DE1135520B

DE1135520B - Transistorisierter Schmitt-Trigger zur Verwendung als Spannungsdiskriminator, insbesondere fuer Regeleinrichtungen der Nachrichtentechnik

Info

Publication number: DE1135520B
Application number: DET18678A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Joel Korn; Dipl-Phys Erich Baechle
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1960-07-14
Filing date: 1960-07-14
Publication date: 1962-08-30
Also published as: GB925328A; CH389022A; NL266986A

Description

DEUTSCHES

kl. 21 ai 36/18

INTERNAT. KL. H 03 fc

PATENTAMT

T 18678

ANMELDETAG: 14. JULI 1960

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABE DER

AUSLEGESCHRIET: 30. AUGUST 1962

Die Erfindung bezieht sich auf einen transistorisierten Schmitt-Trigger, der insbesondere als Spannungsdiskriminator für Regeleinrichtungen der Nachrichtentechnik, z. B. für Pilotregler in Trägerfrequenz-Übertragungssystemen, Verwendung finden kann. Die Schaltung des an sich bekannten Schmitt-Triggers (vgl. »Valvo-Berichte«, Bd. Ill, H. 3 [Oktober 1957], S. 130) ist in Fig. 1 dargestellt und im folgenden kurz erläutert. Die Emitter zweier pnp-Flächentransistoren Ts₁ und Ts₂ sind über einen gemeinsamen Vorwiderstand R₁ und die Basen über je einen Vorwiderstand R₂ bzw. R₃ an den Pluspol der Quelle für die Betriebsgleichspannung U₁ geführt, an deren Minuspol die Kollektoren der beiden Transistoren über je einen Vorwiderstand R_i bzw. R₅ angeschlossen sind. Der Kollektor des ersten Transistors Ts₁ ist über einen Widerstand R_Q mit der Basis des zweiten Transistors Ti₂ verbunden. Die negative Steuerspannung Ust (Gleichspannung oder Gleichspannungsimpulse) wird der Basis von Ts₁ über einen Vorwiderstand R₇ zugeführt.

Im Ruhezustand der Schaltung ist Ts₁ gesperrt und Ts₂ leitend. Überschreitet die am Eingang auftretende negative Steuerspannung Ust einen bestimmten Wert (Ansprech-Schwellwert), so wird Ts₁ leitend und Ts₂ gesperrt; die Schaltung kippt also um, wodurch beispielsweise ein im Kollektorkreis von Ts₂ liegendes Relais geschaltet werden kann. Sinkt die Steuerspannung wieder unter einen zweiten, unterhalb des ersten Schwellwertes liegenden Schwellwert (Abfall-Schwellwert) ab, so wird Ts₁ wieder gesperrt und Ts₂ wieder leitend. Die Schaltung kippt also in ihre Ruhelage zurück.

Bei Verwendung eines solchen Schmitt-Triggers als Spannungsdiskriminator ergeben sich nun, wenn von diesem eine hohe Konstanz in einem größeren Betriebstemperaturbereich gefordert wird, Schwierigkeiten durch die Temperaturabhängigkeit des Kollektorreststromes und der zum Leitendmachen der Transistoren erforderlichen Basis-Emitter-Spannung. Durch Verwendung von Transistoren mit sehr kleinem Kollektorreststrom läßt sich erreichen, daß dessen Temperaturabhängigkeit vernachlässigbar wird und lediglich noch die Temperaturabhängigkeit der Emitter-Basis-Spannung des ersten Transistors Ts₁, die etwa —2,5 mV/⁰ C beträgt, berücksichtigt werden muß.

Eine bekannte Maßnahme zur Kompensation dieser linearen Temperaturabhängigkeit besteht darin, daß man in der Schaltung nach Fig. 1 den normalerweise ohmschen Basis-Vorwiderstand R₂ des ersten Transistors Ts₁ durch ein in Fig. 2 "dargestelltes Transistorisierter Schmitt -Trigger

zur Verwendung als Spannungsdiskriminator, insbesondere für Regeleinrichtungen

der Nachrichtentechnik

Anmelder:
Telefunken

Patentverwertungsgesellschaft m. b. H.,
Ulm/Donau, Elisabethenstr. 3

Dipl.-Ing. Joel Korn

und Dipl.-Phys. Erich Bächle, Backnang (Württ.),
sind als Erfinder genannt worden

Widerstandsnetzwerk W₁ ersetzt, das aus der Reihenschaltung eines temperaturabhängigen Widerstandes mit negativem Temperaturkoeffizienten (Thermistor) NTC₁ mit einem Widerstand R₈ und einem dieser

Reihenschaltung parallel liegenden Widerstand R₉ besteht (vgl. »Elektronische Rundschau« Nr. 10/1956, S. 267, Abb. 5). Dieses zweipolige Widerstandsnetzwerk W₁ ist ein Teil des Eingangsspannungsteilers R₇, W₁ und verursacht ein Abnehmen der zum Leitend-

machen des Transistors Ts₁ erforderlichen Basis-Emitter-Spannung mit wachsender Temperatur derart, daß innerhalb eines bestimmten Temperaturbereiches das Leitendwerden dieses Transistors unabhängig von der Temperatur immer beim gleichen Wert der Steuerspannung Ust erfolgt. Die bekannte Anordnung hat jedoch folgende Nachteile:

1. Es bereitet Schwierigkeiten, über einen großen Temperaturbereich den geforderten linearen Temperaturgang des Widerstandes des Netzwerkes W₁ zu bekommen, weil der Widerstand des darin enthaltenen Thermistors NTC₁ nach einer e-Funktion von der Temperatur abhängt. Der lineare Temperaturgang läßt sich zwar umso besser angenähert erreichen, je größer das Verhältnis R₇: W₁ ist; jedoch wird damit

die benötigte Steuerspannung Ust ebenfalls größer.

2. Durch die Änderung von W₁ wird der vom Basisanschluß des Transistors Ts₁ aus gesehene, aus der Parallelschaltung von R₇ und W₁ bestehende Innenwiderstand der Steuerspannungsquelle verändert, woraus eine unerwünschte, temperaturabhängige Änderung des Schwellwertabstandes des Schmitt-Triggers resultiert.

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Diese Nachteile lassen sich erfindungsgemäß dadurch vermeiden, daß der Basis des ersten Transistors des Schmitt-Triggers in an sich bei mono- und bistabilen Kippschaltungen bekannter Weise über ein zweipoliges Widerstandsnetzwerk mit negativem Temperaturkoeffizienten eine Vorspannung angelegt ist, deren Polarität derjenigen der Steuerspannung entgegengesetzt ist und daß deren Absolutwert wesentlich größer ist als der Absolutwert der Steuerspannung.

Diese Vorspannung wird zweckmäßigerweise mittels einer Siliziumdiode mit möglichst hohem positiven Temperaturkoeffizienten stabilisiert.

Es ist ein Transistorschalter für geringe Steuerleistung, vorzugsweise für Steuerspannungsquellen mit hohem Innenwiderstand, bekannt (deutsche Auslegeschrift 1 073 539), bei dem die Temperaturabhängigkeit des Arbeitspunktes infolge der Temperaturabhängigkeit des Kollektorreststromes des Transistors durch eine temperaturabhängige Spannungsteilerschaltung beeinflußt wird. Hier wird die Basis des Transistors über einen Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten gegenüber dem Emitter positiv vorgespannt, wobei dieser Widerstand und der Emitter-Basis-Widerstand des Transistors so dimensioniert sind, daß das Verhältnis beider Widerstände trotz veränderlicher Temperatur annähernd erhalten bleibt. Die Einführung der positiven Vorspannung für die Basis des Transistors hat hier lediglich den Zweck, bei einem hohen Innenwiderstand der Steuer-Spannungsquelle eine sichere Sperrung des Transistorschalters bei fehlender Steuerspannung zu gewährleisten.

Ebenso ist es bekannt (deutsche Patentschrift 1 050 808), bei mono- und bistabilen Transistorkippschaltungen die Zeitkonstante (Impulsdauer) und die Empfindlichkeit der Kreise mit Hilfe einer temperaturabhängigen Spannungsteilerschaltung an der Basis des ersten Transistors weitgehend temperaturunabhängig zu machen, bei der die Basis dieses Transistors über ein temperaturabhängiges Netzwerk mit negativem Temperaturkoeffizienten aus einer kleinen positiven Hilfsspannung (1,5 V) positiv vorgespannt ist.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgedankens ist in der Fig. 3 dargestellt. Diese Schaltung unterscheidet sich von der nach Fig. 1 dadurch, daß die mit einer negativen Steuerspannung Ust über den Spannungsteiler R_v R₂ beaufschlagte Basis des ersten Transistors Ts₁ über ein der Fig. 2 entsprechendes, zweipoliges Widerstandsnetzwerk W₂, bestehend aus einem Thermistor NTC₂ und zwei Widerständen R_n und R₁₂, mit einer mit einem Widerstand R₁₀ und einer Siliziumdiode D stabilisierten positiven Gleichspannung U₂ verbunden ist, die aus einer unstabiE-sierten Spannung EZ₂₀ geliefert wird. Über den über der Hilfsspannung U₂ liegenden Spannungsteiler W₂, R₂ erhält die Basis von Ts₁ somit eine positive Vorspannung. Diese bewirkt, daß die Absolutwerte der Schwellwerte der negativen Steuerspannung vergrößert werden, während der absolute Schwellwertabstand aber erhalten bleibt. Der auf die Steuerspannung Ust bezogene relative Schwellwertabstand verkleinert sich demgemäß mit zunehmender Größe der Hilfsspannung U₂. Das bedeutet aber, daß bei 65 Einsatz einer solchen Schaltung mit verringertem relativen Schwellwertabstand in Regeleinrichtungen, beispielsweise in pilotgesteuerten Pegelreglern von Trägerfrequenz-Nachrichtenübertragungsgeräten, eine erhöhte Regelgenauigkeit erzielt werden kann.

Die Temperaturkompensation erfolgt mittels des Netzwerkes W₂, indem mit zunehmender Temperatur dessen Widerstand abnimmt und damit die positive Vorspannung der Basis von Ts₁ um gerade so viel erhöht wird, wie die zum Leitendmachen dieses Transistors erforderliche Basis-Emitter-Spannung abnimmt. Macht man die positive Hilfsspannung C/., genügend groß, so wird bei konstantem R₂ der Widerstand des Netzwerkes IfF₂ sehr groß gegen den Widerstand R₂. Durch eine Änderung des Widerstandes von W₂ wird der Innenwiderstand der Steuerspannungsquelfe praktisch nicht geändert und der Schwellwertabstand bleibt konstant.

Bei konstanter positiver Hilfsspannung U₀ wird für eine Änderung der Basis-Emitter-Spannung von Ts₁ bzw. der Spannung am Widerstand R₂ die gleiche prozentuale Änderung des Widerstandes des Netzwerkes W₂ benötigt. Wird nun gemäß einer Weiterbildung der Erfindung zur Stabilisierung der Hilfsspannung eine Siliziumdiode D mit möglichst hohem positivem Temperaturkoeffizienten verwendet, die die temperaturkompensierende Wirkung des Netzwerkes W₂ unterstützt, so kann dessen Widerstandsänderung bedeutend kleiner gehalten werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Schaltungsanordnung zur Konstanthaltung der beiden Schwellwerte und des Schwellwertabstandes sowie zur Verkleinerung des relativen Schwellwertabstandes bei einem transistorisierten Schmitt-Trigger zur Verwendung als Spannungsdiskriminator, insbesondere für Regeleinrichtungen der Nachrichtentechnik, dadurch gekenn zeichnet, daß der Basis des ersten Transistors (Ts₁) des Schmitt-Triggers in an sich bei mono- und bistabilen Kippschaltungen bekannter Weise über ein zweipoliges Widerstandsnetzwerk (W₂) mit negativem Temperaturkoeffizienten eine Vorspannung angelegt ist, deren Polarität derjenigen der Steuerspannung (Ust) entgegengesetzt ist und daß deren Absolutwert wesentlich größer ist als der Absolutwert der Steuerspannung.

2. Transistorisierter Schmitt-Trigger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandsnetzwerk (JF₂) ^aus der Reihenschaltung eines temperaturabhängigen Widerstandes (NTC₂) mit negativem Temperaturkoeffizienten und eines ohmschen Widerstandes CR₁₁) besteht, die von einem weiteren ohmschen Widerstand (A₁₂) überbrückt ist.

3. Transistorisierter Schmitt-Trigger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsvorspannung mittels einer Siliziumdiode (D), insbesondere einer solchen mit möglichst hohem positivem Temperaturkoeffizienten, stabilisiert ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschriften Nr. 1 050 808, 073 539.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen