DE1271180B - Threshold switch - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. Cl.: Int. Cl .:

H03kH03k

Deutsche Kl.: 21 al - 36/18 German class: 21 al - 36/18

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:Number:
File number:
Registration date:
Display day:

1271180
P 12 71 180.7-31
1. Dezember 1965
27.Juni 19681271180
P 12 71 180.7-31
December 1, 1965
June 27, 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. The invention relates to a threshold switch with a plurality of pnp and npn transistors equipped amplifier stages, which are switched from the current-carrying state to the blocked state or vice versa, if the input voltage exceeds or falls below an adjustable threshold voltage.

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.In a known threshold switch of this type, the threshold switch consists of two in parallel switched monostable Schmitt trigger circuits, one of which has two transistors of the the same conduction type and the other contains two transistors with opposite conduction types, the first transistors of the two trigger circuits connected in parallel to form one transistor are summarized. So in practice you have a first transistor amplifier stage, to which in parallel two amplifier stages with transistors with opposite conductivity types are connected. Through this it is achieved that one of the two output transistors connected in parallel generates an output pulse delivers when the amplitude of the input pulse exceeds a first limit value, while the second output transistor stage provides an output pulse when the amplitude of the input pulse exceeds a second limit value.

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.This known double threshold switch corresponds to a combination of two conventional ones simple threshold value circuits with two transistors each, saving one Transistor. It therefore also has the disadvantage of the relatively low sensitivity of this conventional one Threshold circuits on. When greater sensitivity to responding to a certain threshold value is required, must in the conventional simple threshold value switches the number of transistors can be doubled, so that four transistors are required.

Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines einfachen Schwellenwertschalters, welcher mit nur drei Transistoren eine sehr große Empfindlichkeit aufweist. The aim of the invention is to create a simple threshold value switch which has a very high sensitivity with only three transistors.

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 According to the invention this is achieved in that three transistors with alternately different Conduction type are connected in cascade in such a way that the output of the first transistor from first conductivity type the control electrode of the second transistor of the opposite conductivity type and connected to the output of the control electrode of the third transistor of the first conductivity type and that to the output of the third Tran threshold value switch which forms the output of the threshold value switch

Anmelder:Applicant:

Ateliers de Constructions Elektriques deAteliers de Constructions Elektriques de

Charleroi (ACEC) S. A., BrüsselCharleroi (ACEC) S.A., Brussels

Vertreter:Representative:

Dipl.-Ing. E. Prinz, Dr. rer. nat. G. Hauser
und Dipl.-Ing. G. Leiser, Patentanwälte,
8000 München 60, Ernsbergerstr. 19Dipl.-Ing. E. Prince, Dr. rer. nat. G. Hauser
and Dipl.-Ing. G. Leiser, patent attorneys,
8000 Munich 60, Ernsbergerstr. 19th

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Claude Giot, Mont-sur-Marchienne (Belgien)Claude Giot, Mont-sur-Marchienne (Belgium)

Beanspruchte Priorität:Claimed priority:

Belgien vom 2. Dezember 1964 (656 513)Belgium of December 2, 1964 (656 513)

sistors ein die Schwellenspannung am Eingang des Schwellenwertschalters beeinflussender Rückkopplungskreis angeschlossen ist.sistor is a feedback circuit influencing the threshold voltage at the input of the threshold switch connected.

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.In the threshold switch implemented according to the invention, the transistors are alternating Line type connected in cascade, whereby a very high sensitivity with little additional effort is achieved. The retroactive effect from the third to the first transistor Feedback changes the switch-off threshold compared to the response threshold, thereby reducing the desired Switching hysteresis is reached.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Darin zeigtTwo embodiments of the invention are shown in the drawing. In it shows

F i g. 1 das Schaltbild einer ersten Ausführungsform der Erfindung und F i g. 1 shows the circuit diagram of a first embodiment of the invention and

F i g. 2 das Schaltbild einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. F i g. 2 shows the circuit diagram of a second embodiment of the invention.

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-In the circuits of Fi g. 1 and 2, the voltage to be monitored is applied to input terminals 1 and 2 supplied. It is assumed that terminal 1 is grounded. If the to be monitored If the voltage is an alternating voltage (FIG. 2), it must, for example, with the aid of a rectifier 3 be rectified, on the one hand to the terminal 2 and on the other hand to the one terminal a capacitor 4 is connected. The other terminal of this capacitor is with connected to terminal 1. Parallel to this con-

809 567/498809 567/498

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.capacitor is a resistor. The values of the The capacitance of the capacitor 4 and the resistor 5 are dimensioned so that the ripple of the rectified Voltage can be relatively large to allow the circuit to respond to changes in the AC voltage supplied to the terminals can respond without delay. "Without delay" means for example, that the circuit triggers within a half-wave.

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.The DC voltage at the terminals of capacitor 4 (Fig. 2) or at terminals 1 and 2 (Fig. 1) is fed to a high-impedance input circuit of an amplifier. This input circle contains a resistor 6 in series with the control electrode 11 (the base) of a pnp transistor 10, the emitter 13 of this transistor and a resistor 7 is connected. This resistance 7 forms part of an adjustable voltage divider formed by resistors 7 and 8 between terminal 1 (ground) and ao of terminal 14 (negative supply voltage). This voltage divider determines the voltage of the emitter 13 when the transistor 10 is blocked State. The voltage at the terminals of the resistor 7 determines the response threshold when triggering the circuit. Since the input impedance of the transistor 10 is very large, that of the Output current flowing from the emitter to the collector is relatively low despite the amplification.

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.The current of the collector 12 of the transistor 10 flows through a voltage divider made up of two resistors 9 and 16, which are the input voltage, in the present case the base potential of an npn transistor 20, set. This transistor becomes live as soon as a current flows through the collector 12. An amplified current then goes through the transistor 20, this current via an emitter resistor 17, the emitter 23 of the transistor, whose collector 22 and a resistor 26 flows, welchei is connected to a voltage divider, the two resistors 34 and 35 between the terminal 1 (Ground) and terminal 24 (positive supply voltage) is formed. This voltage divider sets the Voltage at the input of a third amplifier in the present case, in which the transistor 10 is a pnp transistor and the transistor 20 is an npn transistor, at the base 31 of a pnp transistor 30 fixed.

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. When transistor 20 has significant residual current, the emitter voltage of the transistor 20 are stabilized with the help of a voltage divider, which consists of the resistor 17 and a the terminal 1 connected resistor 18 exists.

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.If the DC voltage at the collector 22 is not sufficiently smooth, it must be prevented that that Output signal becomes a pulsating signal. For this purpose a buffer capacitor 25 is between the connection terminal of the collector 22 and the terminal 1 arranged.

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.The buffer capacitor 25 acts differently than the capacitor 4 at the input of the circuit. Of the Buffer capacitor 25 is never charged to a potential higher than the voltage of the Collector 22 is, however large, that fed to the capacitor 4 at the input of the circuit Tension may be. For this reason it reaches the breakover voltage of the transistor when discharging 30 with a constant delay. This delay can be calculated using the capacitance values of the Capacitor and the discharge resistance formed by resistors 26 and 34 can be determined. In particular, it can be equal to a half-wave of the input terminals 1 and 2 of the circuit AC voltage can be selected. It should be noted that in this case, the AC component of the DC voltage signal at the terminals of the capacitor 4 at the input is considerable Can reach values, but these changes in the floating voltage signal affect the output signal not, since this is held with the help of the buffer capacitor 25.

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.The third amplifier, i.e. H. the output amplifier formed by transistor 30 becomes live as soon as a current develops in the collector 22. Then a current can flow between the Collector 32 and the emitter 33 of transistor 30 flow. For example, if the current at the entrance the circuit, in the present case in the resistor 6, has a size of 3 μΑ, the current in the Collector 32 are on the order of 15 mA or more. The collector 32 has an output terminal 40 connected, which is provided, for example, for connection to a logic circuit that fed with a negative voltage of the same order of magnitude as the voltage at terminal 14 will. It is also possible to connect it to the resistor 41 (FIG. 1) shown in dashed lines To connect supply terminal 14.

Sobald der Transistor 40 stromführend wird, schaltet ein Gleichrichter 36 einen Widerstand 37 parallel zu dem Widerstand?, wodurch die Ansprechspannung des Eingangsverstärkers herabgesetzt wird.As soon as the transistor 40 becomes live, a rectifier 36 switches a resistor 37 parallel to the resistor?, which lowers the response voltage of the input amplifier will.

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.The circuit can also be carried out so that the transistors 10 and 30 are npn transistors are, while the transistor 20 consists of a pnp transistor. Of course, the The polarity of the supply voltages is reversed.

Claims (7)

Patentansprüche:Patent claims: 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.1. Threshold switch with several amplifier stages equipped with pnp and npn transistors, which switch from the live state to the blocked state or vice versa, if the input voltage exceeds or falls below an adjustable threshold voltage, characterized in that three transistors (10, 20, 30) with alternately different Conduction type are connected in cascade in such a way that at the output of the first transistor (10) of the first conductivity type, the control electrode of the second transistor (20) of the opposite Leirungtyp and at its output the control electrode of the third transistor (30) from first line type is connected, and that to the output of the threshold switch forming output of the third transistor (30) a threshold voltage at the input of the Threshold switch influencing feedback circuit (36, 37) is connected. 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.2. Threshold switch according to claim 1, characterized in that the first and the third transistor (10, 30) pnp transistors and the second transistor (20) an npn transistor are. 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.3. Threshold switch according to claim 1, characterized in that the first and the third transistor (10, 30) npn transistors and the second transistor (20) a pnp transistor are. 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.4. Threshold switch according to one of the preceding claims, characterized in that that the input voltage is applied to the base (11) of the first transistor (10) that the Emitter (13) of the first transistor (10) to the tap of one with the two poles (1, 14) DC voltage source connected voltage divider (7, 8) is connected and that the Control electrode (21) of the second transistor (20) to the collector circuit (9,12,16) of the first transistor (10) is connected. 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.5. Threshold switch according to claim 4, characterized in that the base (21) of the second transistor (20) to the tap of one in the collector circuit of the first transistor (10) Voltage divider (9, 16) is connected that the emitter (23) of the second transistor (20) to the tap of a voltage divider connected to the two poles (1,14) of the voltage source (17, 18) is connected and that the control electrode (31) of the third transistor (30) is connected to the collector circuit (22, 26, 34) of the second transistor (30). 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.6. Threshold switch according to claim 5, characterized in that the base (31) of the third transistor (30) to the tap of a voltage divider which biases the base in the reverse direction (34, 35) and connected via a resistor (26) to the collector (22) of the second transistor (20) is connected and that to the collector (32) of the third transistor (30) the output terminal (40) of the threshold switch is connected. 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.7. Threshold switch according to claim 6, characterized in that the feedback circuit between the collector (32) of the third Transistor (30) and the emitter (13) of the first transistor (10) is connected and in series a rectifier (36) and a resistor (37). In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1136 372.Considered publications:
German interpretative document No. 1136 372. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings 809 $67/498 6.68 © Bundesdrückerei Berlin809 $ 67/498 6.68 © Federal Press Office Berlin