Amplitudendiskriminator zum Anzeigen des Über- bzw. Unterschreitens eines bestimmten Spannungswertes
Die Erfindung bezieht sich auf einen Amplitudendiskriminator zum Anzeigen des Über- bzw. Unterschreitens eines bestimmten Spannungswertes mit Hilfe einer aus Transistoren aufgebauten Kippstufe.
Es ist bekannt, Amplitudendiskriminatoren mit einer Kippstufe auszustatten und das Eingangsverstärkerelement der Kippstufe so vorzuspannen, dass die Kippstufe bei Überschreiten eines bestimmten vorgegebenen Spannungswertes in den einen ihrer beiden Zustände und bei Unterschreiten eines ebenfalls bestimmten anderen Spannungswertes in den anderen ihrer beiden Zustände umgesteuert wird. Da die für das Umsteuern der Kippstufe wesentliche an dem Eingangsverstärkerelement der Kippstufe anzulegende Vorspannung aus der Betriebsspannung selbst gewonnen wird, schwankt natürlich auch diese Vorspannung im Rhythmus der Betriebsspannung und damit auch die Umsteuerung der Kippstufe, so dass die vom Amplitudendiskriminator anzuzeigende Spannung ungenau ist.
Dies wirkt sich besonders nachteilig aus, wenn der Amplitudendiskriminator zum Beispiel bei einer Pegelüberwachungsschaltung zur Anzeige des Pegels verwendet wird.
Die Ungenauigkeit wird durch die Temperaturabhängigkeit der Basis-Emitter-Spannung der meistens in einer Kippstufe vorhandenen Transistoren noch gesteigert, da die durch die Temperatur verursachten Widerstandsänderungen des Transistors sich ebenfalls auf die an sich festgelegte Spannungsgrenze auswirken.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Amplitudendiskriminator zu schaffen, der sowohl von den Betriebsspannungsschwankungen als auch den Temperatureinflüssen der Transistoren unabhängig arbeitet.
Gemäss der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der Eingangstransistor mit seinen Arbeitswiderständen parallel zu einem aus zwei Widerständen gebildeten und die Vorspannung des Eingangstransistors bestimmenden Spannungsteiler angeordnet ist und so eine Brückenschaltung gebildet wird, dass die anzuzeigende Spannung an eine Diagonale der Brücke anlegbar ist, und diese Diagonale zwischen der Steuerelektrode des Eingangstransistors und dem Abgriff des Spannungsteilers liegt.
Auf diese Weise ist es erreichbar, die Betriebsspannungsschwankungen zu eliminieren, da sie sich in beiden Brückenzweigen gleichmässig ausbilden.
Um nun noch die Temperatureinflüsse der Basis Emitterstrecken der Transistoren zu eliminieren, kann ein temperaturabhängiger Widerstand oder eine temperaturabhängige Spannungsquelle, z. B. eine Diode, die jeweils ein gleichlaufendes Temperaturverhalten wie der Transistor besitzen, in dem Brückenzweig angeordnet sein, der parallel zu dem mit dem Transistor ausgerüsteten Brückenzweig innerhalb der Brücke liegt.
Einzelheiten gehen aus dem anhand der Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispiel hervor. In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 einen gemäss der Erfindung aufgebauten Amplitudendiskriminator,
Fig. 2 ein Diagramm über Ansprech- und Abfallwerte eines gemäss der Erfindung aufgebauten Amplitudendiskriminators in Abhängigkeit der Temperatur.
In der Fig. 1 ist ein für die Pegelüberwachung vorgesehener Amplitudendiskriminator dargestellt. Die beiden Transistoren T 1 und T2 bilden eine an sich bekannte Schmitt-Trigger-Schaltung, die eine Betriebsspannung aus einer geerdeten Stromquelle erhält. Die Pole der Stromquelle sind in diesem Beispiel mit +UB, -UB und M bezeichnet.
Dem Eingangstransistor T1 und seinen Arbeitswiderständen R3 und R4 ist ein Spannungsteiler, bestehend aus den Widerständen R1, R2, parallel geschaltet. Beide Stromzweige bilden zusammen eine Brükkenschaltung, in deren Mittelzweig die zu überwachende und anzuzeigende Spannung auftritt. In diesem Beispiel ist die zu überwachende Spannung durch die Spannungsquelle U1 dargestellt.
Die Diode D1 besitzt ein gleiches Temperaturverhalten wie der Transistor T1 und ist in dem Brücken zweig angeordnet, der diagonal zu dem Brückenzweig liegt, in dem der Transistor T1 mit seiner Basis-Kollektorstrecke wirksam ist.
Bei den bekannten Amplitudendiskriminatoren würde der aus den Widerständen R1 und R2 bestehende Spannungsteiler fehlen, so dass bei der zu messenden Spannungsquelle U1 der Punkt A mit dem Punkt M verbunden wäre. Ist der Punkt B hinreichend positiv gegenüber dem Punkt A, so ist dann der Transistor T1 leitend und der Transistor T2 gesperrt und damit das in dem Kollektorstromkreis des Transistors T2 angeordnete Relais stromlos.
Sobald die zu überwachende Spannung U1 unter den Ansprechwert des dargestellten Amplitudendiskriminators sinkt, wird der Transistor T1 stromlos und der Transistor T2 stromführend und damit spricht das in dem Kollektorstromkreis des Transistors T2 angeordnete Relais an. Unterschreitet die zu messende Spannung U1 den Ansprechschwellwert der Schaltung, so bleibt der Transistor T2 trotzdem leitend, bis eine nachfolgende Erhöhung der Spannung U1 zu einer Überschreitung des Abfallschwellwertes führt, wodurch dann der Transistor T1 wieder leitend und der Transistor T2 nicht leitend wird.
Der Ansprechschwellwert bei den bekannten Amplitudendiskriminatoren hängt deswegen weitestgehend von der Spannung ab, die an dem Widerstand R4 auftritt und damit ist diese Spannung auch von dem Widerstand R3 und dem Spannungswert der Betriebsstromquelle selbst abhängig. Eine Betriebsspannungsänderung wird deshalb immer eine Verschiebung des Ansprechwertes hervorrufen. In ähnlicher Weise beeinflusst auch der Spannungswert der Betriebsstromquelle den Abfallschwellwert.
Um nun diese geschilderten Nachteile zu vermeiden, ist bei dem vorliegenden Amplitudendiskriminator der aus den Widerständen R1 und R2 bestehende Spannungsteiler eingeführt und sorgt dafür, dass die Spannung an dem Punkt A stets die gleiche absolute Änderung erfährt wie die Spannung an dem Punkt C. Wie aus der Schaltung ersichtlich ist, lässt sich diese Forderung durch die einfache Bedingmg erfüllen, indem die Dimensionierung der Widerstände R1, R2, R3 und R4 nach der Gleichung R1 R3
R2 = R4 durchgeführt wird und der Widerstand des im Kollektorstromkreis des Transistors T2 angeordneten Relais gleich dem Widerstand R3 gemacht wird.
Der Spannungsabfall an dem jeweils leitenden Transistor ist in dieser Gleichung vernachlässigt worden.
Der beschriebene Spannungsteiler R1 und R2 bewirkt nur eine Verringerung der Betriebsspannungsabhängigkeit des Amplitudendiskriminators selbst. Die vorhandene Temperaturabhängigkeit der Basis-Emitterspannung der Transistoren kann aber noch dadurch beseitigt werden, dass eine temperaturabhängige Spanungsquelle in Serie zu dem Widerstand R2, in diesem Beispiel die Diode D1, geschaltet ist. In diesem Beispiel wird die Diode D1 in Durchlassrichtung betrieben. Anstelle der einen Diode können auch mehrere Dioden verwendet werden.
In der Fig. 2 sind die Ansprech- und Abfallwerte eines solchen Amplitudendiskriminators abhängig von der Umgebungstemperatur im Bereich von -400 C bis zu +800 C bei gleichzeitiger Änderung der Betriebsspannung um jeweils t 20% vom Nennwert dargestellt.
Demnach verschieben sich die Schwellwerte um maximal + 0,05 Np bei einer Betriebsspannungsschwankung um 1 20 % und um maximal 0,3 Np im gesamten Temperaturbereich.
Ein gemäss der Erfindung aufgebauter Amplitudendiskriminator ist nicht nur geeignet, zur Pegelüberwachung wie beschrieben benützt zu werden, sondern kann auch in anderen, z. B. eine Amplitude messenden oder auswertenden Einrichtungen benützt werden.
Amplitude discriminator to indicate whether a certain voltage value has been exceeded or fallen below
The invention relates to an amplitude discriminator for indicating whether a certain voltage value has been exceeded or fallen below with the aid of a multivibrator made up of transistors.
It is known to equip amplitude discriminators with a flip-flop and to bias the input amplifier element of the flip-flop in such a way that the flip-flop is reversed in one of its two states when a certain predetermined voltage value is exceeded and in the other of its two states when it falls below a likewise certain other voltage value. Since the bias voltage to be applied to the input amplifier element of the flip-flop stage, which is essential for reversing the trigger stage, is obtained from the operating voltage itself, this bias voltage naturally also fluctuates in the rhythm of the operating voltage and thus also the reversal of the trigger stage so that the voltage to be displayed by the amplitude discriminator is imprecise.
This has a particularly disadvantageous effect if the amplitude discriminator is used, for example, in a level monitoring circuit to display the level.
The inaccuracy is increased by the temperature dependency of the base-emitter voltage of the transistors, which are usually present in a trigger stage, since the changes in resistance of the transistor caused by the temperature also affect the voltage limit that is established.
The invention is now based on the object of creating an amplitude discriminator which works independently of both the operating voltage fluctuations and the temperature influences of the transistors.
According to the invention, this object is achieved in that the input transistor with its load resistors is arranged in parallel to a voltage divider formed from two resistors and which determines the bias voltage of the input transistor, and a bridge circuit is formed so that the voltage to be displayed can be applied to a diagonal of the bridge, and this diagonal lies between the control electrode of the input transistor and the tap of the voltage divider.
In this way, it can be achieved to eliminate the operating voltage fluctuations, since they develop evenly in both bridge branches.
In order to eliminate the temperature effects of the base emitter lines of the transistors, a temperature-dependent resistor or a temperature-dependent voltage source, e.g. B. a diode, each having the same temperature behavior as the transistor, be arranged in the bridge arm which is parallel to the bridge arm equipped with the transistor within the bridge.
Details can be found in the exemplary embodiment described with reference to the drawing. In the drawing shows:
1 shows an amplitude discriminator constructed according to the invention,
2 shows a diagram of response and drop values of an amplitude discriminator constructed according to the invention as a function of temperature.
In Fig. 1, an amplitude discriminator provided for level monitoring is shown. The two transistors T 1 and T2 form a known Schmitt trigger circuit which receives an operating voltage from a grounded current source. The poles of the power source are labeled + UB, -UB and M in this example.
A voltage divider, consisting of the resistors R1, R2, is connected in parallel to the input transistor T1 and its load resistors R3 and R4. Both current branches together form a bridge circuit, in the middle branch of which the voltage to be monitored and displayed occurs. In this example, the voltage to be monitored is shown by the voltage source U1.
The diode D1 has the same temperature behavior as the transistor T1 and is arranged in the bridge branch that is diagonal to the bridge branch in which the transistor T1 is effective with its base-collector path.
In the known amplitude discriminators, the voltage divider consisting of the resistors R1 and R2 would be missing, so that the point A would be connected to the point M in the voltage source U1 to be measured. If the point B is sufficiently positive compared to the point A, the transistor T1 is then conductive and the transistor T2 blocked and thus the relay arranged in the collector circuit of the transistor T2 is de-energized.
As soon as the voltage U1 to be monitored falls below the response value of the amplitude discriminator shown, the transistor T1 is de-energized and the transistor T2 is energized and thus the relay arranged in the collector circuit of the transistor T2 responds. If the voltage U1 to be measured falls below the response threshold value of the circuit, the transistor T2 remains conductive until a subsequent increase in the voltage U1 leads to the dropping threshold value being exceeded, whereby the transistor T1 then becomes conductive again and the transistor T2 non-conductive.
The response threshold value in the known amplitude discriminators therefore largely depends on the voltage that occurs across resistor R4, and this voltage is therefore also dependent on resistor R3 and the voltage value of the operating power source itself. A change in the operating voltage will therefore always cause a shift in the response value. The voltage value of the operating current source also influences the drop-out threshold value in a similar manner.
In order to avoid these disadvantages, the voltage divider consisting of the resistors R1 and R2 is introduced into the present amplitude discriminator and ensures that the voltage at point A always experiences the same absolute change as the voltage at point C. the circuit can be seen, this requirement can be met by the simple condition by dimensioning the resistors R1, R2, R3 and R4 according to the equation R1 R3
R2 = R4 is carried out and the resistance of the relay arranged in the collector circuit of the transistor T2 is made equal to the resistor R3.
The voltage drop across the respective conductive transistor has been neglected in this equation.
The voltage divider R1 and R2 described only causes a reduction in the operating voltage dependency of the amplitude discriminator itself. The existing temperature dependency of the base-emitter voltage of the transistors can, however, be eliminated by adding a temperature-dependent voltage source in series with the resistor R2, in this example the diode D1, is switched. In this example, the diode D1 is operated in the forward direction. Instead of one diode, several diodes can also be used.
2 shows the response and drop values of such an amplitude discriminator as a function of the ambient temperature in the range from -400 C to +800 C with a simultaneous change in the operating voltage by t 20% of the nominal value.
Accordingly, the threshold values shift by a maximum of + 0.05 Np with an operating voltage fluctuation of 1 20% and by a maximum of 0.3 Np in the entire temperature range.
A constructed according to the invention amplitude discriminator is not only suitable to be used for level monitoring as described, but can also be used in other such. B. an amplitude measuring or evaluating devices can be used.