangsleitung 23 der phasensynchronisierten Regelschleife angeschlossen. Die Steuerspannung für das Dämpfungsglied wird entweder am Anschluß C oder am Anschluß D desselben eingespeist. Diesem Steueranschluß wird eine Steuerspannung zugeführt, die mittels

10

409843/10QQ

eines Gleichrichters 28 und eines Kondensators 29 gewonnen wird, der eine Steuergleichspannung liefert, deren Höhe proportional der Amplitude des Signals auf der Leitung 23 ist. Dies dient dazu, die Kennlinien, wie in Figo 4- gezeigt, zu glätten. Bei der speziellen, in 3?ig. 5> dargestellten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wäre bei dem Dämpfungsglied 27 lediglich der Anschluß A verbunden.

Mit der vorhergehend beschriebenen Schaltungsanordnung wird eine weitgehende Dämpfung analoger Signale, bei geringer Verzerrung und über einen weiten Aussteuerungsbereich , geschaffen. Außerdem gibt es keine Spannungsverschiebung für den Arbeitspunkt mehr.

- Patentansprüche -

¹¹ " 4098A3/100Q

Claims (5)

1. PATENTA NSPR Ü CHiI

   1β| Direkt gekoppeltes, integriertes elektronisches Dämpfungsglied, dadurch gekennzeichnet, daß es einen ersten und eine zweiten Differentialverstärker einschließt, von denen ein Jeder ein Transistorpaar (Q₄,Q^,bzw. Q₆JQr₇) aufweist, daß jeder dieser Transistoren einen Steuereingangsanschluß und einen ersten und einen zweiten Ausgangsanschluß aufweist, daß die ersten Ausgangsanschlüsse jedes Transistor paares (Q₄,Q₁-,bzw. Q₆,Q₇) miteinander verbunden sind, daß zumindest einer der genannten Steuereingangsanschlüsse (A,B) eine Eingangswechselspannung aufnimmt, daß die Schaltungsanordnung eine Konstant-Stromquelle (Q^) aufweist, ferner Schaltmittel (Q₂»Q^) ^zur Verbindung der Konstant-Stromquelle (Q.) mit den miteinander verbundenen Transistorpaaren (Q₄,Qc bzw. Qg, Qr₇) an den ersten Ausgangs anschluss en, daß die Schaltmittel (Q₂₅Q^) eine Vorrichtung zur Aufteilung des konstanten Stromes (Iy,) zwischen dem ersten und dem zweiten Differentialverstärker (Q₄,Q^,bzw. Q₆,Qr₇) einschließen, und daß eine Last (QqjQqjQ^o^ ^{an die} zweiten Ausgangsanschlüsse der genannten Differentialverstärker (Q₄,Q₅,bzw. Q₆JQ₇) angeschlossen ist und den Strom (I,) aus der Konstant-Stromquelle (Q_x.) aufnimmt.
2. 2. Direkt gekoppeltes, integriertes elektronisches Dämpfungsglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Last (Q₈,Q₉,Q₁₀) einen ersten und einen zweiten Transistor (Q_g,bzw. Q_1Q) umfaßt, die miteinander verbunden sind, daß der erste Transistor (Q₉) an die zweiten Ausgangs-
3. ¹² " 409843/1000
4. anschlüsse der beiden ersten Transistoren (Q^,bzw. der genannten Differentialverstarker angeschlossen sind, und daß der zweite Transistor (Q_1Q) an die zweiten Ausgangsancshlüsse der zweiten-Transistoren (Q^,bzw, Qr₇) der genannten Differentialverstarker angeschlossen ist.
5. 5. Direkt gekoppeltes, integriertes elektronisches Dämpfungsglied nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Last einen dritten Transistor (Qo) einschließt,, der mit dem ersten Transistor (Qq) der genannten Last in einer Strom-Vervielfacher-Anordnung verbunden ist.

   4„ Direkt gekoppeltes, integriertes elektronisches Dämpfungsglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Last ein erstes Transistorpaar (QcijQ/iq) umfaßt, daß das erste Transistorpaar (Q/ijQc) des Differentialverstärkers mit einer Gleichspannungsquelle (V_nJ verbunden ist, daß

   CC

   ein zweites Transistorpaar (Q^.^,Q_-1^) das genannte zweite Transistorpaar (Qg,Qr₇) des zweiten Differentialverstärkers mit der Gleichspannungsquelle (V ) verbindet, daß ein

   CC

   drittes Transistorpaar (Q₁₁^₂) ^{über einen} Lastwiderstand (R^) einerseits an Masse gelegt und andererseits mit der genannten Gleichspannungsquelle (V ) verbunden ist, und

   CC

   daß alle Basiseingänge der drei Transistorpaare (Ql,Q.I j Q ) gemeinsam verbunden sind.

   ¹⁵ " 409843/1000