CH622389A5 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Erzeugen impulsförmiger Signale, deren Amplitude durch eine Steuerspannung bestimmt wird, welche Vorrichtung enthält: einen ersten Transistor mit einer Kollektorelektrode, einer Emitterelektrode und einer Basiselektrode, wobei die Steuerspannung über dem Eingangskreis dieses Transistors angelegt wird, einen Ausgangsanschlusspunkt, der mit der Kollektorelektrode dieses Transistors gekoppelt ist, und Mittel, mit deren Hilfe der durch die Steuerspannung bestimmte Kollektorstrom des ersten Transistors zerhackt dem Ausgangsanschlusspunkt zugeführt wird. Dabei sollen unter «Kollektorelektrode», «Emitterelektrode» und «Basiselektrode» auch die Elektroden verstanden werden, die bei einem Feldeffekttransistor als die Soucre-Elektrode, die Drain-Elektrode bzw. die Gate-Elektrode bezeichnet werden. Unter dem Eingangskreis ist der Kreis über die Basis- und Emitterelektrode zu verstehen, wobei dieser Kreis Impedanzen enthalten kann.

Vorrichtungen der eingangs genannten Art werden u. a. in elektronischen Orgeln verwendet. Dabei wird auch dem Drük-ken einer bestimmten Taste die Steuerspannung angelegt, so dass die Vorrichtung ein impulsförmiges Signal mit einer bestimmten Amplitude und Frequenz liefert, das mittels eines Lautsprechers hörbar gemacht werden kann. Nach dem Loslassen der Taste nimmt die Steuerspannung allmählich ab, so dass der zugehörige Ton allmählich abklingt.

Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art für eine andere Anwendung ist aus «Neues aus der Technik», Nr. 2, S. 1,

vom 1. April 1970, Artikel Nr. 926 bekannt. Dabei wird eine Spannung an die Basiselektrode des ersten Transistors angelegt, dessen Emitterelektrode über einen Widerstand mit einem Punkt festen Potentials verbunden ist Die Kollektorelektrode ist mit den gemeinsamen Emittelelektroden eines zweiten und eines dritten Transistors verbunden. Die Kollektorelektrode des zweiten Transistors bildet den Ausgang, während eine schaltende Spannung an die Basiselektrode des dritten Transistors angelegt wird. Infolge dieser schaltenden Spannung sind der zweite und der dritte Transistor wechselweise leitend, so dass der von dem ersten Transistor erzeugte Strom zerhackt an den Ausgang weitergeleitet wird.

Bei einer anderen aus der Literatur bekannten Vorrichtung (Fig. 1) zum Erzeugen impulsförmiger Signale mit einer durch die Steuerspannung bestimmten Amplitude enthalten die Mittel, mit deren Hilfe der durch die Steuerspannung bestimmte Strom zerhackt dem Ausgangsanschlusspunkt zugeführt wird, eine Spannungsquelle zum Erzeugen impulsförmiger Spannungen, welche Spannungsquelle in Reihe mit einer Impedanz zwischen dem Emitter des ersten Transistors und einem Punkt festen Potentials angeordnet ist. Die Steuerspannung wird dabei der Basis zugeführt Wenn die Spannung der Spannungsquelle hoch ist, ist der Transistor in Sperrichtung vorgespannt, und wenn die Spannung der Spannungsquelle 0 V ist, wird der Kollektorstrom des Transistors durch die Steuerspannung bestimmt. Auf diese Weise wird auch ein impulsförmiger Strom erhalten, dessen Amplitude durch die Steuerspannung bestimmt wird.

Die Vorrichtungen der genannten Art liefern alle ein unipolares Signal. Dadurch weist der impulsförmige Ausgangsstrom eine Gleichstromkomponente auf. Diese nicht sofort unterdrückte Gleichstromkomponente ruft ein hörbares Schaltknackgeräusch beim Drücken einer Taste hervor. Bei Verwendung solcher Vorrichtungen in integrierten Schaltungen und bei Verwendung in Niederfrequenzschaltungen ist es schwierig, diese Gleichstromkomponente mit Hilfe von Trennkondensatoren auszufiltern. Obendrein ergibt sich das Problem, dass bei Verwendung in u. a. elektronischen Orgeln die Kapazität des Trennkondensators genügend gross sein soll, um niedrige Frequenzen von z. B. 25 Hz noch durchzulassen. Dies hat zur Folge, dass der Kondensator von der Gleichstromkomponente einer erzeugten Impulsreihe verhältnismässig träge aufgeladen wird, wodurch die ersten Impulse einer Reihe noch nahezu die ganze Gleichstromkomponente führen, was zu einer beschleunigten Übersteuerung der Verstärker und Lautsprecher führt.

Die Erfindung bezweckt, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die ein impulsförmiges Ausgangssignal ohne Gleichstromkomponente erzeugen kann.

Bei impulsförmigen Signalen mit einer relativen Impulsbreite von 0,5 hat das Fehlen der Gleichstromkomponente ebenfalls zur Folge, dass ein symmetrisches bipolares Signal erhalten wird. Dies ist bei impulsförmigen Signalen mit einer abweichenden relativen Impulsdauer nicht der Fall. Da oft eine Umwandlung unipolarer Signale in symmetrische bipolare Signale erwünscht sein kann, bezweckt die Erfindung weiter eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die ein symmetrisches bipolares Ausgangssignal liefern kann.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung weiter enthält: einen zweiten Transistor mit einer Kollektorelektrode, einer Emitterelektrode und einer Basiselektrode, wobei die Steuerspannung ebenfalls über dem Eingangskreis des zweiten Transistors angelegt wird, und eine Stromspiegelschaltung mit einem Eingangs- und einem Ausgangsanschlusspunkt, wobei durch diesen Ein- und diesen Ausgangsanschlusspunkt Ströme fliessen, die in einem festen Verhältnis zueinander stehen, wobei der Ausgangsanschlusspunkt der Stromspiegelschaltung mit dem Ausgangsanschlusspunkt der Vorrichtung und zugleich mit der Kollektorelektrode eines der

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genannten Transistoren und der Eingangsanschlusspunkt mit der Kollektorelektrode des anderen Transistors verbunden ist.

Dabei ist unter Stromspiegelschaltung auch eine Vorrichtung mit einem Stromverstärkungsfaktor von weniger als 1 zu verstehen. 5

Der Strom, der durch die Kollektorelektrode des zweiten Transistors fliesst, wird stets mit grosser Genauigkeit zur Amplitude des unipolaren Stroms proportional sein, weil beide durch die Steuerspannung bestimmt werden. Wenn die Vorrichtung derart bemessen ist, dass an dem Ausgangsanschluss- 10 punkt stets ein Gleichstrom gleich der Hälfte der Amplitude des dem Ausgangsanschlusspunkt gelieferten unipolaren Stromes ausgeglichen wird, ist der Ausgangsstrom stets ein symmetrischer bipolarer Strom. Falls die relative Impulsbreite 0,5 beträgt, ist dann zugleich die Gleichstromkomponente ausge- 15 glichen. Ist die relative Impulsbreite ungleich 0,5, so soll zum Ausgleichen der Gleichstromkomponente die Vorrichtung derart bemessen werden, dass stets ein Strom, dessen Verhältnis zu der Amplitude des unipolaren Stromes gleich der relativen Impulsbreite ist, ausgeglichen wird. 20

Falls ein symmetrisches bipolares Ausgangssignal verlangt wird, wird die genannte Bemessung vorzugsweise dadurch erreicht, dass die Basiselektroden des ersten und des zweiten Transistors gemeinsam mit einem Punkt, an den die Steuerspannung angelegt wird, verbunden sind und die Emitterelek- 25 troden je für sich über nahezu gleiche Impedanzen mit einem Punkt festen Potentials verbunden sind, wobei die Stromspiegelschaltung ein Verhältnis von nahezu 2:1 zwischen dem den mit der Kollektorelektrode des zweiten Transistors gekoppelten Stromkreis durchfliessenden Strom und dem den mit der 30 Kollektorelektrode des ersten Transistors gekoppelten Stromkreis durchfliessenden Strom verwirklicht.

Einige Ausführungsformen der Erfindung sind als Beispiele in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen : 35

Fig. 1 eine bekannte Vorrichtung,

Fig. 2 einige zu der Vorrichtung nach Fig. 1 gehörige Span-nungs- und Stromformen,

Fig. 3 eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung, to

Fig. 4 einige zu der Vorrichtung nach Fig. 3 gehörige Span-nungs- und Stromformen,

Fig. 5 eine zweite Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung, und

Fig. 6 eine dritte Ausführungsform einer Vorrichtung nach 45 der Erfindung.

Fig. 1 zeigt einen Transistor Tdessen Basis mit einem Eingangsanschlusspunkt 2 für die Steuerspannung Vs, dessen Kollektor mit einem Ausgangsanschlusspunkt 3 und dessen Emitter über einen Widerstand 4 mit einem Wert R und über eine 50 Spannungsquelle 1 mit einer Klemmenspannung Vt mit Erde verbunden ist.

Bei Anwendung in elektronischen Orgeln hat die Steuerspannung Vs die in Fig. 2a dargestellte Spannungsform. Die Spannungsquelle 1 liefert eine impulsförmige Spannung Vt) wie 55 in Fig. 2b dargestellt ist. Wenn die Amplitude E der impulsförmigen Spannung Vt genügend gross, z.B. grösser als die Steuerspannung Vs, ist, ist der Transistor Ti in der Sperrichtung polarisiert, wenn die Spannung Vt gleich E ist. Wenn die Spannung Vt gleich Null ist, führt der Transistor T1 einen Kollektorstrom m Is gleich (Vs-Vt)/R mit Vt = Basis-Emitterspannung des Transistors T1, wenn der Transistor Ti ein Bipolartransistor ist, und mit V, = Schwellwertspannung, wenn der Transistor Ti ein Feldeffekttransistor ist. Die Form dieses Stromes Is ist in Fig. 2c dargestellt. 65

Der Strom Is weist eine Gleichstromkomponente auf, deren Form in Fig. 2d dargestellt ist. Wenn der Strom Is dann einem RC-Filter zugeführt wird, um die Gleichstromkomponente aus-

zufiltern, wird das Ausgangssignal dieses Filters dennoch während einiger Zeit eine Gleichstromkomponente enthalten. Fig. 2d zeigt die Form dieser Gleichstromkomponente.

In dem Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung gemäss der Erfindung nach Fig. 3 wird die Spannungsquelle 1 durch einen z.B. elektronischen Schalter Sk in Reihe mit dem Widerstand 4 mit einem Wert R gebildet, welcher Schalter von einer Vorrichtung 9 betätigt wird. Wenn der Schalter Sk geschlossen wird, ist die Spannung V, gleich 0 V, und wenn der Schalter Sk geöffnet wird, steigt die Spannung Vt schnell an, so dass der Transistor Ti in der Sperrichtung vorgespannt wird. Um dafür zu sorgen, dass der Transistor Ti schnell und gewiss in der Sperrichtung vorgespannt wird, wird dem Schalter ein Strom Io von einer Stromquelle Io zugeführt, die aus einem als Stromquelle gesteuerten pnp-Transistor bestehen kann.

Der Steuerspannungsanschlusspunkt 2 ist mit der Basis des Transistors Ti und auch mit der Basis eines zweiten Transistors T2 verbunden, dessen Emitter über einen Widerstand 5, gleichfalls mit einem Wert R, mit Erde verbunden ist. Der Kollektor des Transistors T2 ist mit einem Eingangsanschlusspunkt 7 einer Stromspiegelschaltung 6 verbunden, deren Ausgangsanschlusspunkt 8 mit dem Ausgangsanschlusspunkt 3 verbunden ist, der auch mit dem Kollektor des Transistors Ti verbunden ist. Die Bemessung ist derart gewählt, dass der Ausgangsstrom Is der Stromspiegelschaltung 6 dabei stets gleich der Hälfte des Eingangsstroms I7 der Stromspiegelschaltung 6 ist, wobei die Richtung dieser Ströme in Fig. 3 angegeben sind. Der Ausgangsstrom Iu, der den Ausgangsanschlusspunkt 3 durchfliesst, ist dabei gleich Is—Is.

Wenn an den Steuereingangsanschlusspunkt 2 eine Spannung Vs nach Fig. 4a angelegt und der Schalter Sk mit einer bestimmten Frequenz geöffnet und geschlossen wird, ist der Kollektorstrom Is des Transistors T1 eine unipolare Impulsreihe mit einer Amplitude gleich (Vs-Vbe)/R, wobei Vbe die Basis-Emitter-Spannung des Transistors Ti ist. Diese Impulsreihe ist in Fig. 4b dargestellt. Wenn der Transistor T2 im wesentlichen gleich dem Transistor Ti und der Wert R des Widerstands 5 gleich dem Wert R des Widerstandes 4 ist, ist der Kollektorstrom des Transistors T2 ein Gleichstrom (Vs-Vbe)/R Der Ausgangsstrom Is der Stromspiegelschaltung 6 ist dann gleich lh (Vs-Vbe)/R, wobei die Form dieses Stromes in Fig. 3c dargestellt ist.

Den Ausgangsanschlusspunkt 3 durchfliesst ein Strom Iu = Is-Is, welcher Strom symmetrisch bipolar ist, wobei die Form dieses Stromes in Fig. 4d dargestellt ist. Falls die relative Impulsbreite gleich 0,5 ist, weist der Ausgangsstrom Iu keine Gleichstromkomponente auf. Bei einer abweichenden relativen Impulsbreite soll zum Ausgleichen der Gleichstromkomponente die Schaltung angepasst werden, z. B. dadurch, dass der Wert des Widerstandes 5 in bezug auf den Wert des Widerstandes 4 geändert oder dass der Verstärkungsfaktor des Stromverstärkers 6 angepasst wird.

Dies kann gegebenenfalls auf veränderliche Weise erfolgen, z. B. dadurch, dass für die Stromspiegelschaltung 6 ein Stromverstärker mit regelbarem Verstärkungsfaktor gewählt wird.

In integrierten Schaltungen wird für die Stromspiegelschaltung 6 in der Regel ein Verstärker gewählt, der, wie in Fig. 5 dargestellt ist, aus einem Transistor bestehen kann, dessen Basis-Emitter-Übergang von einem als Diode geschalteten Transistor überbrückt wird. Auch kompliziertere Stromspiegelschaltungen lassen sich dabei verwenden.

Fig. 5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung nach der Erfindung. Diese Vorrichtung entspricht der Vorrichtung nach Fig. 3, mit Ausnahme des Ausgangsanschlusspunktes 3, der mit dem Kollektor des Transistors T2 verbunden ist, der Stromspiegelschaltung 6, deren Eingangsanschlusspunkt 7 mit dem Kollektor des Transistors Ti, dessen

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Ausgangsanschlusspunkt 8 mit dem Kollektor des Transistors T2 verbunden ist und dessen Verstärkungsfaktor 2 beträgt, und der Spannungsquelle 1, die kurzgeschlossen ist. Statt der Spannungsquelle ist eine Quelle 10 vorhanden, die durch den Widerstand 4 einen unipolaren impulsförmigen Strom schickt. 5

Wenn die Quelle 10 keinen Strom durch den Widerstand 4 schickt, führt der Transistor Ti einen Strom (Vs-Vbe)/R> und wenn die Quelle 10 einen genügend grossen Strom durch den Widerstand 4 schickt, ist der Transistor T1, in Sperrichtung vorgespannt Bei einer Steuerspannung Vs entsprechend Fig. 4a 10 wird der Kollektorstrom Is des Transistors Ti die Form nach Fig. 4b aufweisen.

Die Stromspiegelschaltung 6 enthält zwischen den Eingangsanschlusspunkt 7 und einem Punkt +Vß einen als Diode geschalteten Transistor T3. Dieser als Diode geschaltete Tran- 15 sistor überbrückt den Basis-Emitter-Übergang eines Transistors Tt, dessen Kollektor den Ausgangsanschlusspunkt 8 bildet. Dieser Stromverstärker wird vor allem in integrierten Schaltungen verwendet und hat viele Abwandlungen.

Um einen Verstärkungsfaktor 2 zu erhalten, ist der Transi- 20 stor T4 aus zwei parallel geschalteten Transistoren aufgebaut, die mit dem Transistor T3 identisch sind. Der Ausgangsstrom Is ist dann gleich 2IS und also ein unipolarer impulsförmiger Strom mit einer Amplitude gleich 2(VS-Vbe)/R. Der Kollektorstrom des Transistors T2 ist gleich (Vs-Vbe)/R. so dass der Aus- 25 gangsstrom Iu wieder ein symmetrischer bipolarer Strom entsprechend Fig. 4d ist.

Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung nach der Erfindung, bei dem nicht der Transistor T1 selber geschaltet wird, sondern bei dem der Kollektorstrom des Transistors T1 30 abwechselnd von den Transistoren Ts und Te geschaltet wird. Die Vorrichtung entspricht derjenigen nach Fig. 5. Um den Kollektorstrom des Transistors Ti schalten zu können, ist der Kollektor des Transistors Ti mit den gemeinsamen Emittern der Transistoren Ts und Tö verbunden. Die Basis des Transi- 35 stors Ts ist mit einem an einer Bezugsspannung Vref liegenden

Punkt und der Kollektor mit einem an der Speisespannung + VB liegenden Punkt verbunden. Der Kollektor des Transistors Tö ist mit dem Eingangsanschlusspunkt 7 der Stromspiegelschaltung 6 und die Basis mit einer Stromquelle 11 verbunden, die eine impulsförmige Spannung an die Basis des Transistors Ts anlegt.

Der Kollektorstrom des Transistors Ti ist gleich (Vs-Vbe)/R. Wenn die Spannung an der Basis des Transistors T« genügend niedrig in bezug auf die Referenzspannung Vref ist, fliesst dieser Strom über den Hauptstrompfad des Transistors Ts und, wenn die Spannung an der Basis des Transistors Te genügend hoch in bezug auf die Referenzspannung Vref ist, fliesst dieser Strom über den Hauptstrompfad des Transistors Te. Der Kollektorstrom Is des Transistors Te, der dem Eingangsanschlusspunkt 7 der Stromspiegelschaltung 6 zugeführt wird, ist also ein unipolarer impulsförmiger Strom nach Fig. 5b.

Bei den Vorrichtungen nach Fig. 5 und 6 ist der Ausgangsanschlusspunkt 7 der Stromspiegelschaltung 6 mit dem Kollektor des Transistors T2 verbunden. Die Stromspiegelschaltung kann auch umgekehrt angeschlossen werden (siehe Fig. 3), wobei der Verstärkungsfaktor dann 0,5 sein soll. Die Stromspiegelschaltung 6 bei der Vorrichtung nach Fig. 3 kann ebenfalls entsprechend der Vorrichtung nach Fig. 5 angeschlossen werden, wobei der Stromverstärkungsfaktor dann 2 sein soll. Der Anschluss nach Fig. 3 hat den Vorteil, dass die Stromspiegelschaltung nicht das impulsförmige Signal führt.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele. So wird es einleuchten, dass die verwendeten bipolaren Transistoren, insbesondere wenn sie nur eine Schaltfunktion wie z.B. die Transistoren Ti und T6 oder eine Stromsteuerfunktion wie z.B. die Transistoren T2 und Ts in Fig. 6 erfüllen, ohne weiteres durch Feldeffekttransistoren, insbesondere Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gate, ersetzt werden können.

Für integrierte Schaltungen werden für die Transistoren T3 und T4 nach wie vor bipolare Transistoren bevorzugt

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2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

622389 PATENTANSPRÜCHE

1. Vorrichtung zum Erzeugen impulsförmiger Signale, deren Amplitude durch eine Steuerspannung (Vs) bestimmt wird, welche Vorrichtung enthält: einen ersten Transistor (Tt) mit einer Kollektorelektrode, einer Emitterelektrode und einer Basiselektrode, wobei die Steuerspannung (Vs) über dem Eingangskreis diesen Transistors angelegt wird, einen Ausgangsanschlusspunkt (3), der mit der Kollektorelektrode dieses Transistors (Tj) gekoppelt ist, und Mittel, mit deren Hilfe der durch die Steuerspannung (Vs) bestimmte Kollektorstrom des ersten Transistors zerhackt dem Ausgangsanschlusspunkt (3) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung weiter enthält: einen zweiten Transistor (T2) mit einer Kollektorelektrode, einer Emitterelektrode und einer Basiselektrode, wobei die Steuerspannung (Vs) ebenfalls über dem Eingangskreis des zweiten Transistors (T2) angelegt wird, und eine Stromspiegelschaltung (6) mit einem Eingangs- (7) und einem Ausgangsanschlusspunkt (8), wobei durch diesen Ein- und diesen Ausgangsanschlusspunkt (7,8) Ströme (b, Is) fliessen, die in einem festen Verhältnis zueinander stehen, wobei der Ausgangsanschlusspunkt (8) der Stromspiegelschaltung (6) mit dem Ausgangsanschlusspunkt (3) der Vorrichtung und zugleich mit der Kollektorelektrode eines der genannten Transistoren (TO und der Eingangsanschlusspunkt (7) mit der Kollektorelek-trode des anderen Transistors (T2) verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Basiselektroden des ersten und des zweiten Transistors (Ti, T2) gemeinsam mit einem Punkt verbunden sind, an den die Steuerspannung angelegt wird, und die Emitterelektroden je für sich über nahezu gleiche Impedanzen (4,5) mit einem Punkt festen Potentials verbunden sind, wobei die Stromspiegelschaltung (6) ein Verhältnis von nahezu 2:1 zwischen dem den mit der Kollektorelektrode des zweiten Transistors (T2) gekoppelten Stromkreis durchfliessenden Strom und dem den mit der Kollektorelektrode des ersten Transistors (Ti) gekoppelten Stromkreis durchfliessenden Strom verwirklicht.