DE3341593C2 - Komparatorschaltung zum Vergleichen eines Eingangssignals mit einer einstellbaren Vergleichsspannung - Google Patents

Abstract

In einer Schaltungsanordnung mit einer Differential-Transistorschaltung, die einen Schwellenpegel aufweist und in Abhängigkeit von einem Eingangssignalpegel und einem Bezugssignalpegel ein Ausgangssignal erzeugt, ist eine Widerstandsschaltung zum Ändern des Bezugspegels vorgesehen. Sie umfaßt einen Widerstand 30 zum Zuführen des Bezugspegels zur Differential-Transistorschaltung und eine mit dem Widerstand gekoppelte Steuerschaltung zum Verändern des Bezugspegels durch Ändern des durch den Widerstand fließenden Stromes. Der Schwellenpegel kann somit willkürlich verändert werden.

Description

• Die Erfindung geht aus von einer Komparatorschaltung von der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.
• Bei einer aus DE-AS 21 28 130 bekannten Komparatorschaltung dieser Art ist zur stufenlosen Einstellung der Vergleichsspannung der mit dem zweiten Eingang des Differenzverstärkers verbundene Widerstand als veränderbarer Widerstand ausgebildet. Auch bei einer aus DE-PS 24 27 326 bekannten, auf dem gleichen Prinzip beruhenden Komparatorschaltung ist die am Differenzverstärker wirksame Vergleichsspannung mittels einstellbarer Spannungsteiler veränderbar. Veränderbare Widerstände können jedoch nicht in eine integrierte Schaltung integriert werden, sondern müssen als äußere Bauteile angeschlossen werden. Dies hat einerseits zur Folge, daß sie eine andere Temperaturkennlinie als die in die Schaltung integrierten Widerstände aufweisen, so daß sich insgesamt eine Temperaturabhängigkeit der Vergleichsspannung ergeben kann. Zum anderen können über die Anschlüsse eines äußeren Widerstandes Störsignale, Netzbrummen, usw. eingestreut werden.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Komparatorschaltung der angegebenen Art zu schaffen, derart, daß sie als integrierte Schaltung realisiert werden kann und eine sehr konstante, von Temperatureinflüssen und äußeren Störsignalen im wesentlichen unbeeinflußte, gleichwohl aber von außen steuerbare Vergleichsspannung erzeugen kann.
• Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Die Unteransprüche beziehen sich auf vorteilhafte weitere Ausführungsarten der Erfindung.
• Durch die Erfindung wird der Vorteil erzielt, daß die beiden Stromspiegelschaltungen einen ausschließlich durch den angelegten Bezugsstrom bestimmten Stromfluß an beiden Enden des die Vergleichsspannung erzeugenden Widerstandes erzwingen, so daß dieser Stromfluß, und damit auch die Vergleichsspannung selbst, unabhängig von Schwankungen der angelegten Gleichspannungspotentiale und von eingestreuten Störpotentialen ist. Gleichwohl kann die Vergleichsspannung durch Ändern des zugeführten Bezugsstroms leicht eingestellt werden.
• Ausführungsarten der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher erläutert.
• Fig. 1 ist das Schaltbild einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
• Fig. 2 zeigt die Kennlinie des Widerstandes gegen die Schwellenspannung für die Differentialtransistorschaltung nach Fig. 1.
• Fig. 3 zeigt das Schaltbild einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
• Fig. 4 zeigt die Kennlinie der mittleren Eingangsspannung gegen die Schwellenspannung für eine Differential- Transistorschaltung in der Schaltungsanordnung nach Fig. 3.
• Die in Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist zur Verwendung als Komparator bestimmt. Die Schaltungsanordnung hat einen Eingang 13 und einen Ausgang 14, einen Masseanschluß 16 und einen stabilisierten Versorgungsanschluß 17, eine Differenzverstärkerschaltung aus einem ersten und zweiten Transistor 1 und 2, eine Konstantstromquelle 3 und eine Ausgangsstufe mit den Transistoren 18 und 8 und dem Widerstand 9.
• Eine Eingangsstufe mit den Kondensatoren 19 und 42, Transistoren 21, 24 und 25 und Widerständen 22, 23, 29, 31, 43, 44 und 45 ist mit der Differenzverstärkerschaltung gekoppelt. Der Emitter des Transistors 21 ist mit der Basis der Transistoren 24 und 25 über den Widerstand 22 bzw. 23 gekoppelt. Der Transistor enthält die von den Widerständen 43 und 44 festgelegte Vorspannung. Die Kollektoren der Transistoren 24 und 25 sind über einen gemeinsamen Verbindungspunkt mit dem stabilisierten Versorgungsanschluß 17 verbunden. Die Basis des Transistors 1 ist mit dem Emitter des Transistors 24 und ferner über einen Widerstand 29 mit Masse 16 verbunden. Ein Ende eines Widerstandes 30 ist mit der Basis des Transistors 2 verbunden, um entsprechend dem durch den Widerstand fließenden Strom I&sub1; ein Bezugssignal mit dem Bezugspegel festzulegen. Das andere Ende des Widerstandes 30 ist mit dem Emitter des Transistors 25 und über dem Widerstand 31 mit Masse verbunden. Eine Stromversorgungsschaltung mit den Transistoren 35, 36, 37 und 38 und einem Widerstand 39 ist mit dem Widerstand 30 gekoppelt. Der Transistor 35 hat zwei Kollektoren mit gemeinsamer Charakteristik, die so ausgebildet sind, daß die durch die beiden Kollektoren fließenden Ströme untereinander gleich und deshalb beide mit dem Bezugszeichen I&sub1; bezeichnet sind. Der Transistor 36 ist durch Verbindung seiner Basis und seines Kollektors als Diode geschaltet. Ein veränderbarer Widerstand 40, dessen Widerstand mit R&sub4;&sub0; bezeichnet ist, ist zwischen einem Steueranschluß 41 und der Masseleitung 16 geschaltet, um den Strom I&sub1; zu steuern. Der Widerstand 40 wird im allgemeinen räumlich getrennt von der Komparatorschaltung angeordnet und über den Bezugsstromanschluß 41 und den Masseanschluß 14 angeschlossen sein. Bei dieser Stromversorgungsschaltung sei das Verhältnis des Stromes I&sub2; zum Strom I&sub1; als 1 : m gesetzt. Im Betrieb ist der Strom I&sub2; gegeben durch:
  I&sub2; = (V _s - V _{be 36})/R&sub4;&sub0;, (4)
  wobei V _{be 36} die Basis-Emitter-Vorwärtsspannung des Transistors 36 darstellt. Der durch den Transistor 2 fließende Basisstrom kann vernachlässigt werden. Wenn der Strom I&sub1; durch den Widerstand 30 fließt, ergibt sich an diesem der Spannungsabfall V&sub3;&sub0; gemäß
  V&sub3;&sub0; = I&sub1; · R&sub3;&sub0; = m · I&sub2; · R&sub3;&sub0; = m · (V _s - V _{be 36}) · R&sub3;&sub0;/-R&sub4;&sub0;. (5)
  
• Wenn die Widerstände 22 und 29 und der Transistor 24 identisch mit den Widerständen 22 und 31 und dem Transistor 25 ausgebildet sind, wird die Spannung zwischen Basis und Emitter des Transistors 24 gleich der Spannung zwischen Basis und Emitter des Transistors 25. Das Eingangssignal V _IN wird dem Transistor 1 zugeführt, erscheint aber wegen des Kondensators 42 nicht am Emitter des Transistors 25. In anderen Worten, der Transistor 24 liefert das gleiche Emittermaterial wie der Transistor 25. Dies bedeutet, daß die Schwellenspannung V _th &min; der Differenzverstärkerschaltung gleich der Spannung V&sub3;&sub0; am Widerstand 30 wird. Deshalb ist die Schwellenspannung V _th &min; gegeben durch:
  V _th &min; = V&sub3;&sub0;. (6)
  
• Wie aus den Gleichungen (5) und (6) ersichtlich, kann die Schwellenspannung V _th &min; willkürlich auf einen bestimmten Wert eingestellt werden, indem der Widerstand 40 verändert wird. Der Widerstand 40 ist mit der Klemme 41 verbunden, die mit dem von den Transistoren 1 und 2 gebildeten Komparator durch die Stromspiegelschaltung aus den Transistoren 35 und 36 verbunden. Deshalb ist der Transistor 2 frei von über die Klemme 41 eingestreutem Rauschen oder Brummen. Außerdem ist die Schwellenspannung V _th &min; dieser Schaltung gegeben durch die Strom I&sub1;, durch den Widerstand 30 und dessen Widerstandswert, wobei der Strom I&sub1; wiederum bestimmt ist durch die stabilisierte Versorgungsspannung V _s , die Basis-Emitter-Vorwärtsspannung V _{be 36} des Transistors 36, und den Wert des Widerstandes 40. Deshalb kann die Schwellenspannung V _th &min; durch Wahl bzw. Einstellung der Temperatur-Kennlinien des Widerstandes 30 und des Stroms I&sub1;, unabhängig von der Raumtemperatur gemacht werden. Ferner liefert der Transistor 25 im wesentlichen keinen Strom zum Transistor 37, da die Widerstände 30 und 39 in Serie zwischen die Kollektoren der Transistoren 35 und 37 geschaltet sind und der Strom durch den Widerstand 30 im wesentlichen gleich dem durch den Transistor 37 ist. Der Transistor 25 dient zum Anlegen einer Gleichspannung an ein Ende des Widerstandes 30. Somit kann die Schwellenspannung V&sub3;&sub0; unabhängig von der Basisspannung der Transistoren 21, 24 und 25 durch Steuern des Stromes I&sub2;, d. h. des Stromes I&sub1; eingestellt werden. Der Spannungsabfall am Widerstand 39 kann als Schwellen- oder Bezugsspannung für einen anderen Teil der Schaltung verwendet werden.
• Bei zunehmendem Widerstandswert R&sub4;&sub0; des Widerstandes 40 nimmt die Schwellenspannung V _th &min; ab, wie in Fig. 2 dargestellt.
• Die beschriebene Komparatorschaltung ermöglicht eine willkürliche Änderung der Schwellenspannung V _th &min; und ist deshalb für viele Anwendungszwecke geeignet. Ferner kann die Komparatorschaltung in integrierter Halbleitertechnik hergestellt werden.
• Fig. 3 zeigt eine Schaltungsanordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, die vorzugsweise als Pulserzeugerschaltung für eine Störimpuls-Austastschaltung für Rundfunkempfänger geeignet ist. Die Schaltungsanordnung hat einen ersten Eingang 13 und einen Ausgang 14, eine Differenzverstärkerschaltung mit erstem und zweitem Transistor 1 und 2 und Konstantstromquelle 3 sowie einen Widerstand 30, der mit Hilfe des durch ihn fließenden Stromes I&sub3;/2 das Bezugssignal für die Differenzverstärkerschaltung liefert. Die Stromversorgungsschaltung umfaßt die Transistoren 35, 36, 37, 38, Widerstände 73 und 74 und eine Konstantstromquelle 75 für einen Strom I&sub3;, entsprechend dem Komparator nach Fig. 3.
• Das dem Anschluß 13 zugeführte Eingangssignal V _EIN umfaßt eine Wechselspannungskomponente und eine Gleichspannungskomponente. Es wird dem Transistor 1 durch den Widerstand 71 zugeführt. Am Verbindungspunkt eines Widerstandes 72 und eines Kondensators 87 erscheint jedoch nur die Gleichspannungskomponente des Eingangssignals V _EIN , da die Gleichspannungskomponente durch den Kondensator 87 nach Masse abgeleitet wird.
• Eine Stromsteuerschaltung umfaßt die Transistoren 78, 79, 80, 81, 82 und 83, Widerstände 76, 84 und 85 und Kondensatoren 77 und 86 und ist mit der Stromversorgungsschaltung verbunden, um den Strom I&sub3;/2 zu steuern. Eine Zeitkonstantenschaltung bestehend aus dem Widerstand 85 und dem Kondensator 86 dient zum Ausmitteln der Spannung eines Eingangssignals, welches einem zweiten Eingang 13&min; zugeführt wird. Bei dieser Stromsteuerschaltung wird der Transistor 83 leitend, wenn die mittlere Spannung an seinem Kollektor eine vorgegebene Spannung V _{x 1} übersteigt, die durch die Basis-Emitterspannung des Transistors 83 gegeben ist. Damit werden auch die Transistoren 78, 79, 80, 81 und 82 leitend.
• Der Transistor 78 leitet einen Teil des durch den Widerstand 73 dem Emitter des Transistors 35 zufließenden Stroms ab, wodurch der Strom durch den Widerstand 30 herabgesetzt und dadurch auch das Basispotential des Transistors 80 (d. h. Transistor 2) erniedrigt wird, und zwar so lange, bis die Basisspannung des Transistors 80 gleich der Bezugsbasisspannung V&sub1; am Transistor 81 geworden ist.
• Die Spannung V _{x 1} ist so bemessen, daß sie der kritischen Feldstärke S&sub0; entspricht. Bei dieser Schaltungsanordnung wirkt die Differential-Transistorschaltung als Impulserzeugungsschaltung. Die Stromversorgungsschaltung und Stromsteuerschaltung wirken als die P/A-Schaltung, der das Ausgangssignal einer AGC-Schaltung an den Eingängen 13 und 13&min; zugeführt wird und die die Schwellenspannung der Impulserzeugerschaltung feldstärkenabhängig steuert.
• Das Ausgangssignal der AGC-Schaltung stellt ein Störsignal dar, welches das Eingangssignal EIN begleitet. Dieses Störsignal umfaßt eine erste Art von Störkomponenten, die verursacht sind durch Zündung, Scheibenwischer und andere Signaleinrichtungen, die im Automobil vorhanden sind, und eine zweite Art von Störkomponenten, die durch die elektrische Feldstärke oder -intensität verursacht werden. Die erste Art von Störkomponenten sind impulsartige Störungen. Der Kondensator 86 (Fig. 3) wird durch das Ausgangssignal der AGC- Schaltung 56, d. h. das Störsignal, aufgeladen. Da die erste Art von Störkomponenten (d. h. die Störimpulse) mit Unterbrechungen und zufällig erzeugt werden, können diese den Kondensator 86 nicht so weit aufladen, daß der Transistor 83 eingeschaltet wird. Dagegen hat die zweite Art von Störkomponenten einen Pegel, der zunimmt, wenn die elektrische Feldstärke abnimmt. Wenn die elektrische Feldstärke gleich oder kleiner wird als eine kritische Feldstärke S&sub0;, wird der Kondensator durch die zweite Art von Störkomponenten so weit aufgeladen, daß der Transistor 83 eingeschaltet wird. Infolgedessen wird der durch den Widerstand 30 fließende Strom geändert, um die Schwellenspannung (d. h. das P/A-Verhältnis) zu ändern, wie vorstehend beschrieben.
• Für den Betrieb sei zunächst angenommen, daß die mittlere Spannung des Eingangssignals am Eingang 30 unter der vorgegebenen Spannung V _{x 1} liegt. Die Transistoren 78, 79, 80, 81, 82 und 83 sind im Sperrzustand. Somit ist die Differenz der Basisspannungen der Transistoren 1 und 2 eine Spannung V _30AUS , die am Widerstand 30 liegt und durch den Strom I&sub0; von der Konstantstromquelle 75 bestimmt ist. Die Spannung V _30AUS ist gegeben durch:
  V _30AUS = V _einDC + I&sub3; · R&sub3;&sub0;/2) - V _einDC = I&sub3; · R&sub0;/2, (7)
  wobei V _einDC die Gleichspannungskomponente des Eingangssignals V _ein darstellt.
• Wenn andererseits die mittlere Spannung des dem Anschluß 13&min; zugeführten Eingangssignals die Spannung V _{x 1} übersteigt, aufgrund der Tatsache, daß die Feldstärke gleich der kritischen Stärke S&sub0; wird, dann werden die Transistoren 78, 79, 80, 81, 82 und 83 leitend. Der Transistor 80 zweigt den Emitterstrom des Transistors 35 durch den Transistor 78 derart ab, daß eine Spannung V _30ein am Widerstand 30 abfällt. Die Bezugsspannung V&sub1; ist gewählt im dem Bereich
  V _einDC < V&sub1; < V _einDC + V _30ein .
  Somit ist die Spannung V _30ein gegeben durch:
  V _30ein = V&sub1; - V _einDC (8)
  
• Wie aus den Gleichungen (7) und (8) ersichtlich, kann die Differenz der Basispotentiale, d. h. die Schwellenspannung der Differenzverstärkerschaltung in Abhängigkeit von der Feldstärke geändert werden, indem am Eingang 13&min; das Ausgangssignal der AGC-Schaltung zugeführt wird. Somit kann das P/A-Verhältnis automatisch geändert werden durch Änderung der Schwellenspannung der Impulserzeugungsschaltung 58.
• Fig. 4 verdeutlicht, daß der Transistor 83 leitend wird, wenn die mittlere Spannung V _x des Eingangssignals am Eingang 13&min; die vorgegebene Spannung V _{x 1} übersteigt.
• Die Schaltungsanordnung gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung ist geeignet für eine Störunterdrückungsschaltung. Die Störunterdrückungsschaltung erreicht eine verbesserte Störunterdrückungswirkung durch automatische Änderung des P/A-Verhältnisses in Abhängigkeit von der Feldstärke. Deshalb ist die Störunterdrückungsschaltung besonders geeignet für Autoradioempfänger, bei denen die Feldstärke der Störsignale in großen Grenzen schwankt.
• Die Spannung V _30ein kann durch Steuern der Bezugsspannung V&sub1; verändert werden. Dagegen ist die Spannung V _30aus bestimmt durch den Widerstandswert des Widerstandes 30 und den Strom I&sub3; und kann daher nicht geändert werden. Deshalb kann ein veränderbarer Widerstand für die Konstantstromquelle 75 verwendet werden entsprechend der Ausführungsform nach Fig. 1. Durch eine solche Änderung kann die Schwellenspannung der Schaltung nach Fig. 3 reguliert werden und kann weiter in Abhängigkeit von der elektrischen Feldstärke geändert werden.

Claims (7)

1. Komparatorschaltung zum Vergleichen eines Eingangssignals mit einer einstellbaren Vergleichsspannung, mit einem Differenzverstärker, dessen erster Eingang mit einer das Eingangssignal liefernden Eingangsschaltung und dessen zweiter Eingang mit einem Ende eines Widerstandes verbunden ist, und einer mit beiden Enden des Widerstandes verbundenen Stromversorgungsschaltung, welche die Vergleichsspannung als Spannungsabfall an dem Widerstand erzeugt, dadurch gekennzeichnet,
daß die Stromversorgungsschaltung eine erste Stromspiegelschaltung (35, 36) mit einem Bezugsstromanschluß (41) und zwei Stromausgängen und eine zweite Stromspiegelschaltung (37, 38) mit einem Steuerstromeingang und einem Stromausgang aufweist,
daß die erste Stromspiegelschaltung (35, 36) in Abhängigkeit von dem an ihrem Bezugsstromanschluß (41) fließenden Bezugsstrom (I&sub2;) an den beiden Stromausgängen untereinander gleiche Ausgangsströme (I&sub1;; I&sub3;/2) erzeugt,
daß die zweite Stromspiegelschaltung (37, 38) an ihrem Steuereingang den Ausgangsstrom (I&sub1;; I&sub3;/2) von dem einen Stromausgang der ersten Stromspiegelschaltung (35, 36) als Steuerstrom empfängt und an ihrem Stromausgang einen dazu im wesentlichen gleichen Strom erzeugt,
und daß der andere Stromausgang der ersten Stromspiegelschaltung (35, 36) über den Widerstand (30) mit dem Stromausgang der zweiten Stromspiegelschaltung (37, 38) verbunden ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an das zweite Ende des Widerstandes (30), eine mit der Eingangsschaltung (13, 19, 21) verbundene Bezugsspannungsschaltung (22, 23, 25, 31, 42) angeschlossen ist, die das zweite Ende des Widerstandes (30) im wesentlichen auf dem Gleichspannungspotential des ersten Verstärkereingangs hält.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Bezugsstromanschluß (41) der ersten Stromspiegelschaltung (35, 36) ein veränderbarer Widerstand (40) zum Verändern des Bezugsstroms (I&sub2;) und damit der Ausgangsströme (I&sub1;; I&sub3;/2) der ersten Stromspiegelschaltung verbunden ist.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Stromspiegelschaltung besteht aus einem ersten Transistor (36), der durch Verbinden seiner Basis und seines Kollektors als Diode geschaltet und mit seinem Kollektor mit dem Bezugsstromanschluß (41) verbunden ist, und aus einem zweiten Transistor (35) mit zwei Kollektoren, die mit dem Widerstand (30) bzw. mit der zweiten Stromspiegelschaltung (37, 38) verbunden sind, wobei die beiden Transistoren basisseitig miteinander verbunden und ihre Emitter mit einer Versorgungsspannung (V _S ) beaufschlagt sind.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Differenzverstärker (78, 79, 80, 81) vorgesehen ist, dessen einer Eingang mit der ersten Seite des Widerstandes (30), dessen zweiter Eingang mit einer Bezugsspannung (V&sub1;) beaufschlagt ist und dessen Ausgang mit dem Emitter des zweiten Transistors (35) verbunden ist, und daß der weitere Differenzverstärker durch eine Steuerschaltung (82 bis 86) ein- und ausschaltbar ist, um den vom zweiten Transistor (35) dem Widerstand (30) zugeführten Strom (I&sub3;/2), und damit die Vergleichsspannung, zu ändern.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (82 bis 86) den weiteren Differenzverstärker (78 bis 81) dann durch Zuführung eines Betriebsstroms einschaltet, wenn der Mittelwert des Eingangssignals größer ist als ein vorgegebener Wert.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung aufweist einen fünften Transistor (82) zum Schalten des Betriebsstroms des weiteren Differenzverstärkers (78 bis 81), und einen sechsten Transistor (83), der den fünften Transistor (82) aufsteuert, wenn der Spannungsmittelwert des Eingangssignals größer als der vorgegebene Wert ist.