DE1537185B2

DE1537185B2 - Amplitudenfilter

Info

Publication number: DE1537185B2
Application number: DE19671537185
Authority: DE
Inventors: William John Broome N Y Reap (V St A)
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1966-11-03
Filing date: 1967-10-25
Publication date: 1973-08-09
Also published as: NL6714691A; US3487233A; JPS4927057B1; FR1540634A; DE1537185A1; GB1193316A

Description

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Die Erfindung betrifft ein Amplitudenfilter, dessen erster vorgegebener Ausgangspegel auftritt, wenn der Eingangssignalpegel zwischen zwei Schwellenwertpegeln liegt, und dessen zweiter vorgegebener Ausgangspegel auftritt, wenn der Eingangssignalpegel oberhalb oder unterhalb der beiden Schwellenwertpegel liegt.

Schaltungsanordnungen dieser Art werden in vie-Jen technischen Bereichen benötigt, so unter anderem in der Starkstromtechnik bei Stromversorgungsgeräten, um Über- und Unterspannungen entdecken und überwachen zu können, wie auch bei der Datenverarbeitung, um eine bestimmte Art der Paritätskontrolle durchführen zu können. Zur Durchführung dieser Aufgaben dienen im allgemeinen zwei getrennte Schaltkreise, um jeweils einen bestimmten zugeordneten Schwellenwertpegel feststellen zu können; wobei dann die erforderlichen Schaltungsanordnungen bzw. Baugruppen kompliziert und aufwendig sind.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein sehr einfaches aber zuverlässiges Amplitudenfilter unter denkbar geringem Aufwand bereitzustellen, das in der Lage ist, wohl definierte obere und untere Schwellenwertpegel abzutasten bzw. darauf anzusprechen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein erster in an sich bekannter Weise zur Abgabe von Ausgangssignalen dienender Transistor in Emitterschaltung an seiner mit dem Eingang in Verbindung stehenden Basiszuleitung mit dem Kollektor eines zweiten Transistors in Emitterschaltung verbunden ist, dessen Basis über ein gleichsinnig mit der Basis-Emitter-Strecke des zweiten Transistors gepoltes Halbleiterbauelement ebenfalls mit dem Eingang in Verbindung steht.

In vorteilhafter Weise ist dabei sowohl zwischen Eingang und dem Verbindungspunkt zwischen Kollektor des zweiten Transistors und Basis des ersten Transistors als auch zwischen dem Halbleiterbauelement und der Basis des zweiten Transistors je ein Strombegrenzungswiderstand eingesetzt.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist dabei so, daß so lange bis der Augenblickswert des Eingangssignals einen ersten vorbestimmten Spannungspegel erreicht, bei dem der Emitterübergang des ersten Transistors in die Durchlaßrichtung vorgespannt wird, der erste Transistor im wesentlichen nichtleitend ist, so daß an der Ausgangsklemme das Kollektorpotential auftritt. Ist aber der erste Schwellenwertpegel erreicht und der Επών terübergang des ersten Transistors in Vorwärtsrichtung vogespannt, dann wid der erste Transistor in die Sättigung getrieben, so daß das Emitterpotential nunmehr an der Ausgangsklemme auftritt. Entspricht der Augenblickswert des Eingangssignals diesem Pegel, dann reicht dies aber noch nicht aus, um sowohl das Halbleiterbauelement in der Basiszuleitung des zweiten Transistors als auch den Emitterübergang des zweiten Transistors in die Durchlaßrichtung vorzuspannen.

Wenn aber nun im Zuge einer weiteren Steigerung des Augenblickswerts des Eingangssignals ein zweiter Schwellenwertpegel erreicht wird, der dadurch definiert ist, daß bei diesem Spannungswert sowohl das genannte Halbleiterbauelement als auch der Emitterübergang des zweiten Transistors in Vorwärtsrichtung vorgespannt wird, dann wird der zweite Transistor definitionsgemäß leitend und gelangt ebenfalls in die Sättigung. Bei Sättigung des zweiten Transistors ist der Wert des Spannungsabfalls an seiner Kollektor-Emitter-Strecke wesentlich geringer als die für das Aufrechterhalten des leitenden Zustande des ersten Transistors erforderliche Basis-Emitter-Vorspannung. Damit ergibt sich aber, daß der erste Verstärker in den AUS-Zustand gelangt, wenn der zweite Schwellenwertpegel erreicht ist, so daß dann wiederum an der Ausgangsklemme das Kollektor-Betriebspotential des ersten Transistors auftritt.

Zusammenfassend läßt sich sagen, daß beim erfindungsgemäßen Amplitudenfilter der erste Transistor im Sättigungsgebiet betrieben wird, wenn der Augenblickswert des Eingangssignals zwischen zwei vorgegebenen Schwellenwertpegeln liegt und daß der erste Transistor in im wesentlichen nichtleitenden Zustand gelangt, wenn der Augenblickswert des Eingangssignals sowohl oberhalb als auch unterhalb der beiden vorgegebenen Schwellenwertpegel liegt.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist in vorzüglicher Weise für eine Herstellung in monolithischer Bauweise geeignet, wobei dann die Schaltungsanordnung auf einem Halbleiterplättchen untergebracht ist. Als Halbleiterbauelement in der Basiszuleitung des zweiten Transistors dient dabei eine Diode, die durch Kurzschließen des Kollektorübergangs eines weiteren dritten Transistors bereitgestellt wird.

Während nun bei der monolithischen Bauweise die Charakteristiken aller Halbleiterbauelemente ohne weiteres einander angepaßt sind, da sie in einem Halbleiter untergebracht sind, ist dies nicht ohne weiteres der Fall, wenn gemäß der herkömmlichen Technik ein Schaltungsaufbau aus diskreten Bauelementen gebildet ist. Um in diesem Falle die Anpassung zu erleichtern, genügt es, wenn gemäß einer Weiterbildung der Erfindung der Emitterübergang des zweiten Transistors durch einen zusätzlichen Widerstand überbrückt wird. Der Wert dieses Widerstandes muß allerdings hoch sein, gegenüber dem Wert des Widerstandes in der Basiszuleitung des zweiten Transistors.

Als Halbleiterbauelement in der Basiszuleitung des zweiten Transistors lassen sich nun neben dem bereits erwähnten Transistors auch übliche Dioden, Zenerdioden, Stabilisatordioden u. dgl. verwenden.

Als Halbleiter für die erfindungsgemäß verwendeten Halbleiterbauelemente läßt sich in vorteilhafter Weise Silizium verwenden oder auch zur Einstellung der Schwellenwertpegel neben Siliziumtransistoren eine Germaniumdiode in der Basiszuleitung des zweiten Transistors. Die Einstellung der Schwellenwertpegel läßt sich auch dadurch erzielen, daß statt einer Diode in der Basiszuleitung mehrere in Hintereinanderschaltung Anwendung finden. Im letzteren Falle kann dann wiederum ein gemeinsamer Halbleiter für alle Halbleiterbauelemente vorgesehen sein.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, die an Hand eines Ausführungsbeispiels die Erfindung näher erläutert und aus den Patentansprüchen. Es zeigt

Fig. 1 das Schaltbild eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnungen,

Fig. 2 Impulsdiagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.

Im Schaltbild nach F i g. 1 ist die Emitterelektrode eines ersten Transistors 1 direkt auf Erdpotential gelegt, während die Kollektorelektrode über einen Kollektorwiderstand 3 an eine positive Potentialquelle 2 angeschlossen ist. Die Kollektorelektrode ist außerdem an die Ausgangsklemme 4 angeschlossen. Eine Eingangsklemme 5 ist mit der Basiselektrode über einen Basiswiderstand 7 verbunden.

Die Eingangsklemme 5 ist außerdem über eine Diode 9 in Hintereinanderschaltung mit einem Widerstand 10 an die Basiselektrode eines zweiten Transistors 8 angeschlossen. Die Kollektorelektrode des Transistors 8 ist mit der Basiselektrode des Transistors 1 verbunden, während die Emitterelektrode ebenfalls auf Erdpotential liegt.

In einer monolithisch hergestellten Struktur sind die Strom-Spannungscharakteristiken der Diode 9 und der Basisübergänge der Transistoren 1 und 8 so zueinander angepaßt, daß sich wohl definierte Schwellwertpegel ergeben. Die Anpassungsdiode läßt

ίο sich hierin dadurch bilden, daß die Basis-Kollektorelektroden eines besonderen Transistors kurzgeschlossen werden. In einer Schaltungsanordnung jedoch mit diskreten Bauelementen stehen Anpassungselemente nicht ohne weiteres zur Verfügung.

Aus diesem Grunde ist vorzugsweise ein Widerstand 11 dazu verwendet, die Basis-Emitterelektroden des Transistors 8 in einem Ausführungsbeispiel mit diskreten Bauelementen zu überbrücken, so daß sich wohl definierte Schwellenwerte ergeben. Der Wert des Widerstands 11 ist vorzugsweise groß gewählt gegenüber dem Wert des Widerstandes 10, so daß die Verbindungspunkte B und D im wesentlichen an gleicher Spannung liegen. Beide Widerstände lassen sich jedoch auch als Spannungsteiler verwenden, um damit den gewünschten zweiten Schwellenwertpegel T2 einstellen zu können. Der Widerstandll stellt darüber hinaus einen Vorstrompfad für die Diode 9 bereit, wenn der Transistor 8 im wesentlichen nichtleitend ist.

Aus dem Impulsdiagramm nach F i g. 2 läßt sich entnehmen, daß so lange wie die Eingangspannung Vin unterhalb des Schwellenwertpegels Tl liegt, beide Transistoren 1 und 8 im wesentlichen einen nichtleitenden Zustand einnehmen, der sich darin äußert, daß die Ausgangsklemme 4 ein Ausgangspotential Vo besitzt, das dem positiven Potential + V an der Betriebspotentialklemme 2 entspricht.

Liegt hingegen die Eingangsspannung Vin zwischen den Schwellenwertpegeln Tl und T 2, dann erreicht die am Verbindungspunkt C zwischen der Basis des Transistors 1 und dem Kollektor des Transistors 8 auftretende Spannung einen Wert, bei dem der Transistor 1 in die Sättigung gelangt. Gleichzeitig wird aber auch die Spannung am Punkt C auf dem Basis-Emitterspannungsabfall des Transistors 1 festgehalten.

Übersteigt nun die Eingangsspannung Vin den Schwellenwertpegel TI, dann wird die Spannung am Verbindungspunkt D, also an der Basis des Transistors 8, genügend hoch, um den Transistor 8 in die Sättigung zu steuern. Dabei reduziert aber der Emitter-Kollektorpfad des Transistors 8 den Spannungswert am Verbindungspunkt C auf einen so niedrigen Wert, daß der Transistor 1 hindurch gesperrt wird.

Das bedeutet aber, daß die Ausgangsspannung Vo an der Ausgangsklemme 4 einen positiven Pegel oberhalb des Schwellenwertpegels Tl und unterhalb des Schwellenwertpegels Γ 2 einnimmt, mit der Ausnahme allerdings, daß der Eingangssignalpegel zwisehen den Werten Tl und T 2 liegt, wo dann annähernd Erdpotential an der Ausgangsklemme 4 auftritt.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Schwellenwertpegel Tl und Γ 2 durch die Charakteristiken der Halbleiterbauelemente bestimmt sind. Unter der Annahme, daß sowohl die Diode 9 als auch die Transistoren 1 und 8 aus Siliziumhalbleitern bestehen, ergeben sich Betriebsbedingungen niedriger Impe-

danz und damit relativ hoher Stromstärken, wenn der Spannungsabfall über der Diode in der Größenordnung von sieben Zehntel Volt liegt. Das würde aber bedeuten, daß in einem solchen Ausführungsbeispiel der Schwellenwert Tl bei etwa 0,7 V und der Schwellenwert Γ 2 bei etwa 1,4 V liegt. Würde in die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 eine zusätzliche Siliziumdiode zwischen der Diode 9 und den Verbindungspunkt A eingeschaltet, dann ergäbe sich für den Schwellenwert T1 wie vorhin 0,7 V, hingegen für den Schwellenwert T 2 aber 2,1 V.

Bei Verwendung einer einzigen Germaniumdiode 9 ergäbe sich für den Schwellenwert Γ1 etwa 0,7 V und für den Schwellenwert TI etwa 1V.

An Stelle der Diode 9 können ebensogut andere Halbleiterbauelemente verwendet werden, wie z. B. eine Zenerdiode oder eine Stabilisatordiode, um verschiedene Schwellenwerrtpegel bereitzustellen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Amplitudenfilter, dessen erster vorgegebener Ausgangspegel auftritt, wenn der Eingangssignalpegel zwischen zwei Schwellenwertpegeln liegt, und dessen zweiter vorgegebener Ausgangspegel auftritt, wenn der Eingangssignalpegel oberhalb oder unterhalb der beiden Schwellenwertpegel liegt, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster in an sich bekannter Weise ■ zur Abgabe von Ausgangssignalen dienender Transistor (1) in Emitterschaltung an seiner mit dem Eingang (5) in Verbindung stehenden Basiszuleitung mit dem Kollektor eines zweiten Transistors (8) in Emitterschaltung verbunden ist, dessen Basis über ein gleichsinnig mit der Basis-Emitter-Strecke des zweiten Transistors (8) gepoltes Halbleiterbauelement (9) ebenfalls mit dem Eingang (5) in Verbindung steht.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl zwischen Eingang (5) und dem Verbindungspunkt (C) zwischen Kollektor des zweiten Transistors (8) und Basis des ersten Transistors (1) als auch zwischen dem Halbleiterbauelement (9) und der Basis des zweiten Transistors (8) je ein Strombegrenzungswiderstand (7,10) eingesetzt ist.

3. Schaltungsanordnung mindestens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch monolithische Bauweise in einern .Halbleitersubstrat.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis und der Emitter des zweiten Transistors (8) durch einen Widerstand (11) überbrückt sind, dessen Wert wesentlich größer als der des Strombegrenzungswiderstandes (10) in der mit dem Halbleiterbauelement (9) verbundenen Basiszuleitung des zweiten Transistors (8) ist.

5. Schaltungsanordnung mindestens nach An-/ Spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Halb-. . .:

leiterbauelement (9) eine Diode verwendet ist.

6. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2 und 4, dadurch gekenn-_; zeichnet, daß als Halbleiterbauelement (9) eine' Zenerdiode verwendet ist.

7. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Halbleiterbauelement(9) eine ^:>'~- Stabilisatordiode verwendet ist.