DE2059787B2 - Schwellwertschaltung fuer niedrige eingangsspannungen - Google Patents

Description

kontrolliert werden kann, kann^ diese differenz (A V) auf Grund der «Hge genau vorausgesagt werden.

_& γ

KT 1 J^JLin-*-

q h

«^οπη· *

Boltzmannsche Konstante, ?_empeiatur m °K und Ladung eines fflektrons.

Strome in scannten dff a

_Vernäitnis der i vor-Spannungs okigkdt

die Reihenschaltung einer zwischen den Klemmen A nnd B angeschlossenen Eingangsspannungsquelle in

Form einer Aufnahmespule 39 für magnetisch induzierte Spannungen mit einer aus Dioden D₄, Dt und D₈

bestehenden Diodenkette. Am anderen Eingangs,

Hegt unmittelbar eine weitere Diodenkette aus den

Dioden D₁, D₃ und D₅. Beide Diodenketten sind über

die Widerstände R' bzw. R in Durchlaßrichtung vorgespannt und bastimmen somit die Ruheeiagangs-

spannungen an den Eingängen E₁ und E₁. Die Strome u>

durch die beiden Diodenketten sind mit ^TBlfe der

Widerstände Ä' und R so gewählt, daü sich die

Durchlaßströme in beiden Diodenketten unterscheiden

und demzufolge unterschiedliche Spannungsabfälle, _D—*■

die als Bezugsspannungen benutzt werden, entstehen. 15 differenz an

Erreicht die in der Aufnahmespule 39 induzierte voraussagen, daß sie

Spannung die Größe der Spannungsdifferenz der

beide« von den Diodenketten erzeugten Bezugsspannungen, dann werden die Eingangsspannungen
der Differenzstufe 1 an den Eingängen E₁ und E₈
deich und die Differenzstufe erzeugt an ihrem AusganeC ein Ausgangssignal. Durch Rückkopplung
dieses Ausgangssignals über einen Widerstand R₁₃ dargestellte Schaltung enthält zwei

auf die Basis eines parallel zu der aus den Dioden D₁, Die η JJ, l**™* ausgelegte Transistoren ß₁₀

D₃ und D₆ bestehenden Diodenkette geschalteten a₅ in Ei."««^^J^SteTransteors ß_M mit Transistors Q₃₀, wird dieser Trans.stor leitend und und ß,,wobei ^mrttt verbunden ist. Der überbrückt diese Diodenkette. Dadurch wird die am der Basis des »""»siore vi t Kollektor

EmgangE, der Differenzstufe 1 liegende Spannung Emitter des Transistors!B„ ^mit ^.^

h abgesetzt, so daß die Eingangsspannungsdifferen, eines J«»Jt°»ß» ^™£n J. _Ίτ^_ιοτ, zwischen den Eingängen E₁ und E₈ im Sinne einer 30 Emitte ^an Mas«^ hegt _widerstands A₁, und

Vergrößerung des das Ausgangssignal auslosenden Q^ ^f ^X SSm Verbindungspunkt an-EingangssignalserhöhtwirdunddiegesamteSchaltung einer D ode D₁₉ mn ^ .^ _Kath

ein verbessertes Umschalten nach Art einer Kmp- f^^'J⁰^ _Transistor Q ₅, der Widerstand R₁₁

innerhalb etnes

werden ^
Ketten aus ^"
Spannungsdifferen

Bereichs festlegen.

AV = N In

^ _oder

kann man die vorbestimmten

Spannung, die nötig ist um «jj „ und d^Diode _fc

ferner mit ««^Jjj
^t°rs ρ₁₈ angesena,«

und g^s°^^

_{den Em}itter eines Tran-_{Transistoren Ql0}, Q_n, Q_{u bjiden} ^ _paar

^_deren Eingangstransistoren ht ine aus zwei

liehe Spann ing um eine in Sihc.umdiode Durchlaßri_chtun^orzu_SPannen(^)nurinderGr_Oßeno_rdn_Ung

von 0,7VoIt. Ferner sind, wenn die Schaltung als Teil einer integrierten Schaltungsanordnung ausgeführt werden soll, Dioden, die in Durchlaßrichtung vorgespannt sind am besten als Bezugsspannungsgeber

^g1r_Schaltun_gen gemäß dem Stand der Technik « g^^^^^

wird gewöhnlich der Absolutwert ^s S_P?nnungs ^rSSon-Schaltung versteht man eine aus zwei

abfalls an einer oder mehreren in Durchlaßnchtung einer g^ar '"gt^ Schltung, bei welcher der

vorgespannter Dioden als Spannungsbezugspege! wr- Tranastoren « e ausschließlich nut der

wendet. Leider weist die Spannung Vu an einer Emmer f^s ^ |^_{Ueten Transistors} verbunden ist,

einzelnen in Durchlaßrichtung vorgespannten Diode ₅o Basis des naeng nachgeschalteten Tran-

infolge von Herstellungsschwankungen ««e Toleranz so daß d^r Bas ._Kollektor._Strom des ersten

in der Größenordnung von ± 35 mV aur Normaler- s ston *»™ ° wird. Eine solche Darlington-

weise ist diese Toleranz nicht erheblich. Wenn jedoch «ranaston ge* ^^ ^, _{h h}

die Spannung des zu erfassenden Signals nur m der Schattung ze _(Kol,_{ektorstrom d}es nachgeschal-Größenordnung von 100 mV beträgt ist de«■ Absolu - 55 ^™ΖΆ\* Verhältnis zum Basisstrom des

^{in ihrer Betncbsweise}

Dioden auf dem selben integrierten S^g plättchen ist K₆₄ annähernd, d. h. innerhalb ±2 mV, gleich. Ferner läßt »ich zeigen, daß die»Spannung»-

^Si

^ _Transistors ^

_des Transistors ß„ ist an one Kon- ^_{1 einem} Transistor ß„, einem

<r

Basis an den Kollektor des Transistors Q_n ange- angeschlossen. Sämtliche Transistoren sind vom npnschlossen. Zwei weitere Transistoren ß_M und ß₂, sind Typ, mit Ausnahme der Transistoren ß₃₂ und Q₃₄, ebenfalls in Emitterfolgerschaltung ausgelegt, indem die vom pnp-Typ sind. _t

der Emitter des Transistors ß24 mit der Basis des Durch Verändern des Verhältnisses zwischen R Transistors ß_2e und der Emitter des Transistors ß_2e 5 und R' wird der Stromfluß in den Diodenketten vermit dem Kollektor des Transistors Q_u verbunden ändert. Auf diese Weise kann die Spannungsdifferenz sind. Der Transistor ß_M liegt ferner mit seinem an den beiden Diodenketten genau bemessen und Emitter über einen Widerstand A₂₃ an Masse und ist vorausgesagt werden. Beträgt das Verhältnis R: R' mit seiner Basis an den Kollektor des Transistors ß_lg beispielsweise 1:4, so ist die Spannungsdifferenz bet angeschlossen. Die Transistoren Q₂₀, ß₂₂, Q_u und β_ίβ ίο Zimmertemperatur (25° C) 108 mV, wobei die Diodembilden einen weiteren Differenzverstärker, dem über kette mit den Dioden D₁, Z)₃ und Z)_s als Bezugsgeber die Basen der Transistoren Q_m und Q_u ein gemein- für »hohe« Spannung und die Diodenkette mit den samer Ausgang der Differenzverstärker mit den Dioden Z)₂, Z)₄ und Z)₄ als Bezugsgeber für »niedrige« Transistoren Q₁₀, Q_n, ß₁₄, ß_l8 und ß_lg zugeschaltet ist. Spannung arbeiten. Durch entsprechende Wahl der

Die Basis des Transistors Q₁₀ ist über einen Wider- 15 Anzahl von Dioden pro Kette und durch geeignetes stand A₃₇ mit der einen (A) von zwei Eingangsklemmen Verändern des Verhältnisses R: R' kann man daher verbunden, deren zweite (B) an die Basis des Tran- die Schaltung so bemessen, daß Schwellwertspannunsistors ßig angeschlossen ist. gen innerhalb eines vorgeschriebenen Bereiches erfaßt

Das Eingangssignal kann z. B. von einem magne- und wahrgenommen werden. Während es bei einer tischen Impulsverteiler der Zündschaltung eines Kraft- 90 integrierten Schaltung schwierig ist, die Absolutwerte fahrzeuge geliefert werden, wobei die Aufnahme- von R und R' zu kontrollieren, läßt sich das Verhältnis spule (39) des Verteilers zwischen die Klemmen A zwischen ihnen recht genau kontrollieren,
und B der gezeigten Schaltung geschaltet ist. In der Praxis bemißt man die Schaltung so, daß sie

Eine erste Diodenkette mit den Dioden D₁, D₃ und beispielsweise in einer Umgebung arbeitet, wo die Z)₅ ist zwischen die Basis des Transistors ß₁₄ und as Temperatur zwischen —40 und +120³C und die Masse geschaltet, wobei die Dioden so gepolt sind, daß Schwellwertsp^anung zwischen 70 und 140 mV sie Strom im konventionellen Sinne in Richtung nach schwanken können. Zu Erläuterungszwecken sei hier Masse leiten. Eine zweite Diodenkette mit den Dioden jedoch vorausgesetzt, daß ein Ausgangssignal am Z)₂, Z)₄ und D₉ ist in entsprechender Weise zwischen Punkt C dann erzeugt werden soll, wenn das an den die Basis dc» Tf ansisiors ß_lg und Masse geschaltet. 30 Klemmen A und B liegende Eingangssignal 108 mV Wenn die Schaltung in integrierter Form ausgeführt übersteigt, d. h. bei Zimmertemperatur und einem ist, so sind die Diodenketten in ihren K_fte-Eigen- Verhältnis R: R' von 1:4.

schäften von selbst einander angepaßt oder gleich, Anfänglich, wenn zwischen den Klemmen A und B

wie oben erwähnt. Bei Verwendung von diskreten ein Eingangssignal von 0 Volt liegt, ist die an dir Basis Bauelementen müssen diese so gewählt werden, daß 35 des Transistors ß_u wegen der Spannungsdifferenz an die Ketten angepaßt sind. den Diodenketten um 108 mV größer als die Spannung

Ein Transistor Q₃₀ liegt mit seiner Emitter-Kollektor- an der Basis des Transistors Q₁₀. Dadurch werden die Strecke parallel zur ersten Diodenkette und ist mit Transistoren ß₁₄ und ß,_e in einen stark leitenden seinem Kollektor an die Basis des Transistors ß,₄ und Zustand gebracht, so daß den Stromerfordernissen mit seinem Emitter an Masse angeschlossen. Die 40 der Konstantstromquelle mit dem Transistor Q₁₆, dem Basis des Transistors ßjo liegt über einen Wider- Widerstand A₁₇ und der Diode Z)₁, genügt wird. Die stand R₁₁ an Masse und ist außerdem über einen Transistoren Q₁₀ und ß„ sind somit nichtleitend. Bei Widerstand A₁₃ mit dem Kollektor eines weiteren nichtleitenden Transistor ß_I2 sind die Transistoren Q₁₀ Transistors ß_w verbunden. Die Basis des Tranistors und ß_M über den Widerstand Λ₈ in einen stark ß_3i ist mit dem Kollektor des Transistors ß_M ver- 45 leitenden Zustand gebracht, so daß den Strombunden, wo das Ausgangssignal des Differenzver- erfordernissen der Konstantstromquelle mit dem stärkers mit den Transistoren Q₉₀, Q„, Q_u und ß_M Transistor β_Μ, dem Widerstand R„ und der Diode Z),, abgenommen wird. Der Transistor ß_M ist mit seinem genügt ist. Die Transistoren ß_M und ß_2e sind somit Kollektor an den Kollektor des Transistors Q_n und nichtleitend. Bei nichtleitendem Transistor ß_M wird an die Basis des Transistors ß_M angeschlossen. Basis 50 verhindert, daß der Transistor β_Μ leitet, so daß zur und Kollektor des Transistors ß_M sind miteinander Basis des Transistors ß_M keine Vorspannung gelangt verbunden. Bei dieser Schaltungsauslegung arbeitet Bei nichtleitendem Transistor Q₃₁ kann der Transistor der Transistor ß_M im wesentlichen als Diode, und er Q₃₀ nicht leiten, es erscheint am Ausgang C kein kann tatsächlich auch durch eine Diode ersetzt sein. Ausgangssignal.

Im Hinblick auf die Eigenschaftsanpassung hat es sich 55 Wenn die Eingangsspannung bis in die Nähe des jedoch als vorteilhaft erwiesen, bei Ausführung der Schwellwertes, d. h. 108 mV ansteigt, nähert sich die Schaltung in integrierter Form sämtliche Dioden in Spannung an der Basis des Transistors ß₁₀ der der für den Transistor Q_3x gezeigten Schaltungsweise Spannung an der Basis des Transistors ß_I4, und die auszubilden. Transistoren Q₁₉ und Q₁₁ beginnen zu leiten, so daß

Die Kollektoren der Transistoren Q₁₀, Q_n, ß₁₈, Q₁₀, &> den Konstantstromerfordemissen des Transistors ß_ls β» und β_Μ sind an einen eine Spannung Κ« führenden teilweise genügt wird. Dies hat zur Folge, daß die Punkt angeschlossen, der mit der Betriebsspannung Transistoren Q₁₄, und Q₁, um einen Betrag weniger gespeist ist Ferner sind die Kollektoren der Tran- stark leiten, der gleich dem von den Transistoren Q₁₀ sistoren ß_u und ß_lc über Widerstände /J₈ bzw. R₉ an und ß_u an den Transistor ß_is gelieferten Strom ist Kit angeschlossen. Außerdem sind die Basen der «5 Wenn der Transistor Q_1x zu leiten anfängt, beginnt Transistoren ß_u> Q₁₅, Q_lt und ß_ls Ober Widerstände die Vorspannung an der Basis des Transistors ß_M Rir, Rm, R bzw. R an Vtc angeschlossen. Die Tran- abzusinken, so daß die Traosisiorea Q_n und Q_n sistoren β_Μ und O₃₄ sind mit ihren Emittern an V„ weniger stark leiten. Zugleich werden die Transistoren

WV 2757

Q_tt und Qu durch die ansteigende Spannung an der Basis des Transistors Q_u in den leitenden Zustand gespannt. Da der Transistor Q₁₈ einen konstanten Strom entnimmt, wird das Absinken des Stromes von den Transistoren ß_M und Q_n durch die Transistoren ß_M und Q_M aufgenommen. Ferner beginnt, wenn die Transistoren Q_u und ß_M zu leiten anfangen, der Transistor Q_u zu leiten, so daß auch die Transistoren Qn und Qt₀ zu leiten beginnen.

Wenn der Transistor ß_M in den leitenden Zustand gerät, beginnt die Spannung an der Anode der Diode D₁ abzufallen, was zur Folge hat, daß der hohe Spannungsbezugspegel absinkt. Das heißt, die Differenzschaltung erhält vom Ausgang über den Transistor ß_M eine positive oder regnerative Rückkopplung (Mitkopplung). In kurzer Folge bewirkt dieser Vorgang, der regenerativ ist, daß die Schaltung nach Art eines Schmitt-Triggers in denjenigen Zustand »kippt«, in welchem die Transistoren ß_M und Q_n stark leiten und ein Ausgangssignal am Ausgang C erscheint

Wenn die Schaltung kippt wird die Basis des Transistors Q₁₁ über den stark leitenden Transistor Qj₀ an Masse gelegt. Die Bezugsspannung, d.h. die Spannung an der Anode der Diode D_t, gelangt jetzt zum Eingang des Darlington-Differenzverstärkers mit den Transistoren Q₁₀, Q₁₁, Q_lt und β_1β. Selbst wenn die Transistoren ß₁₀ und Q₁₁ stark leiten, verhindert die der Basis des Transistors ß_u über den Transistor Q₁₆ zugeführte Vorspannung, daß der Transistor ß_w vollständig gesperrt oder abgeschaltet wird.

Wenn das Eingangssignal zwischen den Klemmen A und B auf Null absinkt nähern die Verhältnisse sich

ίο dem Ausgleichszustand, und die Schaltung kippt in ihren ursprünglichen Zustand zurück.

Während die Arbeitsweise der vorstehend beschriebenen Ausführungsform auf der Differenz des Stromes in Durchlaßrichtung vorgespannten Dioden,

is die durch Widerstände in einem bekannten Verhältnis eingestellt ist, beruht, kann der entsprechende Spannungsabfall auch auf andere Weise herbeigeführt werden, beispielsweise indem man die pn-übergangsflächen der Dioden D_t) D_t, D_n so groß — und damit

ao den Durchgangswiderstand — macht, daß der von den Dioden entnommene Strom ausreicht um die gewünschte Spannungsdifferenz zwischen den Diodenketten herzustellen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

209550/3

2757

Claims (3)

ι 2 zwischen 3,5 und 19 Volt), ist nicht gewährleistet, daß Patentansprüche: ständig eine Speisespannung vorhanden ist, die ausreicht, um eine ZenVnüode oder ein ähnliches Bau-

1. Schwellwertschaltung für niedrige Eingangs- element in Durchlaßrichtung vorzuspannen (d. h., daß spannungen, deren Schwellwert durch die Span- 5 die Spannung mehr als 5 Volt beträgt), cungsdifferenz zweier Bezugsspannungsquellen be- Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, stimmt wird, mit einer Differenzstufe, welche ein eine SchweOwertdetektorschaltung zu schaffen, die Ausgangssignal liefert, wenn die an ihrem ersten niedrige Spannungen zu erfassen in der Lage ist. Die Eingang liegende Spannung mindestens gleich der Schaltung sou in integrierter Form herstellbar sein an ihrem zweiten Eingang liegenden Spannung ist, io und sich besonders, obwohl nicht ausschließlich, für dadurchgekennzeichnet, daß die Ein- eine elektronische Zündeinrichtung eignen, gangsspatintmg in Reihe mit der einen Bezugs- Diese Aufgabe wird bei einer Schwellwertschaltung Spannungsquelle {D_b D₄, Z)₆) an dem ersten Ein- für niedrige Eingangsspannungen, deren Schwellwert gang (Z^) der Differenzstufe (1) liegt und die andere durch die Spannungsdifferenz zweier Bezugsspan-Bezugsspannungsquelle (Z)₁, D₉, Z)₅) unmittelbar 15 nungsquellen bestimmt wird, mit einer Differenzstufe, an dem zweiten Eingang (E^ dieser Differenz- welche ein Ausgangssignal liefert, wenn die an ihrem stufe (1) liegt und daß die Bezugsspannungsquellen ersten Eingang liegende Spannung mindestens gleich jeweils Diodenketten mit in Durchlaßrichtung vor- der an ihrem zweiten Eingang liegenden Spannung ist, gespannten Diodeu enthalten. erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Eingangs-

2. Schwellwertschaltung nach Anspruch 1, da- ao spannung in Reihe mit der einen Bezugsspannungsdurch gekennzeichnet, daß parallel zu der zweiten quelle an dem ersten Eingang der Differenzstufe liegt Bezugsspannungsquelle (D₁, D₃, D₄) ein steuerbarer und die andere Bezugsspannungsquelle unmittelbar Schalter (Transistor Q₃₀) liegt, der bei Ansteuerung an dem zweiten Eingang dieser Differenzstufe liegt durch das Ausgangssignal der Differenzstufe (1) und daß die Bezugsspannungsquellen jeweils Diodendie zweite Bezugsspannungsquelle überbrückt. »5 ketten mit in Durchlaßrichtung vorgespannten Dioden

3. Schwellwertschaltung nach Anspruch 1 oder 2, enthalten. Infolge der niedrigen Durchlaßspannungen gekennzeichnet durch den aus Dioden (Z)₁, D₃, Z)₅; der Dioden läßt sich auf diese Weise ein relativ D₂, Z)₄, D₆) mit gleichen Charakteristiken auf- niedriger Schwellwert für die Erzeugung des Ausgebauten Diodenk *ien der Bezugsspannungs- gangssignals erreichen, wobei dieser Schwellwert quellen den Durchlaßstrom zuführende Serien- 30 durch die Spannungsdifferenz an den beiden Diodenwiderstände (R; R'), deren Widersiandsverhältnis ketten bestimmt ist und diese Spannungsdifferenz entsprechend dem Verhältnis der die Piodenketten wiederum von der Durchlaßstromdifferenz abhängt, durchfließenden Durchlaßströme besummten, ge- Wenn also die Eingangsspannung gerade die Größe wünschten Schwellwert gewählt ist. dieser Spannungsdifferenz erreicht, dann liegen an

35 den beiden Eingängen der Differenzstufe gleiche Spannungen, so daß diese Stufe umgeschaltet wird

und das Ausgangssignal liefert.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann parallel zu der zweiten Bezugsspannungsquelle ein

Die Erfindung betrifft eine Schwellwertschaltung für 40 steuerbarer Schalter liegen, der bei Ansteuerung

niedrige Eingangsspannungen, deren Schwellwert durch das Ausgangssignal der Differenzstufe die

durch die Spannungsdifferenz zweier Bezugsspannungs- zweite Bezugsspannungsquelle überbrückt. Auf diese

quellen bestimmt wird, mit einer Differenzstufe, Weise läßt sich ein Rückkopplungseffekt erzielen, da

welche ein Ausgangssignal liefert, wenn die an ihrem infolge der Verringerung bzw. des Verschwindens

ersten Eingang liegende Spannung mindestens gleich 45 der zweiten Bezugsspannung die Spannungsdifferenz

der an ihrem zweiten Eingang liegenden Spannung ist. zwischen den beiden Diodenketten zusätzlich ver-

Spannungsdektetorschaltungen, die ein Ausgange- größen wird, was einer zusätzlichen Erhöhung der signal liefern, sobald ein schwankendes Eingangssignal Eingangsspannung gleich kommt, einen vorbestimmten Schwellwert erreicht, sind, z. B. Ferner werden zweckmäßigerweise die Dioden der in Form von Schmitt-Trigger-Schaltungen, allgemein 50 Diodenketten der Bezugsspannungsquellen mit gleichen bekannt. Bei diesen Schaltungen werden im allgemeinen Charakteristiken ausgebildet, und die Durchlaßströme Bauelemente wie Zenerdioden als Bezugsspannungs- werden über Serienwiderstände geführt, deren Widergeber verwendet. Mitunter kommt es jedoch vor, daß Standsverhältnis entsprechend dem durch das Durchdie maximale verfügbare Speisespannung so niedrig laßstromverhältnis bestimmten gewünschten Schwellist, daß derartige Bauelemente nicht verwendet werden 55 wert gewählt ist. Da sich ein integrierter Bauweise können. Beispielsweise kann es erwünscht sein, daß Widerstandsverhältnisse relativ genau einhalten lassen, man eine Spannungsschwellwertschaltung für eine kann die Differenz der Spannungsabfälle an den elektronische Zündeinrichtung zur Verfugung hat, die beiden Diodetiketten im Sinne der Erfindung ebenso unter Erzeugung eines Ausgangssignals auf ein genau bestimmt werden.

Wechselspannungseingangssignal anspricht, dessen 60 Die Erfindung ist im folgenden an Hand der Dar-

Spitzenamplitude zwischen 70 und 140 Millivolt (mV) Stellungen eines Ausführungsbeispiels näher erläutert,

schwankt. Ein solches Signal kann z. B. von einem Es zeigt

magnetischen Impulsverteiler stammen. Da jedoch die F i g. 1 eine Prinzipdarstellung der Erfindung und

verfügbare Speisespannung im allgemeinen von einer F i g. 2 ein ausführlicheres Schaltbild der in F i g. 1

Batterie, einem Generator oder einem Synchron- 65 dargestellten Schaltung.

generator geliefert wird und in Abhängigkeit von der In F i g. 1 ist in Blockdarstellung eine Differenz-Motordrehzahl, der Betriebsspannung, dem Zustand stufe 1 mit zwei Eingängen Zi₁ und E₂ und einem der Batterie usw. beträchtlich schwanken kann (z. B. Ausgang C dargestellt. An dem einen Eingang E₁ liegt