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DE2715609C3 - Fenster-Diskriminatorschaltung - Google Patents

Fenster-Diskriminatorschaltung

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Publication number
DE2715609C3
DE2715609C3 DE2715609A DE2715609A DE2715609C3 DE 2715609 C3 DE2715609 C3 DE 2715609C3 DE 2715609 A DE2715609 A DE 2715609A DE 2715609 A DE2715609 A DE 2715609A DE 2715609 C3 DE2715609 C3 DE 2715609C3
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DE
Germany
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transistor
voltage
collector
schmitt trigger
window discriminator
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Application number
DE2715609A
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DE2715609B2 (de
DE2715609A1 (de
Inventor
Karl-Diether Dipl.-Ing. 7101 Oedheim Nutz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aumovio Microelectronic GmbH
Original Assignee
Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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Publication date
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Priority to US05/891,404 priority patent/US4184087A/en
Priority to GB13636/78A priority patent/GB1601595A/en
Priority to IT22054/78A priority patent/IT1094347B/it
Priority to FR7810476A priority patent/FR2386938A1/fr
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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K3/00—Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
    • H03K3/02—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
    • H03K3/26—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use, as active elements, of bipolar transistors with internal or external positive feedback
    • H03K3/28—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use, as active elements, of bipolar transistors with internal or external positive feedback using means other than a transformer for feedback
    • H03K3/281—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use, as active elements, of bipolar transistors with internal or external positive feedback using means other than a transformer for feedback using at least two transistors so coupled that the input of one is derived from the output of another, e.g. multivibrator
    • H03K3/286—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use, as active elements, of bipolar transistors with internal or external positive feedback using means other than a transformer for feedback using at least two transistors so coupled that the input of one is derived from the output of another, e.g. multivibrator bistable
    • H03K3/2893—Bistables with hysteresis, e.g. Schmitt trigger
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/22—Modifications for ensuring a predetermined initial state when the supply voltage has been applied
    • H—ELECTRICITY
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    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/22—Modifications for ensuring a predetermined initial state when the supply voltage has been applied
    • H03K2017/226—Modifications for ensuring a predetermined initial state when the supply voltage has been applied in bipolar transistor switches

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)
  • Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
  • Manipulation Of Pulses (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft eine Fenster-Diskriminatorschaltung, die bei veränderlicher Versorgungsgleichspannung innerhalb eines bestimmten Spannungsbereiches ein definiertes Ausgangssignal abgibt, bei der an die Versorgungsspannungsquelle eine Schaltung angeschlossen ist, die P'ne von der Versorgungsspannung abhängige Kontrollspannung erzeugt, die einen Schmitt-Trigger bei Erreichen eines bestimmten unteren Wertes in definierter Weise einschaltet und mit einer weiteren, ir.ii dem Schmitt-Trigger verbundenen Schaltung zur Erzeugung einer im wesentlichen von der Versorgungsspannung unabhängigen Referenzspannung, deren Wert den oberen Konlrollspannungsweri bestimmt, bei dessen Erreichen der Schmitt-Trigger umgeschaltet wird.
Derartige Schallungen sind beispielsweise aus der DE-PS 12 53 305 und der DE-AS 1275 117bekannt.
In vielen Anwendungsfällen ist es erforderlich, bestimmten Logik- oder Speichel schaltungen beim Anlegen der Betriebsspannung einen definierten Anfangszustand aufzuzwingen. Als Beispiel sei ein Lichtdimmer erwähnt, der seine Versorgungsspannung über das Netz bezieht. Beim Ausfall des Netzes muß gewährleistet sein, daß bei Wiederkehr der Netzspannung der Uchtdimmer abgeschaltet bleibt. Dies bedeiiiet. daß während der Wiederkehr der Netzspannung die in einer Logik gespeicherien Betriebsinformationen für den Lich'dimmer gelöscht werden müssen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine sehr genau arbeitende Fensterüiskriminatorschaltung anzugeben, die bei wiederkehrender Versorgungsspaniiung während des Spannungsanstiegs innerhalb eines bestimmten Spannungsbereichs ein definiertes Ausgangssignal abgibt, mit dem beispielsweise die in einer Logikschaltung enthaltenen Speicherinformationen gelöscht werden b/w. ein definierter Anfangszustand wieder hergestellt wird. Die Schaltung soll dabei mit einem möglichst geringen Stromverbrauch auskommen.
Diese Aufgabe wird bei einer Fenster-Diskriminatorschaltung der eingangs beschriebenen Art durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil· des Anspruches I gelost,
Die Versorgungsspannungsquelle ist vorzugsweise ein Kondensator der über eine Gleichrichterschaltung aus dem Netz, aufgeladen wird.
Zur Stromversorgung der Spätinungserzeugungs-
schallungen und des Schmitt-Triggers ist vorzugsweise ein Multikollektor-Transistor vorgesehen, der als Stromspiegelschaltung arbeitet und entsprechend den Größenverhältnissen der verschiedenen Kollektoren einen Versorgungsstrom an die verschiedenen Schal- ί tungsteile abgibt. Der Komparator besteht in an sich üblicher Weise aus zwei an den Emitterelektroden miteinander verbundenen Transistoren, wobei diese Emitterelektroden mit einem Kollektor des Multikollektor-Transistors verbunden sind. Der Basiselektrode des ti) einen Transistors wird die veränderliche Kontrollspannung zugeführt, während an der Basiselektrode des anderen Transistors die feste Referenzspannung anliegt.
Die Erfindung und ihre weitere vorteilhafte Ausgestaltung soll im folgenden noch anhand eines Ausfüh- π rungsbeispieles näher erläutert werden. In der Figur ist ein bevorzugter Schaltungsaufbau in Bipolartechnik dargestellt Diese Schaltung eignet sich besonders für den Einsatz in monolithisch integrierten Schaltungen.
Die Gesamtschaltung ist zwischen die beiden Pole der Ji) Versorgungsgleichspannung geschaltet, was bedeutet, daß der die Betriebsspannung liefernde Kondensator C der Gesamtschaltung parallel geschaltet ist Am Kondensator Cfällt die Betriebsspannung LJb ab, die bei der Einschaltung des Netzes von der Spannung 0 bis zu _'> einem oberen Spannungswert zunimmt, der durch eine weitere in der Figur nicht dargestellte Schaltung vorgegeben wird.
An den einen Pol der Versorgungsspannung ist die Emitterelektrode eines Multikollektor-Transistors Γ w geschaltet, der im dargestellten Ausfuhrungsbeispiel insgesamt 3 Kollektoren aufweist. Eine Kollektorelektrode, die zu gleich mit der Basiselektrode des Multikollektor-Transistors T\ verbunden ist. ist doppelt so groß wie die beiden anderen Kollektoren. Diese Kollektorelektrode ist mit dem Spannungsteiler verbunden, der die von der Versorgungsspannung abhängige Kontrollspannung liefert. Dieser Spannungsteiler besteht in dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus den in Reihe geschalteten Widerstände R\, R} und Rs. Der Widerstand Rt ist mit dem anderen Pol der Versorgungsspannung verbunden.
An die weiteren Kollektoren des Multikollektor Transistors Γι ist einmal eine Diodenkette aus den in Flußrichtung geschalteten Dioden D\ bis Di und /um anderen die Schmitt-Trigger-Schaltung aus den Transistoren Ti, Ti und T4 angeschlossen. Die hintereinandergeschalteten Dioden D\ bis O4 liegen parallel /ur Basis Kollektorstrecke des Transistors Ti, so daß die an den Dioden abfallende Flußspannung zugleich die Eingangsspannung für den Transistor T2 bildet. Die Basiselektrode des Transistors Ts ist an die Widerstände R\ und Ri angeschlossen. Dieser Transistor Γι weist zwei vorzugsweise gleich große Kollektorelektroden auf. die mit je einer Basiselektrode eines .Schalttransistors T4 bzw. Ti und mit je einem Widerstand /?4 bzw. /?i verbunden sind. Diese Widerstände /?4 und R^ überbrükken die Basisemitterstrecke der zugehörigen Schalttransistoren T4 bzw. Γ?. Die Emittcrkollektorstrecke des Transistors T4 überbrückt andererseits den Widerstand Ri des Spannungsteilers, so daß dieser Widerstand bei durchgesteuertem Transistor T4 kurzgeschlossen wird. An der Kollektorelektrode des Transistors T5 wird das Ausgangssigna) abgenommen. Die Emitterelektroden der Transistoren T4 und T5 sowie die Kollektorelektrode des Transistors T2 sind mit dem einen Pol der Versorgungsspanniingsquelle verbunden.
Die Transistoren T4 und T5 sind komplementär zu den Transistoren Ti und Ti des Schmitt-Triggers und zu dem Multikollektor-Transistor 7}. So sind die Transistoren Tt, und Ti beispielsweise npn-Tninsistoren, deren Emitterelektroden mit dem Masseanschluß verbunden sind, während die übrigen Transistoren 71, Ti und Tj pnp-Transistoren sind, wobei die Emitterelektrode des Transistors Γι mit dem positiven Pol der Versorgungsspannungsquelle verbunden ist.
Die dargestellte und im einzelnen beschriebene Schaltung funktioniert wie folgt: Bei Wiederkehr der Netzspannung lädt sich der Kondensator Clangsam auf. Bei sehr kleiner Spannung ist der Betriebszustand der Schaltung nicht definierbar, da der durch den Multikollektor-Transistor Γι fließende Strom nicht ausreicht, um den Ausgangstransistor Γ? durchschalten zu können. Bei einem Mindestwert
wird der Transistor T5 durchgeschaltet. Dieser Mindest wert ist
L1 = /, (R1 +■ R2 + R1; f UBhT, . (2)
Ri muß hierbei berücksichtigt werden, da der Transistor T4 sperrt und somit der Strom l\ auch den Widerstand R1 durchfließt. Der Transistor Γ, arbeitet als Stromvpiegelschaltung, wobei der Strom durch den Spannungsteiler aufgrund der gewählten Größenverhältnisse der Kollektoren doppelt so groß ist wie die Ströme durch den Schmitt-Trigger bzw. durch die Diodenkette. Es gilt somit
η Der den Schmitt-Trigger durchfließende Strom teilt sich in einem Betriebszusland auf die Kollektoren des Transistors Tj gleichmäßig auf. Dies bedeutet, daß durch jeden Kollektor von Γι 'j fließt. Der Mindeststrom, bei
dem die Transistoren T4 und T5 durchgeschaltet werden, beträgt somit
Da /, dann genauso groll ist. gilt gemäß Formel 3
wählt man die Widerstände /?4 und Λ5 gleich groß und setzt voraus, daß die Basisemitterdurchschaltspannurig der Transistoren T4 und T5 gleich groß ist, so ergibt sich für Hui Strom h der Wert
JBH\
Setzt man diesen Wert in die Formel 2 ein, so erhäii man für die Spannung lh, bei der der Transistor T^ durchgeschajtet wird, folgenden Wert:
Wenn die Spannung Ug diesen Wert U\ erreicht, entsteht somit am Ausgang des Transistors T5 ein
»O«-Signal, durch das beispielsweise eine nachgeschaltete Logik- oder Speicherschaltung eine Vorzugslage einnimmt.
Wenn am Kondensator C die Spannung U\ überschritten wird, reicht der über den Transistor Tj fließende Strom aus, um die beiden Transistoren T4 und T% durchzusteuern. Durch diese Maßnahme wird also auch R} kurzgeschlossen, was bedeutet, daß der Strom A durch den Spannungsteiler nun nur noch durch die Widerstände R\ und R1 vorgegeben wird und somit anwächst (Schmitt-Trigger-Verhalten). Dieser Zustand bleibt erhalten, bis das Basispotential am Transistor Tj den Wert des Basispotentials am Transistor Ti erreicht. Dies ist bei der Spannung
U1, = U1
(81
Widerstands A'j bewirkt die Hysterese der dargestellten Schaltung, da der Transistor Ts erst bei einer Spannung
der Fall. Hierfür gilt unter Vernachlässigung der
uFl + uFl + uFt + υ,
U1= - (R1 + K2) + U„ETl .
(9)
Hierbei bedeutet Uf\ bis LZf4 die Flußspahnüngen der Diodenkette D1 bis D4. Erreicht Üb den Wert U2, wird der Transistor T3 gesperrt, und der Transistor T1 wird leitend. Wenn Ta sperrt, sperren jedoch auch die Transistoren T4 und T5, und das an die Logik abgegebene Ausgangssignal von Ts wird »1«, so daß nun durch weitere der Logik zugeführte Signale aus anderen Schaltungsteilen wieder neue Informationen aufgeprägt werden können. Das Basispotential an der Steuerelektrode von T3 wird nun wiederum durch die Widerstände Ru R1 und Rj bestimmt. Die Zu- und Abschaltung des
U1, =
die kleiner als die Spannung U1 ist, wieder durchgeschaU let wird, sofern die Spannung am Kondensator wieder abnimmt. Für Ui gilt aufgrund der Wirksamkeit aller 3 Widerstände des Spannungsteilers die Formel
ü («1 + Ri + R.\) + U1
(II)
Hierbei wird vorausgesetzt, daß die Flußspannungen Uf der 4 Dioden D\ bis D4 gleich groß sind. Die Hysterese der Schallung wird durch die Spannungsdifferenz zwischen den Werten Ui und U3 bestimmt.
Die erfindungsgemäOe Schaltung wird beispielsweise
bei esr
Netzausfall und Spannungswiederkehr der Schaltung einen definierten Anfangszusland aufzuzwingen. Der Kondensator C wird beispielsweise bis zu einer max. Spannung von 8 V aufgeladen. Bei einer Spannung U\ von ca. 2 V wird der Transistor T5 durchgeschaltel, Bei
einer Spannung von ca. 5 V wird der Transistor Ts wieder gesperrt. Durch den Ausgangsbefehl, der im Spannungsbereich zwischen 2 und 5 V durch den Tre fvsistor Ts abgegeben wird, wird einer nachgeschalteten Logikschaltung eine Vorzugslage aufgezwungen,
oder es kann beispielsweise der Speicherinhalt einer Befehlsschaltung gelöscht werden. Erst beim Erreichen der Spannung von ca. 8 V wird von einer weiteren, hier nicht beschriebenen Schaltung ein Impuls der Logikschaltung zugeführt, nach dem die Lichtdimmerschal-
ii tung durch externe Befehle wieder in einen beliebigen Betriebszustand versetzt werden kann.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:
1. Fenster-Diskriminatorschaltung, die bei veränderlicher Versorgungsgleichspannung innerhalb ι eines bestimmten Spannungsbereichs ein definiertes Ausgangssignal abgibt, bei der an die Versorgungsspannungsquelle eine Schaltung angeschlossen ist, die eine von der Versorgungsspannung abhängige Kontrollspannung erzeugt, die einen Schmitt-Trig- in ger bei Erreichen eines bestimmten unteren Wertes in definierter Weise einschaltet und mit einer weiteren, mit dem Schmitt-Trigger verbundenen Schaltung zur Erzeugung einer im wesentlichen von der Versorgungsspannung unabhängigen Referenz- π spannung, deren Wert den oberen Kontrollspannungswert bestimmt, bei dessen Erreichen der Schmitt-Trigger umgeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmitt-Trigger aus zwei an den Emitterelektroden miteinander verbun- >n denen unr! an eine Stromquelle angeschlossenen Transistoren (T2, Ti) sowie einem dritten Transistor (Ta) besteht, daß die Kontrollspannung an einem mit der Stromquelle verbundenen Spannungsteiler (R], R2, Ri) erzeugt und der Basis des ersten Transistors r> (Ti) des Schmitt-Triggers zugeführt wird, während der Basis des zweiten Transistors (T2) die Referenzspannung zugeführt wird und daß der über den Kollektorstrom des ersten Transistors (Tj) gesteuerte dritte Transistor (Ta) einen Widerstand (Ri) des so Spannungsteilers (R1, R2. Ri) überbrückt.
2. Fenster-Diskriminatorschaltung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsspannungsquelle ein \ jn eint externen Spannungsquelle aufgeladener Kordensa tor (C) ist. r>
3. Fenster-Diskriminatorsch. ".ung nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß als Stromquelle ein Multikollektor Transistor (Ti) vorgesehen ist, über den die Spannungserzeugungsschaltungcn und der Schmitt-Trigger mit Strom versorgt werden, in
4. Fenster-Diskriminatorschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Spannungsteiler verbundene erste Transistor (7"i) des Schmitt-Triggers zwei Kollektorelektroden aufweist, an die jeweils die Basiselektrode des 4Ί dritten Transistors (Ti) und eines weiteren Tränst stors (Ts) und ein mit einem Pol der Versorgungs Spannungsquelle verbundener Widerstand (Ra b/w. /?s) angeschlossen ist.
5. Fenster-Diskriminatorschaltung nach Anspruch m 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektor Emitterstrecke des dritten Transistors (Ta) einen Widerstand (Ri) des Spannungsteilers überbrückt, während an der Kollektorelekirode des weiieren Schalttransistors (Ts) das Ausgangssignal abgenom v> men wird.
6. Fenster-Diskriminatorschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die feste Referenzspannung an einer Reihenschaltung aus mehreren in Flußrichiung to geschalteten Dioden (Ds-Da) abfällt und daß diese Diodenkette parallel zur Basiskollektorstrecke des zweiten Transistors (T2) des SchmitUTriggers geschaltet ist.
7. FensterOiskriminatorschaltüng nach einem der bs vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennüeich* net, daß die Fläche des Kollektors des Multikollektortransisiors (Ti), de? mit dem Spannungsteiler (R\, Ri, Ri) verbunden ist, doppelt so groß wie die Fläche der Kollektoren ist, die mit dem Schmitt-Trigger (7j, Ti) bzw. der Diodenkette (D] — D+) verbunden ist.
8. Fenster-Diskriminatorschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kollektoren des Zweikollektortransistors (Ti) im Schmitt-Trigger flächenmäßig gleich groß sind.
9. Fenster-Diskriminatorschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schalttransistoren {TA, Tj) komplementär zu den Transistoren T2, Ti des Schmitt-Triggers und zu dem Multikollektor-Transistor( Γι) sind.
10. Fenster-Diskriminatorschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ihre Verwendung zur Abgabe eines Ausgangsbefehls innerhalb eines bestimmten Spannungsbereiches bei wiederkehrender Versorgungsspannung.
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