DE1160006B - Transistorized Schmitt trigger voltage discriminator of any small hysteresis - Google Patents

Description

Transistorisierter Schmitt -Trigger - Spannungsdiskriminator --beliebig kleiner Hysterese Die Erfindung betrifft einen transistorisierten Schnütt-Trigger-Spannungsdiskrinünator beliebig kleiner Hysterese, wie er insbesondere bei Einrichtungen zur stufenweisen, pilolgesteuerten Pegelregelung von Trägerfrequenz-Weitverkehrssystemen verwendet werden kann.Transistorized Schmitt trigger - voltage discriminator - arbitrarily small hysteresis The invention relates to a transistorized Schnütt trigger voltage discriminator of arbitrarily small hysteresis, as can be used in particular in devices for stepwise, pilol-controlled level control of carrier frequency wide-area systems.

Bekanntlich hat jeder Schmitt-Yrigger ein Hystereseverhalten. Er spricht bei einem Wert der steuernden Gleichspannung an, der sidh von dem Wert unterscheidet, bei dem er in die Ausgangslage zurückkippt. Man muß also einen Ansprechsdhwellwert und einen Abfallschwellwert unterscheiden, wobei die Potentialdifferenz dieser beiden Werte, der Schwellwertabstand oder die Hysterese, sich nicht beliebig klein machen läßt.It is well known that every Schmitt yrigger has a hysteresis behavior. It responds at a value of the controlling direct voltage that differs from the value at which it tilts back into the starting position. It is therefore necessary to distinguish between a response threshold value and a dropout threshold value, the potential difference between these two values, the threshold value distance or the hysteresis, not being made arbitrarily small.

Die zu größe Hysterese des einfachen Schmitt-Triggers erweist sich bei gewissen Anwendungen als nachteilig. So wird beispielsweise bei einer bereits vorgeschlagenen stufenweisen, pilotgesteuerten Pegelregelung in Trägerfrequenz-Weitverkehrssystemen eine Regeleinrichtung aus Taktgeber, Einstellvorrichtung und Thermistor-Stellglied (deutsche Patentschrift 1135 524) durch zwei Schmitt-Trigger gesteuert, von denen 'der eine auf überpegel und der andere auf Unterpegel anspricht. Dabei ist die Einengung des Toleranzbereiches um den Sollwert des Pilotpegels begrenzt, da. die überlappung der Hystexlesebereiche beider Schmitt-Trigger aus Gründen der Regelstabilität zu vermeiden ist.The excessive hysteresis of the simple Schmitt trigger proves to be disadvantageous in certain applications. For example, in an already proposed step-by-step, pilot-controlled level control in long-distance carrier frequency systems, a control device comprising a clock generator, setting device and thermistor actuator (German patent specification 1135 524) is controlled by two Schmitt triggers, one of which is over-level and the other is under-level appeals to. The narrowing of the tolerance range around the nominal value of the pilot level is limited because. the overlap of the hystex reading areas of both Schmitt triggers should be avoided for reasons of control stability.

Um bei derartigen Pegelregelungen den Toleranzbe,#ei#ph, innerhalb dessen sich die Regeleinrichtung in Ruhe befinden soll, weiter einengen zu können, wurde bereits vorgeschlagen (deutsche Patentschrift 1135 965), bei den beiden Schmitt-Triggern je einen Schwellwert, und zwar jeweils den innerhalb des Toleranzbereiches liegenden, dadurch zu unterdrücken, daß kurz vor dem Auftreten eines jeden Regelimpulses ein kurzer, differenzierter Impuls aus dem Taktgeber auf den geeigneten Basisanschluß des Schmitt-Triggers gelangt und diesen in seine Ruhelage zurückwirft. Diese Anordnung hat aber den Nachteil, daß beim überschreiten einer Toleranzgrenze in Richtung Sollwert kurz nach einem Regelimpuls der Rückführimpuls erst nach einem ganzen Takt auf den Schmitt-Trigger gelangen kann. Bei einer Kettenschaltung vieler Pilotregelabschnitte kann sich diese Verzögerung nachteilig auf die dynamische Stabilität der Regelkette auswirken.In order to be able to further narrow the tolerance range, # ei # ph, within which the control device should be at rest, in such level controls, it has already been proposed (German patent specification 1135 965) that each of the two Schmitt triggers have a threshold value to suppress those lying within the tolerance range that shortly before the occurrence of each control pulse a short, differentiated pulse from the clock arrives at the appropriate base connection of the Schmitt trigger and throws it back into its rest position. However, this arrangement has the disadvantage that when a tolerance limit in the direction of the setpoint is exceeded shortly after a control pulse, the feedback pulse can only reach the Schmitt trigger after a full cycle. With a chain connection of many pilot control sections, this delay can have a negative effect on the dynamic stability of the control chain.

Diese Schwierigkeiten bei der Einengung des Toleranzbereiches von Pegelregelschaltungen lassen sich bei Einsatz von Spannungsdiskriminatoren mit beliebig kleiner Hysterese vermeiden. Erfindungsgemäß wird die Hysterese eines transistorisierten Schmitt-Trigger-Spannungsd-iskriminators dadurch beliebig klein gehalten, daß der Disknminator aus zwei Schmitt-Triggern besteht, deren Hysteresebereiche derart aneinandergrenzeii oder sich überlappen, daß derobere Schwellwertdes erstenSchmitt-Triggers mit dem unteren Schwellwert des zweiten Schmitt-Triggers zusammenfällt oder größer als dieser ist und daß beim überschreiten des oberen Schwe, 11-wertes des ersten Schmitt-Triggers dieser anspricht und gleichzeitig auf den geeigneten Basisanschluß des, zweiten Schmitt-Triggers einen kurzen, differenziertenil Anregungsimpuls gibt, der den zweiten Schmitt-Trig-, ger ebenfalls ansprechen läßt, und daß beim Unter-1, schreiten des unteren Schwellwertes des zweiten'! Schmitt-Triggers dieser in seine Ausgangslage zurückkippt und gleichzeitig auf den geeigneten -Basisanschluß des ersten Schmitt-Triggers einen kurzen, differenzierten Rückführimpuls gibt, der den ersten Schmitt-Trigger ebenfalls in die Ausgangslage zurückkippt, so daß der obere Schwellwert des ersten Schmitt-Triggers und der untere Schwellwert des zweiten Schmitt-Triggers die Hysterese des Spannungsdiskrim,inators begrenzen.These difficulties in narrowing the tolerance range of Level control circuits can be used with any voltage discriminators avoid small hysteresis. According to the invention, the hysteresis of a transistorized Schmitt trigger voltage discriminator thereby kept arbitrarily small that the Disknminator consists of two Schmitt triggers, the hysteresis ranges of which border one another in such a wayii or overlap that the upper threshold value of the first Schmitt trigger with the lower threshold value of the second Schmitt trigger coincides with or greater than this and that when the upper threshold 11 value of the first Schmitt trigger is exceeded this responds and at the same time on the suitable base connection of the second Schmitt trigger gives a short, differentiated excitation pulse, which gives the second Schmitt-Trig-, ger can also address, and that if the under-1, the lower threshold of the second '! Schmitt triggers this to its starting position tilts back and at the same time on the suitable base connection of the first Schmitt trigger gives a short, differentiated feedback pulse, which is the first Schmitt trigger also tilts back into the starting position, so that the upper threshold of the first Schmitt trigger and the lower threshold value of the second Schmitt trigger the hysteresis of the voltage discriminator.

Die Figur zeigt als Beispiel für die Ausführung von Spannungsdiskriminatoren nach der Erfindung eine Schaltungsanordnung, wie sie insbesondere für Pegelregelschaltungen in Trägerfrequenzgeräten angewendet werden kann. Sie besteht aus zwei Spannungsdiskrinünatoren. Der eine dient als Überpegel-, der andere als Unterpegeldiskriminator. In der Figur ist die Masselinie 0 die Symmetrielinie, welche die beiden in gleicher Weise aufgebauten Diskriminatoren trennt.As an example of the implementation of voltage discriminators according to the invention, the figure shows a circuit arrangement such as can be used in particular for level control circuits in carrier frequency devices. It consists of two tension discriminators. One serves as an over-level discriminator, the other as an under-level discriminator. In the figure, the ground line 0 is the line of symmetry which separates the two discriminators constructed in the same way.

Der Überpegeld-iskrimi-nator besteht aus zwei Schmitt-Triggern ST 1 und ST 2. Bei Pegelabweichung Null der Steuerspannung Ust von ihrem Sollwert sind die Eingangstransistoren Tsl und Ts3 der Schmitt-Trigger ST1 und ST2 gesperrt, während die zweiten Transistoren Ts2 und Ts4 leitend sind. Beim überschreiten der überpegeltoleranzgrenze wird der Transistor Tsl leitend und der Transistor Ts2 gesperrt. Über die Reihenschalt-ung eines Kondensators C, und einer Diode D, gelangt auf die Basis des Transistors Ts 3 ein # negativer, Impuls, und der Schrnitt-Trigger ST2 kippt auch in die andere Lage, so daß also der Transistor Ts3 leitend und der Transistor Ts4 ge- sperrt ist. Wenn infolge Zurückregelns die überpegeltoleranzgrenze wieder unterschritten wird, so wird der Transistor Ts3 gesperrt und der Transistor Ts4 leitend. über die Reihenschaltung eines Kondensators C 2 und einer Diode D2 gelangt an die Basis des Transistors Tsl ein positiver Impuls, und der Schmitt-Trigger STI kippt in seine Ausgangslage zurück, so daß der Transistor Ts 1 - wieder gesperrt und der Transistor Ts2 leitend ist. Die Dioden Di und D, in den Koppelzweigen dienen zur Auswahl des Impulses gewünschter Polarität für die Kopplung der beiden Schmitt-Trigger ST1 und ST2 und vermeiden damit unerwünschte Rückwirkungen. Die gekoppelten Schmitt-Trigger ST1 und ST2 kippen gemeinsam von einer Lage in die andere beim Durchgang sowohl durch den oberen Schwellwert des ersten Schmitt-Triggers ST1 als auch durch den unteren Schwellwert des zweiten Schmitt-Triggers ST2. Dabei können diese Schwellwerte beliebig dicht beieinander liegen, so daß also die Hysterese des Diskriminators beliebig klem werden kann.The over-level iskrimi-nator consists of two Schmitt triggers ST 1 and ST 2. If the level deviation of the control voltage Ust from its setpoint is zero, the input transistors Tsl and Ts3 of the Schmitt triggers ST1 and ST2 are blocked, while the second transistors Ts2 and Ts4 are conductive are. When the over-level tolerance limit is exceeded, the transistor Tsl becomes conductive and the transistor Ts2 is blocked. Via the series connection of a capacitor C and a diode D, a # negative pulse reaches the base of the transistor Ts 3 , and the cut trigger ST2 also switches to the other position, so that the transistor Ts3 is conductive and the transistor Ts4 is locked overall. If the over-level tolerance limit is undershot again as a result of back regulation, the transistor Ts3 is blocked and the transistor Ts4 is conductive. Via the series connection of a capacitor C 2 and a diode D2 , a positive pulse arrives at the base of the transistor Tsl, and the Schmitt trigger STI tilts back to its starting position, so that the transistor Ts 1 - blocked again and the transistor Ts2 is conductive. The diodes Di and D in the coupling branches are used to select the pulse of the desired polarity for coupling the two Schmitt triggers ST1 and ST2 and thus avoid undesired feedback. The coupled Schmitt triggers ST1 and ST2 jointly tilt from one position to the other when they pass through both the upper threshold value of the first Schmitt trigger ST1 and the lower threshold value of the second Schmitt trigger ST2. These threshold values can be as close to one another as desired, so that the hysteresis of the discriminator can be clamped as desired.

Ganz entsprechend markiert der zweite Spannungsdiskriminator mit den Schmitt-Triggern ST 3 und ST 4 äie Unterpegeltoleranzgrenze 'ebenfalls mit einer beliebig kleinen Hysterese. Die Transistoren Ts5, Ts6 und Ts 7, Ts 8 der Schnütt-Trigger ST 3 und ST 4 sind durch die Kondensator-Dioden-Reihenschaltungen C33 D 3 und C4, D 4 gekoppelt. Im Sollwertbereich der Steuerspannung sind die Transistoren TÄS und Ts7 leitend und die Transistoren Ts6 und Lsl.gesperrt.Correspondingly, the second voltage discriminator with the Schmitt triggers ST 3 and ST 4 marks “the under-level tolerance limit”, likewise with an arbitrarily small hysteresis. The transistors Ts5, Ts6 and Ts 7, Ts 8 of the Schnütt triggers ST 3 and ST 4 are coupled by the capacitor-diode series circuits C33, D 3 and C4, D 4. In the setpoint range of the control voltage, the transistors TÄS and Ts7 are conductive and the transistors Ts6 and Lsl. Are blocked.

Ader Toleranzbereich des Pilotpegels kann also mit der auf diese Weise beliebig kleinen Hysterese der Diskriminatoren weitgehend eingeengt werden, ohne daß dabei die eingangs angeführten Nachteile auftreten.The tolerance range of the pilot level can therefore be used in this way arbitrarily small hysteresis of the discriminators can be largely narrowed without that the disadvantages mentioned above occur.

Wenn die eründungsgemäße Anordnung in einem großen Umgebungstemperaturbereich arbeiten soll, so kann es trotz einer guten Temperaturkompensation der einzelnen Schmitt-Trigger vorkommen, daß die Hysteresebereiche zweier verkoppeltei Schmitt-Trigger sich weder überlappen noch aneinander angrenzen, sondern eine Lücke zwischen ihren inneren Schwellwert-en entsteht. Wenn die Steuerspannung Ust dann gerade in dieser Lücke liegt,' wird der Spannungsdiskriminator instabil. Bei der Anwendung der erfindungsgemäßen Schaltung zur stufenweisen Püotregelung wird kurze Zeit nach dem Ansprechen eines Diskriminators ein Regelimpuls erzeugt, der die Pilotspannuni in Richtung auf den Toleranzbereich verändert. Um die vorstehend beschriebene Instabilität des Diskritiiinators unschädlich zu machen, wählt man die Dauer des Anregungsinipulses größer als die Zeit zwischen dem Ansprechen des Diskriminators und dem Auftreten des ersten Regelimpulses, damit ein längeres Verbleiben in der Instabilitätslücke vermieden wird.If the arrangement according to the invention in a large ambient temperature range should work, it can despite a good temperature compensation of the individual Schmitt triggers happen that the hysteresis ranges of two connected Schmitt triggers neither overlap nor adjoin each other, but a gap between theirs inner threshold values arise. If the control voltage Ust then just in this If there is a gap, the voltage discriminator becomes unstable. When using the invention Circuit for gradual Püotregulation is shortly after the response of a Discriminator generates a control pulse that the Pilotspannuni in the direction of the Tolerance range changed. To the above-described instability of the discriminator To render harmless, one chooses the duration of the excitation pulse greater than that Time between the response of the discriminator and the occurrence of the first control pulse, so that a longer stay in the instability gap is avoided.

Anregungs- und Rückführimpulse werden jeweils vom Kollektor des zweiten Transistors Ts 2, Ts 4 bzw. Ts6, Ts8 der Schmitt-Trigger abgenommen, da eine Belastung der Eingangstransistoren Tsl, Ts3 bzw. Ts5, Ts7 die Funktion des Umklappvorganges beeinträchtigen könnte. Wenn man bei der erfindungsgemäßen Schmitt-Triggerverkopplung von der Verwendung zusätzlicher Phasenumkehrstufen absieht, sollteman also Anregungs- und Rückführimpulse an die Basisanschlüsse der Eingangstransistoren Tsl, Ts3 bzw. Ts5, Ts7 legen. Damit ist aber bei dem Beispiel nach der Figur eine gegenseitige Beeinflussung von Unterpegel- und überpegeldiskriminator durch Rückführimpulse über die parallel geschalteten Eingänge möglich. Man wird . diese Beeinflussung vermeiden, indem man -- die Amplitude des Rückführimpulses so klein-wiemöglich wählt, so daß der Impuls zwar noch den Folge-Schmitt-Trigger des Diskriminators umwirft, aber nicht mehr auf den über die Widerstände R12 R 2 angekoppelten Nachbardiskriminator wirkt. Des weiteren läßt sich dieser Effekt durch sehr kurze Rückführimpulse unschädlich mächen, wenn eine nachfolgende Auswerteschaltung bei sehr kurzzeitigem. Ansprechen des Diskriminators gar nicht freigegeben wird. Darüber hinaus hat man die Möglichkeit, den Rückführimpuls auch auf die Basis der zweiten Transistoren Ts2 und Ts6 der Schmitt-Trigger ST1 und ST3 zu geben, wenn man je eine Phasenumkehrstufe vorsieht.Excitation and feedback pulses are taken from the collector of the second transistor Ts 2, Ts 4 or Ts6, Ts8 of the Schmitt trigger, since a load on the input transistors Tsl, Ts3 or Ts5, Ts7 could impair the function of the flip-over process. If one disregards the use of additional phase reversal stages in the Schmitt trigger coupling according to the invention, excitation and feedback pulses should therefore be applied to the base connections of the input transistors Tsl, Ts3 and Ts5, Ts7. In this way, however, in the example according to the figure, it is possible for the under-level and over-level discriminator to influence one another by means of feedback pulses via the inputs connected in parallel. One will . Avoid this influence by choosing the amplitude of the feedback pulse as small as possible so that the pulse still knocks the follow-up Schmitt trigger of the discriminator, but no longer acts on the neighboring discriminator coupled via the resistors R12 R 2. Furthermore, this effect can be made harmless by very short feedback pulses if a subsequent evaluation circuit is used for a very short time. Addressing the discriminator is not released at all. In addition, there is the possibility of giving the feedback pulse to the base of the second transistors Ts2 and Ts6 of the Schmitt triggers ST1 and ST3, if a phase reversal stage is provided for each.

Im Beispiel nach der Figur sind pnp-Transistoren verwendet. Natürlich läßt sich die Schaltung auch mit npn-Transistoren aufbauen. . In the example according to the figure, pnp transistors are used. Of course, the circuit can also be built with npn transistors. .

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE: 1. Transistörisierter Schmitt-Trigger-Spannungsdiskriminator beliebig kleiner Hysterese, dadurch gekennzeichnet, daß der Diskriminator aus zwei Schmitt-Triggern (ST 19 . ST 2) besteht, deren Hysteresebereiche derart aneinandergrenzen odersich überlappen, daß der obere Schwellwert des ersten Schmitt-Triggers (ST 1) mit dem- unteren Schwellwert des zweiten Schmitt-Triggers (ST2) zusammenfällt oder größer als dieser ist, und daß beim überschreiten. des oberen Schwellwertes des ersten Schmitt-Triggers (ST 1) dieser anspricht und gleichzeitig auf den ge:#igneten Basisanschluß des zweiten Schmitt-Triggers (ST2) einen kurzen, differenzierten Anregungsimpuls gibt, der den zweiten Schmitt-Trigger (ST2) .. ebenfalls ansprechen läßt, und daß beim Uni#erschreiten des unteren Schwellwertes des zweiten Schmitt-Triggers (ST2) dieser in seine Ausgangslage zurückkippt und gleichzeitig auf den geeigneten Basisanschluß des ersten Schmitt-Triggers (ST1) einen kurzen, differenzierten . Rückführimpuls gibt, der den ersten Schmitt-Trigger(ST1) ebenfalls in die Ausgangslage zurückkippt, derart, daß der obere Schwellwert des ersten Schmitt-Triggers(ST1) und der untere Schwellwert des zweiten Schmitt-Triggers (ST2) die- Hysterese des Spannungsdiskriminators begrenzen. PATENT CLAIMS: 1. Transistorized Schmitt trigger voltage discriminator of arbitrarily small hysteresis, characterized in that the discriminator consists of two Schmitt triggers (ST 19. ST 2), the hysteresis ranges of which adjoin or overlap in such a way that the upper threshold value of the first Schmitt trigger (ST 1) coincides with the lower threshold value of the second Schmitt trigger (ST2) or is greater than this, and that when exceeded. of the upper threshold value of the first Schmitt trigger (ST 1) this responds and at the same time gives a short, differentiated excitation pulse to the ge: #igneten base connection of the second Schmitt trigger (ST2), which the second Schmitt trigger (ST2) .. also can respond, and that when the lower threshold value of the second Schmitt trigger (ST2) is reached, the latter tilts back into its starting position and at the same time a short, differentiated signal to the appropriate base connection of the first Schmitt trigger (ST1) . There is a feedback pulse which also tilts the first Schmitt trigger (ST1) back into the starting position, in such a way that the upper threshold value of the first Schmitt trigger (ST1) and the lower threshold value of the second Schmitt trigger (ST2) limit the hysteresis of the voltage discriminator . 2. Schmitt-Trigger-Span-nungsdiskriminator, dadurch gekennzeichnet, daß die Anregungs- bzw. Rückführimpulse jeweils vom Kollektor des zweiten Transistors (Ts2 bzw. Ts4) des ansprechenden Schmitt-Triggers (ST1 bzw. ST2) entweder direkt auf die Basis des Eingangstrans-istors(Ts3 bzw. Tsl) des Folge-Schmitt-Triggers (ST2 bzw. ST1) oder über eine Phasenumkehrstufe auf die Basis des zweiten Transistors(Ts4 bzw. Ts 2) des Folge-Schmitt-Triggers (ST 2 bzw. ST1) gegeben werden. 3. Verwendung von Spannungdiskriminatoren nach Anspruch 1 bei einer Anordnung zur stufenweisen, pilotgesteuerten Pegelregelung, insbesondere für Trägerfrequenz-Weitverkehrssysteme, bei der die verstärkte und gleichgerichtete Pilotspannung von Spannungsdiskriminatoren überwacht wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spannungsdiskriminator (ST 1, ST 2) für die überpegeltolera-nzgrenze und ein anderer Spannungsdiskriminator (ST3, ST4) für die Unterpegeltoleranzgrenze vorgesehen ist. 4. Anordnung nach Anspruch 3, dad#urch gekennzeichnet, daß die Dauer eines Anregungsimpulses länger als die Zeit zwischen dem Ansprechen des Diskriminators und dem Auftreten des ersten Regelimpulses gewählt ist. 5. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer eines Rückführimpulses kürzer als die Zeit zwischen dem Ansprechen des Nachbardiskriminators und dem Auftreten des ersten Regelirnpulses aus dessen Auswerteschaltung gewählt ist. 6. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude eines Rückführimpulses nicht wesentlich größer gewählt wird, als für ein sicheres Kippen des Folge-Schmitt-Triggers (ST1 bzw. ST3) notwendig ist.2. Schmitt trigger voltage discriminator, characterized in that the excitation or feedback pulses from the collector of the second transistor (Ts2 or Ts4) of the responsive Schmitt trigger (ST1 or ST2) either directly to the base of the input trans transistor (Ts3 or Tsl) of the follow-up Schmitt trigger (ST2 or ST1) or via a phase reversal stage to the base of the second transistor (Ts4 or Ts 2) of the follow-up Schmitt trigger (ST 2 or ST1) are given. 3. Use of voltage discriminators according to claim 1 in an arrangement for gradual, pilot-controlled level control, in particular for carrier frequency wide-area systems, in which the amplified and rectified pilot voltage is monitored by voltage discriminators, characterized in that a voltage discriminator (ST 1, ST 2) for the over-level tolerance limit and another voltage discriminator (ST3, ST4) is provided for the under-level tolerance limit. 4. Arrangement according to claim 3, characterized in that the duration of an excitation pulse is selected to be longer than the time between the response of the discriminator and the occurrence of the first control pulse. 5. Arrangement according to claim 3, characterized in that the duration of a feedback pulse is selected to be shorter than the time between the response of the neighboring discriminator and the occurrence of the first control pulse from its evaluation circuit. 6. Arrangement according to claim 3, characterized in that the amplitude of a feedback pulse is not selected to be significantly greater than is necessary for a reliable tilting of the subsequent Schmitt trigger (ST1 or ST3).