DD154465A3

DD154465A3 - Elektronischer schwellwertschalter mit einschaltverzoegerung

Info

Publication number: DD154465A3
Application number: DD22441780A
Authority: DD
Inventors: Gerhard Fiedler; Werner Fritzsche; Frank Herold; Uwe Tolkmitt
Original assignee: Gerhard Fiedler; Werner Fritzsche; Frank Herold; Uwe Tolkmitt
Priority date: 1980-10-09
Filing date: 1980-10-09
Publication date: 1982-03-24
Also published as: CS244513B1; SU1451848A1; BG36338A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektronischen Schwellwertschalter zur Umwandlung eines elektrischen Analogsignales mit stochastischem Verlauf in ein diskretes elektrisches Signal bei gleichzeitiger Anpassung an einen standardisierten logischen Signalpegel. Die erfindungsgemaesse Loesung beinhaltet, dass das Spannungssignal auf einen Spannungsteiler gefuehrt wird, dessen Abgriff mit dem Gateanschluss an einer ersten Feldeffekttransistorstufe in Sourceschaltung und der Anode einer Diode verbunden ist, wobei der Drainanschluss direkt mit dem Gateanschluss einer zweiten Feldeffekttransistorstufe verbunden ist oder bei Schwellwertschaltern mit Einschaltverzoegerung zwischen Drainanschluss der ersten Feldeffekttransistorstufe und Gate der zweiten Feldeffekttransistorstufe eine Diode in Durchlassrichtung eingeschaltet ist und vom Gateanschluss der zweiten Feldeffekttransistorstufe eine Parallelschaltung aus einem Kondensator und einem Widerstand zum Bezugspotential der Schaltung fuehrt, wobei vom Drainanschluss der zweiten Feldeffekttransistorstufe das zu bildende diskrete Spannungssignal abgegriffen und gleichzeitig ueber einen Widerstand oder einen Spannungsteiler mit der Katode der Diode, die sich am Gate der ersten Feldeffekttransistorstufe befindet, verbunden ist. Ein Kondensator fuehrt zum Gate der ersten Feldeffekttransistorstufe.

Description

Titel der Erfindung

Elektronischer Schwellwertschalter mit Einschaltverzögerung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen elektronischen Schwellwertschalter zur Umwandlung eines elektrischen Analogsignales mit stochastischem Verlauf in ein diskretes elektrisches Signal bei gleichzeitiger Anpassung an einen · standardisierten logischen Signalpegel,

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bisher sind .elektronische Schwellwertschalter als "Schmitt-Trigger", Stromtrigger oder mit Hilfe von Operationsverstärkern vorgeschlagen worden, mit deren Hilfe es möglich ist, bei Erreichen eines vorher festgelegten Signalwertes (Schwellwert) aus dem Wertebereich eines Analogsignales einen Schaltvorgang auszulösen und so ein diskretes Signal zu bilden» Soll das diskrete Signal ein Dauersignal sein, wenn das Analogsignal stochastischen bzw« impulsförmigen Verlauf zeigt, so wird dem Schwellwertschalter durch ein RC-Glied am Eingang eine Einschaltverzögerung-aufgeprägt, die praktisch das Eingangssignal integriert. Bei entsprechender Wahl der Zeitkonstante des RC-Qliedes wird gewährleistet, daß der Schwellwertschalter be'i vorhandenem Analogsignal ein dauerhaftes diskretes Signal abgibt und dieses nur verschwindet, wenn der Mittelwert des Analogsignales den festgelegten Schwellwert längere Zeit unterschreitet«,

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Diskret aufgebaute "Schmitt-Trigger" besitzen immer den Nachteil, daß infolge der über einen Emitter- oder Source-Widerstand erzeugten notwendigen Mitkopplung, das Ausgangssignal in den zwei erforderlichen diskreten Zuständen vom Bezugspotential abweicht. Das verbleibende Restpotential muß demzufolge durch zusätzliche Schaltungsmaßnahmen abgeblockt werden. Stromtrigger sind derart ausgelegt, daß diese nur bipolar realisiert sind und demzufolge der Eingangswiderstand relativ niedrig ist und so die Zeitkonstante eines vorgeschalteten RC-Gliedes sehr begrenzt ist bzwp zusätzliche Schaltungsmaßnahmen angewendet werden müssen,.

Außer den genannten Nachteilen lassen sich bei Stromtriggern und "Schmitt-Triggern" Ein- und AusschaItwert nicht unabhängig voneinander einstellen» Mit Operationsverstärkern aufgebaute Schwellwertschalter mit Verzögerung besitzen einmal im Hinblick auf die v/eitere Verarbeitung des Ausgangssignales den Nachteil, daß der Übergang in eine Logikschaltung nicht ohne zusätzliche Potential-Verschiebungsstufe möglich ist o"

Andererseits ist die Realisierung einer notwendigen Verzögerungszeit des Einschaltvorganges durch die Offsetströme bzw» Offsetstromdrift des Operationsverstärkers begrenzt.

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Ziel der Erfindung

Die Erfindung stellt sich das Ziel, mit einfachen schaltungstechnischen Mitteln einen Schwellwertschalter mit Einschaltverzögerung zu schaffen, der mit und ohne Einschaltverzögerung einsetzbar ist und die bekannten Nachteile beseitigte

Darlegung des Y/esens der Erfindung

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, mit bekannten Bauelementen einen Schwellwertschalter mit Einschaltverzögerung zu schaffen, der mit und ohne Einschaltverzögerung eingesetzt werden kann und einen relativ hohen Eingangswiderstand bei gleichzeitiger Pegelanpassung und Potentialverschiebung mit unabhängiger Einstellung von Ein- und Ausschaltwert sowie großer Variation der Einschaltverzögerung besitzt«

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das umzuformende analoge Spannungssignal auf einen Spannungsteiler geführt wird, dessen Abgriff mit dem Gateanschluß einer ersten Feldeffekttransistorstufe in Sourceschaltung und der Anode einer Diode verbunden ist, wobei der Drainanschluß der ersten Feldeffekttransistorstufe bei einem Schwellwertschalter ohne Einschaltverzögerung direkt mit dem Gateanschluß einer zweiten Feldeffekttransistorstufe in Sourceschaltung verbunden ist oder bei Schwellwertschaltern mit Einschaltverzögerung zwischen Drainanschluß der ersten Feldeffekttransistorstufe und Gate der zweiten Feldeffekttransistorstufe eine Diode in Durchlaßrichtung

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eingeschaltet ist und vom Gateanschluß der zweiten Feldeffekttransistorstufe eine Parallelschaltung aus einem Kondensator und einem Widerstand zum Bezugspotential der Schaltung führt, wobei in beiden Schaltung svarianten vom Drainanschluß der zweiten Feldeffekttransistorstufe das zu bildende diskrete Spannungssignal abgegriffen und gleichzeitig über einen Widerstand oder einen Spannungsteiler mit der Katode der Diode, die sich am Gate der ersten Feldeffekttransistorstufe befindet, verbunden ist und außerdem vom Drain der zweiten Feldeffekttransistorstufe ein Kondensator zum Gate der ersten Feldeffekttransistorstufe führen kann«

Es ist auch möglich, Widerstände und Kondensatoren durch gemischte Schaltungen zu realisieren.

Dadurch ist es möglich, einen Schwellwertschalter mit und ohne Einschaltverzögerung zu realisieren, mit dem. eine Pegelanpassung bei gleichzeitiger Potentialverschiebung sowie unabhängiger Einstellung von Schwellwert und Hysterese mit hohem Eingangswiderstand erreicht wird.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an 3 Ausführungsbeispielen erläutert werden.

Die Zeichnungen zeigen:

Fig.: 1: eine Ausführung der Schaltungsanordnung mit einer Mitkopplung über einen Widerstand ohne Einschaltverzögerung

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Pig_# 2: _n eine Ausführung der Schaltungsanordnung ohne Einschaltverzögerung mit Ausgangsspannung steiler zur Mitkopplung

Fig. 3* eine Ausführung der Schaltungsanordnung mit Einschaltverzögerung

Gemäß Schaltungsanordnung nach Fig. 1 und 2 arbeitet der Schwellwertschalter ohne Einschaltverzögerung. Für die Anordnung wird definiert, daß der Schwellwertschalter eingeschaltet ist, wenn der Transistor V2 gesperrt ist₀ Ausgeschaltet ist der Schwellwertschalter, wenn sich V2 im leitenden Zustand befindet. Damit gelten für das Ausgangssignal Xa zwei diskrete Zustände.

Xa ί» « IL₃ für "Ein"

"Aus"

0 für "Aus

Die Erläuterung der Funktionsweise des Schwellwertschalters erfolgt ausgehend vom Schaltzustand "Aus", In diesem Fall ist Transistor V1 gesperrt und Y2 leitend, so daß der Knoten am Drain von V2 auf Bezug'spotential liegt und über R4 ein Stromfluß durch die Diode V3 verhindert wird«

Steigt nun die Analogspannung Xe betragsmäßig soweit an, daß über R2 die Schwellspannung IL, von Vi erreicht wird und es gilt:

_TT R2 V Xe

Kl + R2 (1)

so wird V1 leitend und V2 geht in den Sperrzustand über. Dabei entsteht ein zusätzlicher Stromfluß über R4, V3 und R2, der den Spannungsabfall an R2 ständig erhöht und so den Umschaltvorgang von V1 und V2 beschleunigt (Mitkopplung), so daß ein Kippvorgang ausgelöst wird.

Für die EinschaItspannung gilt demzufolge resultierend aus . (1)

Damit läßt sich die EinschaItspannung mit Ri und R2 eindeutig variieren»

Auf Grund der Hochohmigkeit des Feldeffekttransistors V1 kann der V/iderstandsbetrag von Ri +' R2 sehr hoch gewählt v/erden. Der Eingangswiderstand R1 + R2 des Schwellwertschalters kann damit ebenfalls relativ hochohmig festgelegt werden,,

Nach Abschluß des Kippvorgangs ist V2 völlig gesperrt und der Schaltzustand "Ein" ist gewährleistet. Sinkt nun die Eingangεspannung Xe betragsmäßig soweit ab, daß der Spannungsabfall an R2 die Schwellspannung ϋ_φ von Vi erreicht bzw₀ unterschreitet, so beginnt V1 vom leitenden in den gesperrten Zustand überzugehen und V2 wird leitend. Gleichzeitig damit nimmt der Stromfluß über R4, V3 und R2 ab bzw* reißt schlagartig ab, wenn der Spannungsabfall über R2 gleich" der Ausgangsspannung Xa istβ Es tritt eine erneute Beschleunigung des sich einstellenden Umschaltvorganges ein (Mitkopplung) und V2 kippt' in den diskreten Zustand "Aus" zurück»

Xa nimmt den Betrag des Bezugspotentials an. Der Betrag der Äusschaltspannung läßt sich unabhängig mit R4 festlegen.

In Figo 2 ist der Mitkoppelwiderstand R4- durch den Spannungsteiler R6, R7 ersetzt, wobei das Punktionsprinzip gegenüber Figo 1 nahezu unverändert bleibt. Der Spannungsteiler bewirkt eine bessere Anpassung der Mitkopplung über die Diode V3 a~uf R2, wobei der Betrag der Ausschaltspannung durch die Wahl des Teilerverhältnisses

K s

festgelegt wird»

R7

R5 + R6 + R7 /,ν

Der Schwellwertschalter mit Einschaltverzögerung soll nunmehr anhand von Fig_e 3 erläutert werden„ Zum Zwecke einer gewünschten Einschaltverzögerung ist zwischen Transistor V"1 und V2 ein Netzwerk, bestehend aus V4-, Cl und R8, eingeschaltete Zur Erläuterung der Funktion wird vom ^t?Aus^u-Zustand ausgegangen» In diesem Fall ist der Transistor VL gesperrt und V2 ist leitend, Xa s 0« Der Kondensator C1 hat sich nahezu auf das Potential der Betriebsspannung r- U-O aufgeladen, sofern die Bedingung

R3 ^ R8

eingehalten ist

~8~

Die Kondensatorspannung von Cl liegt gleichzeitig am hochohmigen Gateanschluß von V2 an_o Erreicht nun die Eingangsspannung Xe den Einschaltwert des Schwellschalters, so wird Vi leitend und das Potential an der Katode der Diode V4 fällt betragsmäßig, so daß C1 keine Ladung mehr erhält. Der Kondensator Cl entlädt sich über den Widerstand R8_O Eine schnelle Entladung über die niederohmige Drain-Source-Strecke von Ti wird durch V4 verhindert#^: Das bedeutet, daß die Entladung von C1 mit der Zeitkonstante

T a R8 V C1 .(4)

vonstatten geht« Sinkt während der Entladung die Kondensator spannung bis auf die Schwellspannung des Transeistors V2 ab, so beginnt V2 zu sperren und die bereits erläuterte Mitkopplung des Schwellwertschalters setzt ein und V2 schaltet in den "Ein"-Zustand umv Zur weiteren Verbesserung der Schalteigenschaften wirkt eine dynamische Mitkopplung über den Kondensator C2 der Ausgangsspannung auf den Eingang des Schwellwert scha Iters·

Mit dieser Anordnung ergibt sich eine zeitliche Einschaltverzögerung bei Erreichen der Einschaltspannung ^XeEin ^zu:

t,_r = - 0? V in

Ist der zeitliche Verlauf der Eingangsspannung Xe stochastisch oder impulsfönaig, so ist es demzufolge möglich, mit diesem Schwel3.wertschalter praktisch eine

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Integration vorzunehmen und ein dauerhaftes Ausgangssignal zu erzeugen, solange eine oszillierende Eingangsspannung anliegt»

Claims

22 44 17 -<*-

Erfindungsanspruch

Elektronischer Schwellwertschalter mit Einschaltverzögerung, der mit und ohne Einschaltverzögerung einsetzbar ist, dadurch gekennzeichnet , daß ein analoges Spannungssignal als Eingangsspannungεsignal (Xe) auf einen Spannungsteiler, bestehend aus den Widerständen (R1, R2), geführt wird, dessen Abgriff mit dem Gateanschluß einer ersten Feldeffekttransistorstufe (Vl) in Sourceschaltung (V1, R3) und der Anode einer Diode (V3) verbunden ist, wobei der Drainanschluß der ersten Feldeffekttransistorstufe (Tl, R3) bei einem Schwellwertschalter ohne Einschaltverzögerung direkt mit dem Gateanschluß einer zweiten Feldeffekttransistorstufe (V2) in Sourceschaltung (V2, R 5) verbunden ist oder bei Schwellwertschaltern mit Einschaltverzögerung zwischen Drainanschluß der ersten Feldeffekttransistorstufe (V1, R3) und Gate der zweiten Feldeffekttransistorstufe (V2, R 5) eine Diode (V4) in Durchlaßrichtung eingeschaltet ist und vom Gateanschluß der zweiten Feldeffekttransi- storstufe_(V2, R 5) eine Parallelschaltung aus einem Kondensator (C1) und einem Widerstand (R8) zum Bezugspotential der Schaltung führt, wobei in beiden Schaltungsvarianten vom Drainanschluß der zweiten Feldeffekttransistorstufe (V2, R5) das zu bildende diskrete Ausgangsspannungssignal (Xa) abgegriffen wird und gleichzeitig über einen Widerstand (R4) oder einen Spannungsteiler, bestehend aus den Widerständen (R6, R7)

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mit der Katode der Diode (V3) » die sich, am Gate der ersten Feldeffekttransistorstufe (V1, R3) befindet, verbunden ist und außerdem vom Drain der zweiten Feldeffekttransistorstufe (V2, R5) ein. Kondensator (C2) zum Gate der ersten Feldeffekttransistorstufe (V1, R3) führt«

2ο Elektronischer Schwellwertschalter nach Ponkt 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Widerstand (R4) gleichzeitig mit dem Spannungsteiler (R6, R7) verbunden ist.

3ο Elektronischer Schwellwertschalter nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß Widerstände und Kondensatoren durch gemischte Schaltungen realisiert sind, die sich auf die Ausgangsform gemäß Figo 1, 2 und 3 zurückführen lassen«

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