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Beschreibung
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Monolithisch integrierter Schwellwertschalter Ein Schwellwertschalter
der im Oberbegriff des Pat Spruchs 1 gennaten Art ist z.B. bekannt aus der @E-AS
2 748 967. Er ist so ausgelegt, daß er bei einer f-=-ter unteren Schwellwetspannung
abschaltet und bei einer oberen Schwellwertspannung, die in einem konstanten Abstand
zur Betriebsspannung liegt, durchshaltet. Diese Schaltung ist jedoch nur für Abstände
der oberen von der und teren Schwellwertspannung (Hysterese) von einigen Vol sinnvoll.
Die Schaltung hat außerdem je nach Schaltzustand einen unterschiedlichen Stromverbrauch
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik
zu vermeiden Insbesondere oll
ein Schwellwertschalter der im Oberbegriff
des Patentanspruchs 1 genannten Art angegeben werden, dessen Hysterese in mV-Bereich
liegt, dessen Stromverbrauch unabhängig von seinem Schaltzustand konstant ist und
der auch als Differenzkomparator mit Hysterese verwendet werden kann.
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Die Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 genannte Erfindung gelöst.
Der Schalter gemäß der Erfindung ist vollst;ndig symmetrisch aufgebaut und hat stets
den gleichen Stronverbrauch, so daß er mit Vorteil auch in Geräten verwendet werden
kann, die über mehr oder weniger lange Zuleitungen gespeist werden. Infolge des
konstanten Stromverbrauchs des erfindungsgemäßen Schwlbertschalters erfordert er
keinen Speicher- oder Glättungskondensator für die Betriebsspannung. Der Schalter
kann außerdem als Differenzkomparator mit Hysterese betrieben werden. Die zu vergleichenden
Signale sind dabei, wie bei einem üblichen Differenzverstärker, nicht an ein festes
Bezugspotential gebunden sondern können in einem weiten Bereich innerhalb der Betriebsspannung
"schwinaen". Die Hysterese ist bis auf wenige mV herab auslegbar. Außerdem lassen
sich am erfindungsgemäßen Schwellwertschalter komplementäre Signale abgreifen, so
daß kein zusätzlicher Inverter erforderlich ist, der eine Unregelmäßigkeit der Stromaufnahme
und eine, eventuell unerwünschte, Schaltverzögerung verursachen würde. Durch diese
genannten Eigenschaften ist ein diesel erfindungsgemäßen Schwellwertschalter aufweisender
Baustein universell einsetzbar.
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Bei Ausgestaltung der Erfindurgnach Anspruch 2 ist eine I21-Schaltung
anschließbar und bei Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 3 eine bipolare Schaltung.
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Die Erfindung wird nun anhand eines vorteilhaften Ausfährungsbeispiels
näher erläutert. Es zeigen hierzu: FIG. 1: Schaltbild des Ausführungsbeispiels;
FIG. 2: Schaltbild einer Ausgangsschaltung für eine I²L-Schaltung; FIG. 3: Schaltbild
einer Ausgangsschaltung für eine bipolare Schaltung.
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In FIG. 1 ist das Schaltbild eines erfindungsgemäßen Schwellwertschalters
dargestellt. Die Eingangsklemmen einer ersten Differenzverstärkerstufe mit den Transistoren
11 und 12 vom NPN-Leitfähigkeitstyp, deren gemeinsame Emitter-Zuleitung über eine
Konstantstromschaltung 13 it der negativen Klemme der Betriebsspannung verbunden
ist, sind mit E1 bzw. E2 bezeichnet. Am Ausgang der ernten Die ferenzverstärkerstufe
liegt zum einen eine aus den Transistoren 14, 15 und 16 bestehende Stromspiegels-haltung.
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Ferner ist ein als Diode geschalteter Transistor 17 z. ischen Kollektor
des Transistors 11 und Kollektor des Transistors 12 geschaltet.
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Ein wesentliches Kennzeichnen des erfindungsgemäßen Schwellwertschalters
ist es, daß am Ausgang der ersten Differenzverstärkerstufe eine zweite Differenzverstärkerstufe
mit Transistoren 21 und 22 des komplementären, also hier des PNP-Leitfähigkeitstyps,
angeschlossen ist, deren geseinsame Emitterzuleitung über eine Konstantstromschaltung
23 mit der positiven Klemme der Betriebsspaanung verbunden ist.
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Die Transistoren 21 und 22 der zweiten Differenzverstärkerstufe sind
als Doppelkollektor-Transistoren ausgebildet.
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Der eine Kollektor C1 des am Kollektor des Transistors 11 angeschlossenen
Doppelkollektor-Transistors 21 ist mit -der Basis des Transistors 11 und damit mit
dem Eingang EI der ersten Differenzverstärkerstufe verbunden. Ebenso ist der eine
Kollektor C3 des am Kollektor des Transistors 12 angeschlossenen Doppelkollektor-Transistors
22 mit der Basis des Transistors 12 und damit mit dem Eingang E2 der ersten Differenzverstärkerstufe
verbunden.
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Der andere Kollektor C2 des Doppelkollektor-Transistors 21 ist zur
Aussteuerung einer Ausgangsschaltung zF2 rorgesehen und der andere Kollektor C4
des Doppelkollektor-Transistors 23 zur Aussteuerung einer Ausgangsschaltung 252.
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Der Eingang E1 ist auEerdem über einen Widerstand 241 und der Eingang
E2 über eiern Widerstand 252 mit einem ein konstantes Potential führenden Schaltungspunkt
30 verbunden. Zwischen diesem Punkt und der negativen Klernine der Betriebsspannung
sind im Ausführungsbeispiel zwei Dioden 32 in Durchlaßrichtung geschaltet, die von
einer an der positiven Betriebsspannungsklemme angeschlossenen Konstantstromschaltung
31 mit konstantem Strom durQhflossen werden, so daß mit zwei Dioden der Punkt 30
im Potential um etwa 1,2 V höher liegt als die negative Klemme der Betr;iebsspannung.
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Ist der Transistor 11 der ersten Differenzverstärkerstufe durch eine
Spannung am Eingang E1 leitend gesteuert und der andere Transistor 12 durch eine
niedrigere Spannung als die die am Eingang EI anliegt,gesperrt, so steuert die Kollektorspannung
des Transistors 11 den Transistor 16 und somit die Transistoren 14 und 15 der Stromspiegelschaltung
soweit aus, daß der gesamte Kollektorstrom des Transistors 11 über den Transistor
14 fließt und Transistor 15 niederohmig ist. Die Kollektorspannung des Transistors
12
ist folglich höher als die des Transistors 11. Dadurch ist der
als Diode geschaltete Transistor 10 gesperrt, der Transistor 21 leitend geschaltet
und der Transistor 22 wiederum gesperrt. Die Kollektoren des Transistors 21 führen
SOD.t Strom. Dabei bewirkt der Kollektorstrom des einen Kollektors C1 eine Unterstützung
des bereits leitend geschalteten Transistors 11, in den der Kollektorstrom am Widerstand
241 die Steuerspannung für den Transistor 11 erhöht.
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Der Kollektorstrom des anderen Kollektors C2 des Transistors 21 steuert
die Ausgangsschaltung 242.
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Wird der Transistor 11 der ersten Differenzverstärkerstufe durch eine
niedrige Spannung am Eingang E1 jedoch gesperrt und der Transistor 12 durch eine
höhere Spannung am Ein gang E2 leitend gesteuert, so wird der als Diode geschalteter
Transistor 17 leitend und der Kollektorstrom des Transistors 12 teilt sich auf die
beiden Transistoren 14 und 15 auf. Die um die Diodenspannung des Transistors iv
höhere Kollektorspannung des Transistors 11 gegenüber der Kollektorspannung des
Transistors 12 sperrt nun dei. Transistor 21 und steuert den Transistor 22 leitend.
Dessen einer Kollektor C3 unterstützt die Aus steuerung des Transistors 12 und sein
anderer Kollektor C4 steuert d:e Ausgangsschaltung 252.
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Durch die Anschlüsse der Kollektoren Cl und C3 an die Eingänge El
und E2 liegt also in beiden Schaltzuständen des Schwellwertschalters eine positive
Rückkopplung vor, welche eine Hysterese bewirkt, die abhängig ist von der Größe
der Kollektorströme durch die Kollektoren C1 bzw. C. Diese Ströme lassen sich in
integrierter Technik durch die Aufteilung der Kollektorflächen der Kollektoren C1
u:i C2 bzw. C3 und C4 in gewünschter Weise einstellen.
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Für die Hysterese gilt folgenee Betrachtur.g: Leitet z. 3.
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der Transistor 22 des zweiten Differenzverstärkerstufe, so fließt
über den Kollektor C3 ein Kollektorstrom IC3 durch den Widerstand 251, so daß die
Basisspannung des Transistors 12 gegenüber dem Schaltungspunkt 30 um den Spannungsbetrag
IC3 R251 angehoben ist. Erst wenn die Basisspannung des Transistors II am Eingang
El höher wird als dieser Spannungsbetrag, kippt die Schwellwertschaltung in ihren
anderen stabilen Zustand, so daß dann der Transistor 21 der zweiten Differenzverstärkerstufe
leitend wird.
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Ist der Transistor 21 leitend gesteuert, so liegt bei offener Klemme
E2 die Basis des Transistors 12 über dem Widerstand 251 auf dem Potential des Scbaltungspunktes
30 und erst wenn das Potential am Eingang E12 und damit an der Klemme E1 niedriger
als das des Punktes 30 wird, kippt die Stufe wieder zurück.
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Ist der Transistor 21 leitend und die Steuerspannung ist am Eingang
E11 über einen Widerstand R17, der beisaielsweise der Innenwiderstand der den Schwellwertschalter
ansteuernden Steuerquelle sein kann, angeschlossen, 90 teilt sich der Kollektorstrom
IC1 des Transistors 21 auf in die Widerstände R241 -und R17 und der Rückkippunkt
liegt um den Spannungsbetrag IC1 R17 unter dem Potential des Schaltungspunktes 30
(beim Rückkippunkt ist die Basisspannung des Transistors 11 etwa gleich der Spannung
des Punktes 30, so daß der Strom durch den Widerstand 241 vernachlässigbar ist).
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In gleicher Weise kann der Schwellwertschalter über den Eingang E2
oder von beiden Eingängen EI und E2 her angesteuert werden und zwar sowohl mit.
als auch ohne Innen-
widerstand der ansteuernden Steuerquelle,
wobei der lanenwiderstand der Steuerquelle die Größe der Hysterese mitbestimmt.
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Als Ausgangsschaltungen 242 und 252 des Schwellwertsc;lalters kann
in einfacher Weise, wie FIG. 2 zeigt, ein I22, Gatter angeschlossen werden. Gemäß
FIG. 2 besteht ts beispielsweise aus einem Doppelkollektor-Transistor 243, dessen
einer Kollektor mit seiner Basis verbunden ist.
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Zwischen Basis und Emitter des Transistors 243 ist zur sicheren Sperrung
des Transistors für den Fall, daß vom Schwellwertschalter über die Anschlüsse a-b
kein Strom IC2 eingespeist wird, ein Widerstand 244 geschaltet. Der Ausgang A1 der
Ausgangs schaltung ist somit hochohmig, wenn zwischen den Anschlüssen a und b kein
Strom fließt, andernfalls ist er niederohmig und liegt etwa auf dem Potential des
Anschlusses b und damit gemäß FIG. 3 at.f dem Potential der negativen Betriebsspannung.
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Soll an den Schwellwertschalter eine bipolare Scha tung angeschlossen
werden, so ist eine Ausgangsschaltun gemäß FIG. 3 vorteilhaft. Sie besteht im wesentlichen
aus einem bipolaren Transistor 245 mit einem zwischen Basis Lnd Emitter geschaltetem
Widerstand 246, dessen Basis über den Anschluß a an einem der beiden anderen Kollektoren
C2 bzw. C4 des Schwellwertschalters (FIG. 1) angeschlossen ist. Der Transistor 245
ist nur dann leitend, wenn über den Anschluß a ein Strom fließt.
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Welche der in FIG. 2 und 3 gezeigten Ausgangsschaltungen verwendet
wird, hängt vom jeweiligen Verwendungszweck des erfindungsgemäßen Schwellwertschalters
ab.
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Alle Stufen des erfindungsgemäßen Schwellwertschalters
werden
von Konstantstromschaltungen 13, 23 und 31 gespeist.
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Folglich ist in gewünschter Weise die Stromaufnahme völlig unabhängig
vou jeweiligen Schaltzustand des Schwellwertschalters. Konstantstromschaltungen
sind Schaltungen, die bei kleinem Spannungsabfall einen extrem hohen Innenwider
stand aufweisen, sie können z. B. durch die Kollektor-Emitter-Strecse eines Transistors
realisiert werden.