DE1763759C - Differenzkomparator fur Wechsel Spannungen - Google Patents

Description

Bei allen Regel- oder Überwachungsaufgaben, bei denen die Regel- oder Überwachungsgröße eine Wechselspannung oder ein Wechselstrom ist. z. B. bei der Pilotüberwachung in Trägerfreciuenzsystemen, wird ein Spannungskomparator oder ein Spannungsdiskrimiiicuor benötigt, der beim Erreichen einer gewissen Amplitude der Wechselspannung an seinem Ausgang einen Spannungssprimg abgibt. Als Vergleichsgröße für den Spannungskomparator eignet sich nur eine Gleichspannung, weil sie durch Referenzdioden mit genügender Cien:itiigkcit und Stabilität hergestellt werden kann. Als Vergleiehsverstärker eignen sich Differenzverstärker, insbesondere in integrierter Bauweise, besonders gut. Sie sind billig, stabil, weitgeheiulsl temperaturunabhängig, sehr einplindlich und haben sehr große Verstärkung.

Differenzverstärker haben zwei gleich empfindliche Hingänge, einen inveitierenden und einen nicht invertierenden Eingang. Übersteigt die Spannung am invertierenden Eingang diejenige am nicht invertierenden Eingang mn einige mV, so macht die Ausgangsspannung einen Sprung nach unten, tibersteigt die Spannung am nicht invertierender, Eingang diejenige

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am invertierenden Eingang um einige mV. so macht Die Gleichrichtung ist einfacher, weil die Anforde

die Ausgangsspannung einen Sprung nach oben. rungen an die Glätte dieser Ausgangsspannung gering

F.s ist bekannt und üblich, die zu überwachende sind. Denn diese Spannung muß nur eine digitale

Wechselspannung gleichzurichten und die erhaltene Ja-Nein-Aussage machen.

Gleichspannung mit der Referenzspannung zu ver- 5 Die Ausgangsspannung integrierter Differenzver-

gleichen. Die Referenzspannung wird an den einen stärker hat einen gewissen Aussteuerbereich zwischen

Eingang und die gleichgerichtete, zu überwachende einem Minimalwert und einem Maximalwert.

Spannung a:: den zweiten Eingang des DilTerenzver- Legt man die Referenzspannung an den invertie-

stärkers angelegt. Eine solche Schaltung ist angegeben renden Eingang und die Wechselspannung an den

in: " The applications of linear microcircuit« von i« nicht invertierenden Eingang, so hat die Ausgangs-

SGS Fairchild, Second Issue. August 1%7. Seite 106 spannung den Minimalwert, wenn die Wechselspitzen-

und 107. spannung kleiner als die Referenzspannung ist. Er-

Ausgehend von diesem Stand der Technik bezieht reicht die Wcchselspitzenspantmng den Wert der si. h die Erfindung somit auf einen Differenzkompa- Referenzspannung, so treten kurze Nadelspitzenrüor für Wechselspannungen zum Einsatz in Regel- 15 impulse von Maximalwertamplilude auf. und ÜbenvaehungsschalUmgen. insbesondere zur L.egt man die Referenzspannung an den nicht Fiiotüberwaehun« in Trägerfrequcnzswemen. der invertierenden Eingang und die Wechselspannung an beim Erreichen einer gewissen Amplitude der Wech- den invertierenden Eingang, so hat die Ausgar.gs- !cispannung an seinem Ausgang einen Spannungs- spannung den Maximalwert, nenn die Wechselspitsprung abgibt und mindestens einen Differenzver- 20 zenspannung kleiner als die Referenzspannung ist. stärker enthält, der die zu überwachende oder re- Erreicht die Wechselspitzenspannung den Wert der (.'.elnde Wechselspannung mit einer Referenz-Gleich- Referenzspannung, so treten kurze Nadelspitzenspannung vergleicht. irmulse von Minimalwertamplitude auf.

Diese Methode hat mehrere grundsätzliche Nach- Einige Ausführungsbeispiele des Differen/.kompa-

tcile. Erstens ist die gleichgerichtete Spannung der 25 rators nach der Erfindung /eigen die F i g. 1 bis 5.

Wechselspannung nicht proportional, weil die Gleich- In Fig. I ist En der nicht invertierende Eingang,

richter eine Schwellspannung haben, die überwunden Ei der invertierende Eingang des Differentialverstär-

v.crden muß. Zweitens muß die Wechselspannung kers DV. Die Klemme K 1 ist die Masseklemme. Zwi-

relativ groß sein, damit sie die Schwell ,pannung -Jes sehen den Klemmer; Kl und KX liegt eine positive

Gleichrichters überwinden kann. Drittens ist der 30 Spannung - VB \. Zwischen den Klemmen K3 und

Spannungsvergleich fehlerhaft, weil die Gleichrichter KX liegt eine negative Spannung —UBl. A ist die

einen relativ großen Temperaturkoeffizienten haben. Ausgangsklemme des Ditrerenzverstärkers. Ein

Viertens muß die gleichgerichtete Spannung sorg- Auswertetransistor Ts vom npn-Typ wird über einen

fältig gesiebt werden, damit der Differenzverstärker Spannungsteiler RvIRb vom Ausgang A des DitTe-

eine definierte Ausgangsspannung abgibt. 35 renzverstärkers derart gesteuert, daß die Rechteck-

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, impulse (Nadelspitzenimpulse) den Auswertetrans!- die Gleichrichtung der zu überwachenden Wechsel- stör kurzzeitig vom gesperrten in den leitenden Zuspannung zu umgehen und einen Dirrcrenzkompara- stand überführen. Wird die Kollektor-Emitter-Strccke tor für Wechselspannungen zum Einsatz in Regel- dieses Auswertetransistors parallel zum Kondensa- und ÜberwachungsschalUingen. insbesondere zur 40 torC einer an der Batteriespannung ÜB 1 anliegenden Pilotüberwachung in Trägerfrequenzsystemen zu Reihenschaltung eines Widerstandes R und eines schaffen, der beim Erreichen oiner gewissen Ampli- Kondensators C geschaltet, so wird beim periodischen tude der Wechselspannung an seinem Ausgang c'tien Leitendwerden des Transistors tier Kondensator C Spannungssprung abgibt und einen Differenzverstär- entladen, und die Kondensatorspannung kann keine ker enthält, der die zu überwachende Wechselspan- 43 großen Werte annehmen. Nur beim gesperrten Trannung mit einer RclVenz-GIeichspannung vergleicht. sistor kann der Kondensator C voll aufgeladen wer-

Be: dem zuvor beschriebenen Dilferenzkomparator den. Die Veigleichsspannung (/? wird zwischen den

wird zrr Lösung dieser Aufgabe eifindiiiigsgemäß Klemmen Ei und KX und die zu über·.¹ achende

vorgeschlagen, daß an den einen Eingam» des DiITe-- Wechselspannung Hw zwischen den Klemmen En

renzverstärkers die Referenzspannung und an den so und KX angelegt.

anderen Eingang die zu überwachende oder regelnde Wird die Schaltung nach Fig. 1 zur Überwachung Wechselspannung unmittelbar angelegt ist und beide eines Oberpegels verwendet, so muß die Sollwert-Spannungen miteinander derart vergleichbar sind, daß Wechselspannung kleiner als clic Vergleichsspannung heim Überwiegen der Referenzspannung über die sein; dabei ist die Ausgangsspannung des DüTerenz-Wechselspit/euspannunü kein Ausgangssignal auftritt, 55 Verstärkers ivlein. der Transistor Ts gesperrt und der wahrend beim Überwiesen der Wechselspilzenspan- Kondensator C aufgeladen. Bei der zu überwachenniiiij» über die Referenzspannung eine rechteck- oder den Pegelgrenze über teigt die Wechselspannung die nadelimpulsförmiüc Ausgangsspannung gleicher Fre- Vergleichsspaniumg. es entstehen positive Nadel· (|iicn/ wie die Wechselspannung auftritt, die nach spitzenimpulse. die den Transistor 7'.v kurzzeitig leierfolgter Gleichrichtung zum Steuern einer Auswerte- Co tend machen, und der Kondensator Γ wird entladen. schaltung verwendbar ist. Wird die Schaltung nach 1·" i g. I zur Überwachung

Integrierte Differ'-'i/verslarker sind so empfindlich. eines Unterpegel·; veiwendet, so muß die Sollwert-

daß auch eine Wechselspannung von einigen mV zum Wechselspannung größer als die Vergleichsspannung

Aussteuern des DilFcreiv/.veistärkers ausreicht. Bei sein; dabei schwankt die Ausgangsspantning de:. DiI-

der Anwendung de;: DilTerenzkomparators nach der 65 ferenzverstärkers rcchtcckförmig zwischen kleinen

Erfindung für Pilotübervvachungen in Ί"riigerfrei.|uenz- und großen Werten, der Transistor Ts wird immer

systemen kann die benötigte Verstärkung des Pilot- wiedei leitend und der Kondensator C ist entladen,

empfängers einige Neper kleiner gehalten werden. Bei der zu überwachenden Pegelgrenze übersteigt die

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Vergleichsspannimg die Wechselspannung, die Aus- und diese Umkehrstufe muß parallel zum Ausgangs-

gangsspannung des DilTercnzverstärkers wird klein, kondensator der anderen Schaltung angeordnet wer-

der Transistor Ts wird gesperrt und der Kondensa- den.

toi Γ aufgeladen. I-" i g. 5 /.eigt ein Ausführungsbeispiel einer dcr-

Werden bei der Schaltung nach F i g. 1 die Hin- 5 artigen Schaltung für die Überwachung des Über-und gängc derart vertauscht, daß die Vergleichsspanniing Unlerpcgels, wobei der obere Teil mit einem DifTe-/wischen den Klemmen En und K\ und die zu renzverstäiker DV 1 mit den F.ingangsklcmmen Ei 1, Oberwachende Wechselspannung zwischen den Klem- /wil, der Ausgangsklemme A 1, der Verglcichsspanmcn Ei und Ki angelegt wird, so funktioniert die uimg (,/# 1, der Wechselspannung UwI, einem Aus-Schaltung nicht. 1st nämlich die Vcrgleichsspanniing ίο wertetransistor Ts 1 und einer Reihenschaltung RM größer als die Wechselspannung, so ist die Ausgangs- f'l zur Überwachung des Uberpcgels und der untere spannung des DilTcrenzverstärkers groß, der Tran- Teil mit einem Differenzverstärker/M⁷2 mit den FJnsistor Ts leitend und der Kondensator C entladen. gangsklemmcn Ei 1, En 2, der Ausgangsklemme A 2, Ist dagegen die Wechselspannung größer als die Vcr- der Vcrgleichsspannung (Vg 2, der Wechselspannung gleichsspannung, so schwankt die Ausgangsspannung 15 UwI, einem Auswertctransislor 7'.v 2, einer Reihendes DifTcrcnzverstärkers rechteckförmig zwischen schaltung R HC1 und einem Phasenumkehrtransistor kleinen und großen Werten, der Transistor'/'.? wird 7".v3, dessen Basis am Abgriff eines parallel immer wieder leitend und der Kondensator C eben- zum Kondensator Cl liegenden Spannungsteilers falls entladen. R 3/R 4 liegt und dessen Kollcktor-limittcr-Streckc

Diese Schwierigkeit kann gemäß F i g. 2 durch 20 parallel zum Kondensator C1 geschaltet ist,

Zwischenschalten eines mit U bezeichneten Phasen- zur Überwachung des Untcrpegels verwendet

umkehrtransistors zwischen dem Ausgang A des Dif- wird. Die Vergleichsspanniing Ug 1 des oberen

fcrcnzverstärkcrs und dem Auswertetransistor Ts Schaltungsteiles entspricht der oberen Grenze des

umgangen werden. Überwachungsberciches. Die Vcrgleichsspannung

Wird, wie in Fig. 3 gezeigt, die Basis des Aus- »5 Ug 1 !rs unteren SchalUingsteücs entspricht der untcwertctransistors über einen Spannungsteiler an eine ren Grenze des Überwachungsbereiches. Das Ausfeste Spannung gelegt und die Ausgangsspannung gangssignal wird vom Kondensator C! der oberen des Differenzverstärkers dem Emitter des Auswerte- Schaltung abgenommen.

transistors zugeführt, so funktioniert die Schaltung Wenn Sollpcgel herrscht, ist der Transistor Ts 1

ebenfalls. ~ 3o gesperrt, der Transistor Ts 2 leitend und der Tran-

Wird gemäß Fig. 4 ein Auswertetransistor vom sistor7'j3 gesperrt. Der Kondensator C 1 ist auf die

pnp-Typ verwendet, der seine Steucrrpannung zwi- Spannung UB 1 aufgeladen.

sehen den Klemmen A und Kl abgreift, so funktio- Wenn Überpegcl auftritt, wird, wie oben beschrie-

nicrt die Schaltung auch ohne Phasenumkchrtransi- bcn, der Auswertetransistor Ts 1 durch die Rcchl-

stor. Dabei wird zwischen den Ausgang A des Diffe- 35 eckimpulse (Nadelspitzcnimpulsc) immer wieder

renzverstärkers und die Basis des Auswertetransistors leitend gemacht, der Kondensator C 1 wird entladen

eine Zcnerdiode D geschaltet, um die Potentiale an- und es wird alarmiert. Dabei bleibt der Transistor

zupassen. 7*5-2 leitend und der Transistor Ts3 gesperrt, so daß

Wenn Über- und Untcrpegel einer Wechsclspan- die untere Schaltung die Ausgangsspannung nicht

nung überwacht werden sollen, müssen zwei Schal- 40 beeinflußt.

tungcn nach F i g. 1 verwendet werden. Dabei hat die Wenn Unterpegel auftritt, wird, wie oben beeine Schaltung bei Überpcgel die Spannung Null und schrieben, der Kondensator C 2 aufgeladen, der die andere Schaltung bei Unterpegel die Spannung Transistor Ts 3 wird über seinen Spannungsteiler UB 1 an ihrem Ausgangskondensator. Soll bei Über- R 2>IR 4 so angesteuert, daß er leitend wird und den pegel und Unterpegel ein einheitliches Ausgangssignal 45 Kondensator C1 entlädt. Dabei bleibt der Transistor auftreten, so muß eine der beiden Schaltungen hinter Ts 1 gesperrt und beeinflußt die Ausgangsspannung der Gleichrichtung eine Phasenumkehrstufe erhallen, nicht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Differenzkomparator für Wechselspannungen zum Einsatz in Regel- und Überwachungsschaltungen, insbesondere zur Pilotüberwachung in Trägerfrequenzsystemen. der beim Erreichen einer gewissen Amplitude der Wechselspannung an seinem Ausgang einen Spannungssprung abgibt und mindestens einen Differenzverstärker enthält, der die zu überwachende oder zu regelnde Wechselspannung mit r^;ner Referenz-Gleichspannung vergleicht, dauurch gekennzeichnet, daß an den einen Eingang des Differenzverstärkers (DV) die Referenzspannung (Ug) und an den anderen Eingang die zu überwachende Wechselspannu 1 > (Uw) unmittelbar angelegt ist nd beide Spannungen miteinander derart ver_oleichbar sind, daß beim Überwiegen der Referenzspannung über die Wechselspitzenspannung kein Ausgangssignal auftiitt, während beim Überwiegen der Wechselspit/erspannung über die Referenzspannung eine rechteck- oder nadelimpulsförmige Ausgangsspannung gleicher Frequenz wie die Wechselspannung auftritt, die nach erfolgter Gleichrichtung zum Steuern einer Auswerteschaltung verwendbar ist.

2. DifTerenzko.nparator nach Anspruch .1. bei dem der Differenzverstärker (P'/) Transistoren vom Typ npn enthält und hei dem die Referenzspannung (Ug) an den inverlierenc' η Eingang (E/) und die zu überwachende Wechselspannung (Uw) an den nicht invertierenden Eingang (En) angelegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Auswertetransistor (TO vom Typ npn von der auf Massepotentia! (Klemme Kl) bezogenen Ausgangsspannung des Differenzverstärkers (DV) über einen Basisspannungsteiler (Rv/Rb) zwischen Basis und Emitter derart gesteuert ist, daß er leitend wird, wenn die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers hoch ist, und gesperrt wird, wenn die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers klein ist (Fi g. 1).

3. Differenzkomparator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektor-Emitter-Strecke des Auswertetransistors (Ts) parallel zum Kondensator (C) einer an die Betriebsspannung (UBl) des Differenzverstärkers anliegenden WC-Reihenschaltung (R/C) geschaltet ist.

4. Differenzkomparator nach Anspruch 3 zur Überwachung eines Überpegels bei der Pilotüberwachung, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollwert-Wechselspitzenspannung kleiner als die Referenzspannung und hei Sollwert der Ausganyskondensator'(C) der Schaltung aufgeladen ist.

5. DifTerenzkomparator nach Anspruch 3 zur Überwachung eines Unterpegels bei der Pilotüberwachung, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollwert-Wechselspitzenspannung größer als die Referenzspannung und bei Sollwert der Ausgangskondensator (C) der Schaltung entladen ist.

6. DifTerenzkomparator nach Anspruch 1. bei dem die Referenzspannung an den nicht invertierenden Eingang angelegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Ausgang (A) des DifTerenzverstärkers (DV) und ilen Aiissvcrtelransistor(7'.v) eine Phasenumkehrstufe (U) geschaltet iM (F ig. 2).

7. DifTerenzkomparator nach Anspruch I, bei dem der Differenzverstärker Transistoren vom Typ npn enthält und bei dem die Referenzspannung an den invertierenden Eingang und die zu überwachende Wechselspannung an den nicht invertierenden Eingang angelegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein npn-Transistor als Ausweitetransistor (Ts) verwendet ist. der seine Basisspannuni: über einen festen Spannungsteiler erhält und dessen Emitter die Ausgangsspannung des DifTerenzverstärkers zugeführt ist (Fig. 3).

S. DifTerenzkomparator nach Anspruch 1, bei uem der Differenzverstärker Transistoren vom Typ npn enthält, und bei dem die Referenzspannung an den nicht invertierenden Eingang (En) und die zu überwachende Wechselspannung an den invertierenden Eingang (E/) angelegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein pnp-Transistor als Auswertetransistor (Ts) verwendet ist. der seine Steuerspannung zwischen der Ausgangsklemme (/1) des Differenzverstärkers (DV) und Pluspotential der Betriebsspannung des DilTerenzverstärkers Klemme K 2 abgreift (F i g. 4).

⁽). Differenzkomparator nach Anspruch X. dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Ausgang (A) des Differenzverstärkers (DV) und die Basis des Auswertetransistors (Ts) eine Zenerdiode (D) geschaltet ist (F i g. 4).

10. DifTerenzkomparator nach einem der Ansprüche I bis 3 zur Überwachung sowohl des Überpegels als auch des Unterpegels einer Wechselspannung, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schaltung (DKl, T.?l) zum Überwachen des Überpegels nach Anspruch 4 und eine Schaltung (DV2, Ts2) zur Überwachung des Unterpegels nach Anspruch 5 parallel geschaltet sind und daß letzterer euie Phasenumkehrstufe (Ts 3) nachgeschaltet ist, deren Kollektor-Emitter-Strecke parallel zum Ausgangskondensator (C 1) der Schaltung zur Überwachung des Überpegels geschaltet ist (Fig. 5).