DE2159760C3 - Electronic threshold switch - Google Patents
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Description
Für viele Anwendungen, z. B. zur Kontrolle der Batteriespannung in Kameras, Tonbandgeräten, tragbaren Rundfunk- und Fernsehgeräten etc. werden Schwellwertschalter benötigt, bei denen das Leuchten eines lichtemittierenden Bauelements (Glühlampe oder Leuchtdiode), das Überschreiten einer vorgegebenen Schwelle anzeigt.For many applications, e.g. B. to control the battery voltage in cameras, tape recorders, portable Radio and television sets, etc., threshold switches are required in which the lights of a light-emitting component (incandescent lamp or light-emitting diode), the crossing of a indicated threshold.
Die F i g. 1 der Zeichnung zeigt ein hierzu geeignetes und bekanntes Schaltungsprinzip. Der Schwellwertschalter 1 weist die beiden Eingänge A und B auf, die beispielsweise die Eingänge eines Differenzverstärkers sein können, von denen der Eingang B an die von der Z-Diode D gebildete Referenzspa.nnungsquelle angeschlossen ist, während dem Eingang/1 eine der zu überwachenden Spannung proportionale Steuerspannung zugeführt wird. Überschreitet die Steuerspannung die Referenzspannung, so leuchtet die Glühlampe L auf. Anstelle der Glühlampe kann auch eine Halbleiter-Leuchtdiode verwendet werden.The F i g. 1 of the drawing shows a circuit principle which is suitable and known for this purpose. The threshold switch 1 has the two inputs A and B , which can be, for example, the inputs of a differential amplifier, of which the input B is connected to the reference voltage source formed by the Zener diode D , while the input / 1 is one of the inputs to be monitored Voltage proportional control voltage is supplied. If the control voltage exceeds the reference voltage, the light bulb L lights up. A semiconductor light-emitting diode can also be used instead of the incandescent lamp.
Die Erfindung betrifft somit einen elektronischen Schwellwertschalter mit Anzeige des Schaltzustandes durch Halbleiter-Leuchtdioden und mit einer den Schwellwert bestimmenden Referenzspannungsquelle.The invention thus relates to an electronic threshold switch with a display of the switching state by means of semiconductor light-emitting diodes and with a reference voltage source that determines the threshold value.
Bei niedrigen Batteriespannungen unter 6 V und bei dem derzeit allgemein üblichen und erstrebten Aufbau als integrierte Halbleiterschaltung besteht das Problem, daß kein geeignetes Referenzbauelement mit ausreichend geringem Temperaturkoeffizienten für den Schwellwertschalter zur Verfügung steht. Die Erfindung löst dieses Problem und beseitigt die geschilderten Nachteile dadurch, daß die an der zur Anzeige dienenden Halbleiter-Leuchtdiode in Flußrichtung abfallende Spannung als Referenzspannung dient. Hierbei ist es vorteilhaft, die Halbleiter-Leuchtdiode über einen Vorwiderstand am spannungsführenden Pol der Versorgungsspannungsquelle anzuschließen.At low battery voltages below 6 V and at the currently common and desirable Construction as an integrated semiconductor circuit has the problem that no suitable reference component with a sufficiently low temperature coefficient for the threshold switch stands. The invention solves this problem and eliminates the disadvantages outlined in that the on the semiconductor light-emitting diode used for display purposes, the voltage dropping in the flow direction as the reference voltage serves. It is advantageous here to connect the semiconductor light-emitting diode to the live pole of the supply voltage source to connect.
Aus dem von der Firma Siemens herausgegebenen Buch »Schaltungen mit Halbleiterbauelementen«, Bd. 4, 1970, Seiten 118 bis 120, insbesondere Bild 5.5, ist ein für die Temperaturregelung von Flüssigkeiten geeigneter Schwellwertschalter bekannt, der einen üblichen Differenzverstärker enthält. Der eine Eingang des Differenzverstärkers ist dabei an den Abgriff eines über der Betriebsspannung liegenden Spannungsteilers geschaltet, so daß die Abgriffspannung als Schwellwert des Schwellwertschalters dient Der andere Eingang des Differenzverstärkers liegt am Abgriff eines weiteren, über der Betriebsspannung liegenden Spannungsteilers, in den ein temperaturabhängiger Widerstand eingefügt ist. Somit ist die Spannung des Abgriffpunktes dieses Spannungsteilers temperaturabhängig, wodurch bei entsprechender Temperaturvariation ein Schalten des Schwellwertschalters erfolgt.From the book "Circuits with Semiconductor Components" published by Siemens, Vol. 4, 1970, pages 118 to 120, in particular Figure 5.5, is one for temperature control of liquids suitable threshold switch known which contains a conventional differential amplifier. The one The input of the differential amplifier is connected to the tap of one above the operating voltage Voltage divider switched so that the tap voltage serves as the threshold value of the threshold switch The other input of the differential amplifier is at the tap of another one, above the operating voltage lying voltage divider in which a temperature-dependent resistor is inserted. So the The voltage of the tapping point of this voltage divider is temperature-dependent, which means that the corresponding Temperature variation, the threshold switch is switched.
ίο Vom einen Ausgang des DiflEerenzverstärkers wird über einen weiteren Transistor ein Relais angesteuert, das den Arbeitskontakt einer Heizwicklung betätigt. Dem Relais ist in bekannter Weise eine Schutzdiode parallelgeschaltet. Diese Diode ist mit der Halbleiter-ίο From one output of the diflerential amplifier A relay is controlled via another transistor, which actuates the normally open contact of a heating coil. A protective diode is connected in parallel to the relay in a known manner. This diode is associated with the semiconductor
Leuchtdiode nach der Erfindung nicht vergleichbar, da sie zur Erzeugung der erwähnten Schwellwertspannung gerade nicht herangezogen ist. In üblicher Weise wird durch die Verwendung des Differenzverstärkers außerdem erreicht, daß die GesamtschaltungThe light-emitting diode according to the invention is not comparable, since it is used to generate the threshold voltage mentioned is currently not used. The usual way is through the use of the differential amplifier also achieved that the overall circuit
ao gegen Änderungen der Betriebsspannung und der Umgebungstemperatur weitgehend unabhängig ist.ao against changes in the operating voltage and the Ambient temperature is largely independent.
In F i g. 2 ist die erfindungsgemäße Lösung gezeigt. Dort ist der Eingang B des Schwellwertschalters 1 mit der Anode der Halbleiter-Leuchtdiode LD verbunden, deren Kathode am Schaltungsnullpunkt angeschlossen ist. Damit dient die in Flußrichtung an der Halbleiter-Leuchtdiode LD abfallende Spannung als Referenzspannung.In Fig. 2 shows the solution according to the invention. There the input B of the threshold switch 1 is connected to the anode of the semiconductor light-emitting diode LD , the cathode of which is connected to the circuit zero point. The voltage drop across the semiconductor light-emitting diode LD in the flow direction thus serves as a reference voltage.
In Serie mit der Halbleiter-Leuchtdiode LD kann der Vorwiderstand R geschaltet sein, der in F i g. 2 gestrichelt gezeichnet ist. Hierdurch wird auch in einem Betriebszustand, in dem die Halbleiter-Leuchtdiode LD nicht mit dem zum Leuchten erforderlichen Strom betrieben wird, ein zum Entstehenlassen der als Referenzspannung dienenden Flußspannung geeigneter Vorstrom durch die Diode geführt. Selbstverständlich ist es auch möglich, den Vorwiderstand R durch eine Stromquelle oder ein geeignetes Bauelement des Schwellwertschalters 1 zu ersetzen, das den erwähnten Vorstrom liefert. The series resistor R can be connected in series with the semiconductor light-emitting diode LD , which is shown in FIG. 2 is drawn in dashed lines. As a result, even in an operating state in which the semiconductor light-emitting diode LD is not operated with the current required for lighting, a bias current suitable for creating the forward voltage serving as reference voltage is passed through the diode. Of course, it is also possible to replace the series resistor R with a current source or a suitable component of the threshold switch 1 which supplies the mentioned bias current.
Die F ig. 3 zeigt eine zur monolithischen Integrierung geeignete Schaltungsanordnung eines Schwellwertschalters, der, wie aus der Figur ersichtlich, aus einem unsymmetrischen Differenzverstärker besteht, wobei der Arbeitswiderstand des einen Differenzverstärkertransistors als geschaltete Stromquelle ausgebildet ist.The fig. 3 shows a circuit arrangement of a threshold switch suitable for monolithic integration, which, as can be seen from the figure, consists of an asymmetrical differential amplifier, wherein the working resistance of the one differential amplifier transistor is designed as a switched current source is.
Im einzelnen bilden die Transistoren Tl und Tl die beiden Differenzverstärkertransistoren, deren Emitter über den gemeinsamen Emitterwiderstand Re mit dem Schaltungsnullpunkt verbunden sind. Dem zweiten Differenzverstärkertransistor TZ ist der Transistor Γ 3 nach Art einer Darlington-Stufe vorgeschaltet, um eine geringe Temperaturabhängigkeit zu erhalten und der Halbleiter-Leuchtdiode LD so wenig Steuerstrom wie möglich zu entziehen. Der Kollektor des Differenzverstärkertransistors Tl ist direkt mit dem spannungsführenden Pol -)- der Versorgungsspannungsquelle Un verbunden.In detail, the transistors T1 and T1 form the two differential amplifier transistors, the emitters of which are connected to the circuit zero point via the common emitter resistor R e. The second differential amplifier transistor TZ is preceded by the transistor Γ 3 in the manner of a Darlington stage in order to obtain a low temperature dependency and to withdraw as little control current as possible from the semiconductor light-emitting diode LD. The collector of the differential amplifier transistor Tl is directly connected to the live pole -) - of the supply voltage source U n.
Im Kollektor des Differenzverstärkertransistors Tl, dessen Basis mit dem Eingang A identisch ist, ist die aus den zu den Transistoren Tl, Tl, T3 komplementären Transistoren T 4 und TS sowie dem Widerstand R'c bestehende geschaltete Stromquelle angeordnet. Die Basis des Transistors TA und der ' ollektor des Transistors TS sind gemeinsam am Kollektor des Transistors Tl angeschlossen, während die Basis des Transistors Γ5 und der EmitterIn the collector of differential amplifier transistor Tl whose base is identical to the input A, is derived from the complementary to the transistors Tl, Tl, T3 transistors T 4 and TS and the resistor R 'c arranged existing switched current source. The base of the transistor TA and the 'ollektor of the transistor TS are connected together to the collector of the transistor Tl , while the base of the transistor Γ5 and the emitter
des Transistors 74 gemeinsam über den Widerstand R'e am spannungsführenden Pol + der Versorgungs-■pannungsquelle UB angeschlossen sind, an dem auch der Emitter des Transistors 75 liegt. Der Kollektor des Transistors Γ4 ist mit der Basis des Transistors 73, der Anode der Halbleiter-Leuchtdiode LD und mit dem versorgungsspannungsfernen Ende des Vorviderstands R verbunden, welcher gemeinsame Verbindungspunkt mit dem Eingang B des Diflerenzverstärkers identisch ist.of the transistor 74 are connected together via the resistor R ' e to the voltage-carrying pole + of the supply ■ voltage source U B , to which the emitter of the transistor 75 is also connected. The collector of the transistor Γ4 is connected to the base of the transistor 73, the anode of the semiconductor light-emitting diode LD and to the end of the series resistor R remote from the supply voltage, which common connection point is identical to the input B of the diflerential amplifier.
Die aus den Transistoren 74 und 75 gebildete geschaltete Stromquelle wird vom Kollektorstrom des Transistors 71 derart geschaltet, daß über den Kollektor des Transistors 74 der zum Leuchten erforderliche Strom für die Halbleiter-Leuchtdiode LD fließt. Dieser Strom ist durch den Spannungsabfall am Widerstand R'e und die Basis-Emitterspannnung des Transistors 75 vorgegeben, so daß dieser Strom als von der Stromquelle eingespeister KonstantstromThe switched current source formed from the transistors 74 and 75 is switched by the collector current of the transistor 71 in such a way that the current required for lighting the semiconductor light-emitting diode LD flows through the collector of the transistor 74. This current is predetermined by the voltage drop across the resistor R ' e and the base-emitter voltage of the transistor 75, so that this current is a constant current fed in from the current source
ίο angesehen werden kann.ίο can be viewed.
Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
Claims (2)
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Family Applications (1)
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