DE1271180B - Schwellenwertschalter - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

H03k

Deutsche Kl.: 21 al - 36/18

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

1271180
P 12 71 180.7-31
1. Dezember 1965
27.Juni 1968

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schwellenwertschalter mit mehreren mit pnp- und npn-Transistoren bestückten Verstärkerstufen, die aus dem stromführenden Zustand in den gesperrten Zustand oder umgekehrt kippen, wenn die Eingangsspannung eine einstellbare Schwellenspannung über- bzw. unterschreitet.

Bei einem bekannten Schwellenwertschalter dieser Art besteht der Schwellenwertschalter aus zwei parallel geschalteten monostabilen Schmitt-Triggerschaltungen, von denen die eine zwei Transistoren des gleichen Leitungstyps und die andere zwei Transistoren mit entgegengesetztem Leitungstyp enthält, wobei die ersten Transistoren der beiden parallelgeschalteten Triggerschaltungen zu einem Transistor zusammengefaßt sind. Praktisch hat man also eine erste Transistorverstärkerstufe, an welche parallel zwei Verstärkerstufen mit Transistoren mit entgegengesetzten Leitungstypen angeschaltet sind. Dadurch wird erreicht, daß der eine der beiden parallelgeschalteten Ausgangstransistoren einen Ausgangsimpuls liefert, wenn die Amplitude des Eingangsimpulses einen ersten Grenzwert überschreitet, während die zweite Ausgangstransistorstufe einen Ausgangsimpuls liefert, wenn die Amplitude des Eingangsimpulses einen zweiten Grenzwert überschreitet.

Dieser bekannte doppelte Schwellenwertschalter entspricht einer Zusammenfassung von zwei herkömmlichen einfachen Schwellenwertschaltungen mit jeweils zwei Transistoren unter Einsparung eines Transistors. Er weist daher auch den Nachteil der verhältnismäßig geringen Empfindlichkeit dieser herkömmlichen Schwellenwertschaltungen auf. Wenn eine größere Empfindlichkeit für das Ansprechen auf einen bestimmten Schwellenwert erforderlich ist, muß bei den herkömmlichen einfachen Schwellenwertschaltern die Zahl der Transistoren verdoppelt werden, so daß vier Transistoren erforderlich sind.

Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines einfachen Schwellenwertschalters, welcher mit nur drei Transistoren eine sehr große Empfindlichkeit aufweist.

Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß drei Transistoren mit abwechselnd verschiedenem Leitungstyp derart in Kaskade geschaltet sind, daß an den Ausgang des ersten Transistors vom ersten Leitungstyp die Steuerelektrode des zweiten Transistors vom entgegengesetzten Leitungstyp und an dessen Ausgang die Steuerelektrode des dritten Transistors vom ersten Leitungstyp angeschlossen sind und daß an den den Ausgang des Schwellenwertschalters bildenden Ausgang des dritten Tran-Schwellenwertschalter

Anmelder:

Ateliers de Constructions Elektriques de

Charleroi (ACEC) S. A., Brüssel

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. Prinz, Dr. rer. nat. G. Hauser
und Dipl.-Ing. G. Leiser, Patentanwälte,
8000 München 60, Ernsbergerstr. 19

Als Erfinder benannt:

Claude Giot, Mont-sur-Marchienne (Belgien)

Beanspruchte Priorität:

Belgien vom 2. Dezember 1964 (656 513)

sistors ein die Schwellenspannung am Eingang des Schwellenwertschalters beeinflussender Rückkopplungskreis angeschlossen ist.

Bei dem nach der Erfindung ausgeführten Schwellenwertschalter sind die Transistoren mit abwechselndem Leitungstyp in Kaskade geschaltet, wodurch eine sehr große Ansprechempfindlichkeit mit geringem zusätzlichem Aufwand erzielt wird. Die vom dritten auf den ersten Transistor zurückwirkende Rückkopplung verändert die Abschaltschwelle gegenüber der Ansprechschwelle, wodurch die gewünschte Schalthysterese erreicht wird.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Darin zeigt

F i g. 1 das Schaltbild einer ersten Ausführungsform der Erfindung und

F i g. 2 das Schaltbild einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.

Bei den Schaltungen von Fi g. 1 und 2 wird die zu überwachende Spannung den Eingangsklemmen 1 und 2 zugeführt. Es wird angenommen, daß die Klemme 1 an Masse liegt. Wenn die zu überwachende Spannung eine Wechselspannung ist (F i g. 2), muß sie beispielsweise mit Hilfe eines Gleichrichters 3 gleichgerichtet werden, der einerseits an die Klemme 2 und andererseits an die eine Anschlußklemme eines Kondensators 4 angeschlossen ist. Die andere Anschlußklemme dieses Kondensators ist mit der Klemme 1 verbunden. Parallel zu diesem Kon-

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densator liegt ein Widerstands. Die Werte der Kapazität des Kondensators 4 und des Widerstands 5 sind so bemessen, daß die Welligkeit der gleichgerichteten Spannung verhältnismäßig groß sein kann, damit die Schaltung auf die Änderungen der den Klemmen zugeführten Wechselspannung ohne Verzögerung ansprechen kann. »Ohne Verzögerung« bedeutet beispielsweise, daß die Schaltung innerhalb einer Halbwelle auslöst.

Die Gleichspannung an den Klemmen des Kondensators 4 (Fig. 2) oder an den Klemmen 1 und 2 (Fig. 1) wird einem hochohmigen Eingangskreis eines Verstärkers zugeführt. Dieser Eingangskreis enthält einen Widerstand 6, der in Serie mit der Steuerelektrode 11 (der Basis) eines pnp-Transistors 10, dem Emitter 13 dieses Transistors und einem Widerstand 7 geschaltet ist. Dieser Widerstand 7 bildet einen Teil eines einstellbaren Spannungsteilers, der von den Widerständen 7 und 8 gebildet wird, die zwischen der Klemme 1 (Masse) und ao der Klemme 14 (negative Speisespannung) liegen. Dieser Spannungsteiler legt die Spannung des Emitters 13 fest, wenn sich der Transistor 10 im gesperrten Zustand befindet. Die Spannung an den Klemmen des Widerstands 7 bestimmt die Ansprechschwelle beim Auslösen der Schaltung. Da die Eingangsimpedanz des Transistors 10 sehr groß ist, ist der vom Emitter zum Kollektor fließende Ausgangsstrom trotz der Verstärkung verhältnismäßig gering.

Der Strom des Kollektors 12 des Transistors 10 fließt über einen Spannungsteiler aus zwei Widerständen 9 und 16, welche die Eingangsspannung, im vorliegenden Fall das Basispotential eines npn-Transistors 20, festlegen. Dieser Transistor wird stromführend, sobald ein Strom über den Kollektor 12 fließt. Es geht dann ein verstärkter Strom durch den Transistor 20, wobei dieser Strom über einen Emitterwiderstand 17, den Emitter 23 des Transistors, dessen Kollektor 22 und einen Widerstand 26 fließt, welchei an einen Spannungsteiler angeschlossen ist, der durch zwei Widerstände 34 und 35 zwischen der Klemme 1 (Masse) und der Klemme 24 (positive Speisespannung) gebildet ist. Dieser Spannungsteiler legt die Spannung am Eingang eines dritten Verstärkers im vorliegenden Fall, in welchem der Transistor 10 ein pnp-Transistor und der Transistor 20 ein npn-Transistor ist, an der Basis 31 eines pnp-Transistors 30 fest.

Wenn der Transistor 20 einen beträchtlichen Reststrom aufweist, kann die Emitterspannung des Transistors 20 mit Hilfe eines Spannungsteilers stabilisiert werden, der aus dem Widerstand 17 und einem an die Klemme 1 angeschlossenen Widerstand 18 besteht.

Wenn die Gleichspannung am Kollektor 22 nicht ausreichend glatt ist, muß verhindert werden, daß das Ausgangssignal ein pulsierendes Signal wird. Zu diesem Zweck ist ein Pufferkondensator 25 zwischen der Anschlußklemme des Kollektors 22 und der Klemme 1 angeordnet.

Der Puff erkondensator 25 wirkt anders als der Kondensator 4 am Eingang der Schaltung. Der Pufferkondensator 25 wird nämlich niemals auf ein Potential aufgeladen, das höher als die Spannung des Kollektors 22 ist, wie groß auch immer die dem Kondensator 4 am Eingang der Schaltung zugeführte Spannung sein mag. Aus diesem Grund erreicht er bei der Entladung die Kippspannung des Transistors 30 mit einer konstanten Verzögerung. Diese Verzögerung kann mit Hilfe der Werte der Kapazität des Kondensators und des von den Widerständen 26 und 34 gebildeten Entladewiderstands bestimmt werden. Sie kann insbesondere gleich einer Halbwelle der den Eingangsklemmen 1 und 2 der Schaltung zugeführten Wechselspannung gewählt werden. Es ist zu bemerken, daß in diesem Fall die Wechselspannungskomponente des Gleichspannungssignals an den Klemmen des Kondensators 4 am Eingang beträchtliche Werte erreichen kann, jedoch beeinflussen diese Änderungen des Gleiohspannungssignals das Ausgangssignal nicht, da dieses mit Hilfe des Pufferkondensators 25 festgehalten wird.

Der dritte Verstärker, d. h. der Ausgangsverstärker, der von dem Transistor 30 gebildet wird, wird stromführend, sobald sich ein Strom im Kollektor 22 ausbildet. Dann kann ein Strom zwischen dem Kollektor 32 und dem Emitter 33 des Transistors 30 fließen. Wenn beispielsweise der Strom am Eingang der Schaltung, im vorliegenden Fall im Widerstand 6, eine Größe von 3 μΑ hat, kann der Strom im Kollektor 32 in der Größenordnung von 15 mA oder mehr liegen. Der Kollektor 32 ist mit einer Ausgangsklemme 40 verbunden, die beispielsweise für den Anschluß an eine logische Schaltung vorgesehen ist, die mit einer negativen Spannung in der gleichen Größenordnung wie die Spannung an der Klemme 14 gespeist wird. Es ist auch möglich, sie über einen gestrichelt dargestellten Widerstand 41 (Fig. 1) mit der Speiseklemme 14 zu verbinden.

Sobald der Transistor 40 stromführend wird, schaltet ein Gleichrichter 36 einen Widerstand 37 parallel zu dem Widerstand?, wodurch die Ansprechspannung des Eingangsverstärkers herabgesetzt wird.

Die Schaltung kann auch so ausgeführt werden, daß die Transistoren 10 und 30 npn-Transistoren sind, während der Transistor 20 aus einem pnp-Transistor besteht. Dabei müssen selbstverständlich die Speisespannungen umgekehrt gepolt werden.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Schwellenwertschalter mit mehreren mit pnp- und npn-Transistoren bestückten Verstärkerstufen, die aus dem stromführenden Zustand in den gesperrten Zustand oder umgekehrt kippen, wenn die Eingangsspannung eine einstellbare Schwellenspannung über- bzw. unterschreitet, dadurch gekennzeichnet, daß drei Transistoren (10, 20, 30) mit abwechselnd verschiedenem Leitungstyp derart in Kaskade geschaltet sind, daß an den Ausgang des ersten Transistors (10) vom ersten Leitungstyp die Steuerelektrode des zweiten Transistors (20) vom entgegengesetzten Leirungstyp und an dessen Ausgang die Steuerelektrode des dritten Transistors (30) vom ersten Leitungstyp angeschlossen ist, und daß an den den Ausgang des Schwellenwertschalters bildenden Ausgang des dritten Transistors (30) ein die Schwellenspannung am Eingang des Schwellenwertschalters beeinflussender Rückkopplungskreis (36, 37) angeschlossen ist.

2. Schwellenwertschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der dritte Transistor (10, 30) pnp-Transistoren und der zweite Transistor (20) ein npn-Transistor sind.

3. Schwellenwertschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der dritte Transistor (10, 30) npn-Transistoren und der zweite Transistor (20) ein pnp-Transistor sind.

4. Schwellenwertschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsspannung an die Basis (11) des ersten Transistors (10) angelegt ist, daß der Emitter (13) des ersten Transistors (10) an den Abgriff eines mit den beiden Polen (1, 14) einer Gleichspannungsquelle verbundenen Spannungsteilers (7, 8) angeschlossen ist und daß die Steuerelektrode (21) des zweiten Transistors (20) an den Kollektorkreis (9,12,16) des ersten Transistors (10) angeschlossen ist.

5. Schwellenwertschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis (21) des zweiten Transistors (20) an den Abgriff eines im Kollektorkreis des ersten Transistors (10) liegenden Spannungsteilers (9, 16) angeschlossen ist, daß der Emitter (23) des zweiten Transistors (20) an den Abgriff eines mit den beiden Polen (1,14) der Spannungsquelle verbundenen Spannungsteilers (17, 18) angeschlossen ist und daß die Steuerelektrode (31) des dritten Transistors (30) an den Kollektorkreis (22, 26, 34) des zweiten Transistors (30) angeschlossen ist.

6. Schwellenwertschalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis (31) des dritten Transistors (30) an den Abgriff eines die Basis in der Sperrichtung vorspannenden Spannungsteilers (34, 35) angeschlossen und über einen Widerstand (26) mit dem Kollektor (22) des zweiten Transistors (20) verbunden ist und daß an den Kollektor (32) des dritten Transistors (30) die Ausgangsklemme (40) des Schwellenwertschalters angeschlossen ist.

7. Schwellenwertschalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückkopplungskreis zwischen dem Kollektor (32) des dritten Transistors (30) und dem Emitter (13) des ersten Transistors (10) angeschlossen ist und in Serie einen Gleichrichter (36) und einen Widerstand (37) enthält.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1136 372.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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