DE10017601A1

DE10017601A1 - Switching arrangement to protect the output of an electrical amplifier uses comparator stage

Info

Publication number: DE10017601A1
Application number: DE10017601A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Kollmar
Original assignee: Mannesmann Rexroth AG
Current assignee: Bosch Rexroth AG
Priority date: 2000-04-08
Filing date: 2000-04-08
Publication date: 2001-10-11

Abstract

The electronic amplifier has the positive voltage connected to the amplifier (22) via a diode (31). The negative voltage connection (21) is via a control switch (32). The output voltage is monitored by a comparator (33) using a reference value. The comparator output maintains the switch closed as long as the output is less that the set value.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Schutz des Ausgangs eines elektrischen Verstärkers, der von einer positiven und von einer negativen Spannung versorgt wird, vor einer Spannung, die größer als die positive Versorgungsspan nung ist.The invention relates to a circuit arrangement for protection the output of an electrical amplifier from a positive and powered by a negative voltage a voltage greater than the positive supply span is.

In der Meß-, Steuer- und Regelungstechnik werden elektrische Signale, wie z. B. Sollwerte und Istwerte, durch Schaltungs anordnungen verknüpft, die Operationsverstärker enthalten. Zur Versorgung der Operationsverstärker werden geregelte Spannungen eingesetzt, die symmetrisch zu einem Bezugspoten tial sind. In der Regel handelt es sich um eine Versorgung mit +/- 15 V. Diese Spannungen werden aus einer nicht gere gelten Systemspannung abgeleitet, die innerhalb eines vor gegebenen Toleranzbereichs um einen Nennwert schwanken kann. Die elektrischen Eingangssignale der Operationsverstärker liegen üblicherweise im Bereich zwischen -10 V und +10 V. In Industrieanwendungen werden als Systemspannung insbesondere aus Sicherheitsgründen sogenannte Kleinspannungen verwendet. Der Toleranzbereich einer Systemspannung von +24 V erstreckt sich üblicherweise in einem Bereich von +18 V bis +35 V. Die meisten Operationsverstärker sind bereits intern gegen Kurz schlüsse zwischen ihrem Ausgang und der positiven Versor gungsspannung, der negativen Versorgungsspannung oder Bezugs potential geschützt. Bei einem Kurzschluß des Ausgangs eines Operationsverstärkers gegen eine Spannung, die größer als die positive Versorgungsspannung oder die kleiner als die negati ve Versorgungsspannung ist, besteht die Gefahr einer Zerstö rung des Operationsverstärkers. Bei der Verarbeitung von logischen Signalen bietet es sich z. B. an, dem Bezugspoten tial den Wert "low" und der Systemspannung den Wert "high" zuzuordnen. Aufgrund von Schaltungsfehlern kann es jedoch geschehen, daß der Ausgang eines Operationsverstärkers ver sehentlich mit der Systemspannung, die größer als die posi tive Versorgungsspannung des Operationsverstärkers ist, ver bunden wird. Da die Systemspannung positiv gegenüber dem Bezugspotential ist, besteht bei der Verarbeitung von logi schen Signalen in der oben beschriebenen Art keine Gefahr, daß der Ausgang eines Operationsverstärkers mit einer Span nung beaufschlagt wird, die kleiner als die negative Versor gungsspannung ist.In measurement, control and regulation technology, electrical Signals such as B. setpoints and actual values, by circuit linked arrangements that contain operational amplifiers. Regulated to supply the operational amplifiers Tensions used that are symmetrical to a reference potential tial. As a rule, it is a supply with +/- 15 V. These voltages are not generated from a apply system voltage derived within a pre given tolerance range can fluctuate by a nominal value. The electrical input signals of the operational amplifiers are usually in the range between -10 V and +10 V. In Industrial applications are considered as system voltage in particular So-called low voltages are used for safety reasons. The tolerance range of a system voltage of +24 V extends usually in a range from +18 V to +35 V. The most operational amplifiers are already internally against short conclusions between their exit and the positive supply voltage, the negative supply voltage or reference protected. In the event of a short circuit in the output of a Operational amplifier against a voltage greater than that positive supply voltage or less than the negati ve supply voltage, there is a risk of destruction tion of the operational amplifier. When processing logical signals it offers z. B. at the reference point tial the value "low" and the system voltage the value "high" assign. However, due to circuit errors, it may happen that the output of an operational amplifier ver with the system voltage that is larger than the posi tive supply voltage of the operational amplifier is ver is bound. Since the system voltage is positive compared to that Reference potential exists when processing logi signals in the manner described above pose no danger, that the output of an operational amplifier with a span voltage that is smaller than the negative supply voltage is.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsan ordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei einer Beaufschlagung des Ausgangs eines Verstärkers mit einer Span nung, die größer als die positive Versorgungsspannung ist, eine Beschädigung des Verstärkers verhindert.The invention has for its object a circuit to create order of the type mentioned at the beginning Applying a span to the output of an amplifier voltage that is greater than the positive supply voltage, prevents damage to the amplifier.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst. Die Schaltungsanordnung trennt den Verstär ker von seiner negativen Versorgungsspannung, wenn die Aus gangsspannung des Verstärkers einen positiven Schwellenwert erreicht. Die Diode in der positiven Versorgungsspannungs zuführung sorgt dafür, daß in einem Störungsfall, in dem die Ausgangsspannung des Verstärkers höher als die positive Versorgungsspannung ist, kein Strom in die Versorgungsschal tung fließt. Sinkt die Ausgangsspannung des Verstärkers wie der unter die Ansprechschwelle, wird der steuerbare Schalter leitend und dem Verstärker wird wieder die negative Versor gungsspannung zugeführt. Nach einem Abschalten der Versor gungsspannung im Störungsfall brauchen daher keine Bauteile, wie z. B. Sicherungen, ersetzt zu werden.This object is characterized by those in claim 1 Features resolved. The circuit arrangement separates the amplifier ker from its negative supply voltage when the off output voltage of the amplifier has a positive threshold reached. The diode in the positive supply voltage feed ensures that in the event of a fault in which the Output voltage of the amplifier higher than the positive Supply voltage is, no current in the supply scarf tung flows. The output voltage of the amplifier drops like the one below the response threshold becomes the controllable switch conductive and the amplifier becomes the negative supply again supply voltage. After switching off the utility supply voltage in the event of a fault therefore does not require any components, such as B. Fuses to be replaced.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter ansprüchen gekennzeichnet. Eine Diode zwischen dem Verstär kerausgang und dem einen Eingang der Vergleicherschaltung verhindert, daß die Vergleicherschaltung mit einer negativen Spannung beaufschlagt wird. Mit der erfindungsgemäßen Schal tungsanordnung lassen sich die Ausgänge mehrerer Verstärker überwachen, wenn zwischen dem Ausgang jedes Verstärkers und dem Eingang der Vergleicherschaltung eine Diode angeordnet ist. Da die Versorgungsspannungen für die Verstärker übli cherweise geregelte Spannungen sind, läßt sich die Referenz spannung für die Vergleicherschaltung in vorteilhafter Weise aus der positiven Versorgungsspannung ableiten. Eine geson derte Schaltungsanordnung zur Erzeugung der Referenzspannung ist daher nicht erforderlich. Die Vergleicherschaltung kann sowohl unter Verwendung diskreter Bauteile als auch unter Verwendung eines Komparators in integrierte Bauweise reali siert werden. Wird auch die Vergleicherschaltung aus den Versorgungsspannungen für die Verstärker versorgt, ist es vorteilhaft, einen Spannungsteiler vorzusehen, der die dem Vergleicher zugeführte Ausgangsspannung des Verstärkers so verringert, daß sie im Ansprechfall deutlich niedriger als die positive Versorgungsspannung ist. Dies gilt in gleicher Weise auch für die die Ansprechschwelle repräsentierende Spannung. Der Absolutwert der für die Spannungsteiler ver wendeten Widerstände spielt eine untergeordnete Rolle, wenn für die Widerstände untereinander gleich große Widerstände verwendet werden. Den Eingängen der Vergleicherschaltung ist in diesem Fall jeweils die halbe Spannung zugeführt. Eine zwischen dem einen Eingang des Vergleichers und Bezugspoten tial angeordnete Z-Diode begrenzt im Störungsfall die dem Eingang des Vergleichers zugeführte Spannung. Damit ist sichergestellt, daß die Eingangsspannungen des Vergleichers immer kleiner sind als die positive Versorgungsspannung.Advantageous developments of the invention are in the sub claims marked. A diode between the amplifier ker output and the one input of the comparator circuit prevents the comparator circuit from having a negative Voltage is applied. With the scarf according to the invention The arrangement of the outputs of several amplifiers monitor if between the output of each amplifier and a diode is arranged at the input of the comparator circuit is. Since the supply voltages for the amplifiers übli are regulated voltages, the reference can be voltage for the comparator circuit in an advantageous manner derive from the positive supply voltage. A separate derte circuit arrangement for generating the reference voltage is therefore not necessary. The comparator circuit can using both discrete components and Reali using a comparator in an integrated design be settled. If the comparator circuit from the It is supply voltages for the amplifiers advantageous to provide a voltage divider that the Comparator supplied output voltage of the amplifier reduced that it is significantly lower than in response is the positive supply voltage. This applies equally This also applies to the one representing the response threshold Tension. The absolute value of the ver resistance applied plays a minor role, though for the resistors are equal resistances be used. The inputs of the comparator circuit is in this case half the voltage is supplied. A between the one input of the comparator and reference points tially arranged Z-diode limits the the in the event of a fault Input of the comparator supplied voltage. So that is ensured that the input voltages of the comparator are always smaller than the positive supply voltage.

Die Erfindung wird im folgenden mit ihren weiteren Einzelhei ten anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungs beispielen näher erläutert. Es zeigenThe invention is described in the following with its further details ten based on the embodiment shown in the drawings examples explained in more detail. Show it

Fig. 1 das Prinzipschaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zusammen mit einer Spannungs versorgungsschaltung und einer Verstärkerschaltung mit einem Operationsverstärker, Fig. 1 supply circuit the circuit diagram of a circuit arrangement according to the invention together with a voltage and an amplifier circuit having an operational amplifier,

Fig. 2 ein detaillierteres Schaltbild einer erfindungs gemäßen Schaltungsanordnung zum Schutz der Ausgänge mehrerer Verstärkerschaltungen und Fig. 2 is a more detailed circuit diagram of an inventive circuit arrangement for protecting the outputs of several amplifier circuits and

Fig. 3 ein detaillierteres Schaltbild einer weiteren erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zum Schutz der Ausgänge mehrerer Verstärkerschaltungen. Fig. 3 is a more detailed circuit diagram of another circuit arrangement according to the invention for protecting the outputs of multiple amplifier circuits.

Gleiche Bauteile sind in den Figuren mit den gleichen Bezugs zeichen versehen.The same components are in the figures with the same reference characters.

Die Fig. 1 zeigt das Prinzipschaltbild einer erfindungs gemäßen Schaltungsanordnung zum Schutz des Ausgangs eines elektrischen Verstärkers, der von einer positiven und einer negativen Spannung versorgt wird. Einer Spannungsversorgungs schaltung 10 ist eine Systemspannung US von +24 V gegenüber Bezugspotential zugeführt. Die Systemspannung US ist nicht konstant, sondern kann betriebsmäßig Werte zwischen +18 V und +35 V annehmen. Die Spannungsversorgungsschaltung 10 gibt eine gegenüber dem Bezugspotential positive Spannung +Uv und eine gegenüber dem Bezugspotential negative Spannung -Uv ab. Die Spannungen +Uv und -Uv sind geregelte Spannungen, d. h. sie sind für alle Werte der Spannung +US innerhalb des zuläs sigen Bereichs konstant. Gebräuchliche Werte der Versorgungs spannungen sind +Uv = +15 V und -Uv = -15 V. Von diesen Wer ten wird auch bei der folgenden Beschreibung der Ausführungs beispiele ausgegangen. Diese Spannungen sind einer Schutz schaltung 11 als Eingangsspannungen zugeführt. Die Eingangs anschlüsse der Schutzschaltung sind mit 12 (für die Spannung +Uv), 13 (für die Spannung -Uv) und 14 (für das Bezugspoten tial) bezeichnet. Die Ausgangsspannungen der Schutzschaltung 11 sind mit +Uvv und -Uvv bezeichnet. Die Ausgangsanschlüsse der Schutzschaltung 11 sind mit 15 (für die Spannung +Uvv), 16 (für die Spannung -Uvv) und 17 (für das Bezugspotential) bezeichnet. Die Spannungen +Uvv und -Uvv sind Anschlüssen 20 bzw. 21 einer Schaltung 22 mit einem Operationsverstärker 23 zugeführt. Sie dienen als Versorgungsspannungen für den Operationsverstärker 23. Die mit ua1 bezeichnete Ausgangs spannung der Schaltung 22 folgt einer Eingangsspannung ue1. Die Spannungen ue1 und ua1 liegen in einem Bereich von -10 V bis +10 V. Die Eingangsspannung ue1 ist dem nichtinvertieren den Eingang des Operationsverstärkers 23 zugeführt. Der Aus gang des Operationsverstärkers 23 ist über zwei Widerstände 24 und 25 mit seinem invertierenden Eingang verbunden. Die Schaltung 22 ist hier als ein einfaches Beispiel für einen elektrische Verstärker gewählt, dessen Ausgang vor einer Spannung geschützt werden soll, die größer als die positive Versorgungsspannung +Uvv ist. Die Spannung ua1 ist einem weiteren Eingang 30 der Schutzschaltung 11 zugeführt. Fig. 1 shows the basic circuit diagram of an inventive circuit arrangement for protecting the output of an electrical amplifier, which is supplied by a positive and a negative voltage. A voltage supply circuit 10 is supplied with a system voltage US of +24 V relative to the reference potential. The system voltage US is not constant, but can assume operational values between +18 V and +35 V. The voltage supply circuit 10 outputs a voltage + Uv positive relative to the reference potential and a voltage -Uv negative relative to the reference potential. The voltages + Uv and -Uv are regulated voltages, ie they are constant for all values of the voltage + US within the permissible range. Common values of the supply voltages are + Uv = +15 V and -Uv = -15 V. These values are also used in the following description of the design examples. These voltages are supplied to a protective circuit 11 as input voltages. The input connections of the protective circuit are designated 12 (for the voltage + Uv), 13 (for the voltage -Uv) and 14 (for the reference potential). The output voltages of the protective circuit 11 are denoted by + Uvv and -Uvv. The output connections of the protective circuit 11 are designated 15 (for the voltage + Uvv), 16 (for the voltage -Uvv) and 17 (for the reference potential). The voltages + Uvv and -Uvv are fed to terminals 20 and 21 of a circuit 22 with an operational amplifier 23 . They serve as supply voltages for the operational amplifier 23 . The output voltage designated by ua1 of the circuit 22 follows an input voltage ue1. The voltages ue1 and ua1 are in a range from -10 V to +10 V. The input voltage ue1 is fed to the non-inverting input of the operational amplifier 23 . From the output of the operational amplifier 23 is connected via two resistors 24 and 25 to its inverting input. The circuit 22 is chosen here as a simple example of an electrical amplifier whose output is to be protected against a voltage which is greater than the positive supply voltage + Uvv. The voltage ua1 is fed to a further input 30 of the protective circuit 11 .

Die Schutzschaltung 11 weist eine Diode 31, einen steuerbaren Schalter 32, eine Vergleicherschaltung 33 und einen Referenz spannungsgeber 34 auf. Der Referenzspannungsgeber 34 erzeugt aus der Spannung +Uv eine konstante Spannung +Uref. Beispiele für die Erzeugung der Spannung +Uref sind weiter unten in Verbindung mit den Fig. 2 und 3 beschrieben. Die Spannung +Uref bestimmt die Ansprechschwelle der Schutzschaltung 11. Die Spannung +Uref und die zu überwachende Spannung ua1 sind der Vergleicherschaltung 33 zugeführt. Der Ausgang der Ver gleicherschaltung 33 ist mit dem Steuereingang des Schalters 32 verbunden. Im Normalbetrieb, d. h. wenn die Spannung ua1 kleiner als die Spannung +Uref ist, ist der Schalter 32 ge schlossen. Da über die Diode 31 Strom fließt, ist die Span nung +Uvv um die Durchlaßspannung der Diode 31 kleiner als die Spannung +Uv. Die Durchlaßspannung beträgt bei einer Siliziumdiode ungefähr 0,6 V. Der Einfluß des Spannungsab falls an der Diode 31 auf die Funktion der an die Schutz schaltung 11 angeschlossenen Verstärker ist jedoch vernach lässigbar klein. Überschreitet die Spannung ua1 die als Ansprechschwelle dienende Spannung +Uref, z. B. weil der Ausgang des Verstärkers 22 versehentlich mit der System spannung +US verbunden worden ist, öffnet die Vergleicher schaltung 33 den Schalter 32 und unterbricht damit die Ver sorgung des Verstärkers 22. In diesem Fall verhindert die Diode 31 einen Stromfluß von dem Ausgang des Operationsver stärkers 23 über dessen Endstufe zu der Spannungsversorgungs schaltung 10.The protective circuit 11 has a diode 31 , a controllable switch 32 , a comparator circuit 33 and a reference voltage generator 34 . The reference voltage generator 34 generates a constant voltage + Uref from the voltage + Uv. Examples of the generation of the voltage + Uref are described below in connection with FIGS. 2 and 3. The voltage + Uref determines the response threshold of the protective circuit 11 . The voltage + Uref and the voltage to be monitored ua1 are fed to the comparator circuit 33 . The output of the comparator circuit 33 is connected to the control input of the switch 32 . In normal operation, ie when the voltage ua1 is less than the voltage + Uref, the switch 32 is closed. Since via the diode 31, current flows, the clamping voltage is + UVV to the forward voltage of diode 31 is smaller than the voltage + Vs. The forward voltage is approximately 0.6 V for a silicon diode. However, the influence of the voltage drop on the diode 31 on the function of the amplifier 11 connected to the protective circuit is negligibly small. If the voltage ua1 exceeds the voltage + Uref serving as the response threshold, e.g. B. because the output of the amplifier 22 has been accidentally connected to the system voltage + US, the comparator circuit 33 opens the switch 32 and thus interrupts the supply of the amplifier 22nd In this case, the diode 31 prevents a current flow from the output of the operational amplifier 23 via its output stage to the voltage supply circuit 10 .

Die Fig. 2 zeigt Einzelheiten einer erfindungsgemäßen Schal tungsanordnung zum Schutz der Ausgänge mehrerer Verstärker schaltungen 22, 40 und 41. Aus Platzgründen ist die Schutz schaltung in der Fig. 2 in zwei Bereiche aufgeteilt darge stellt. Der eine Bereich umfaßt nur die Diode 31 zwischen den Anschlüssen 12 und 15. Der andere, mit der Bezugszahl 42 bezeichnete Bereich beinhaltet den in der Fig. 1 mit der Bezugszahl 32 versehenen steuerbaren Schalter, die in der Fig. 1 mit der Bezugszahl 33 versehene Vergleicherschaltung und den in der Fig. 1 mit der Bezugszahl 34 versehenen Refe renzspannungsgeber. Die Anschlüsse 12 und 13 des Blocks 42 sind mit den entsprechend bezeichneten Anschlüssen der Span nungsversorgungsschaltung 10 verbunden, die Verbindungslei tungen zwischen ihnen sind jedoch aus Gründen der Übersicht lichkeit nicht dargestellt. Die Anschlüsse der Verstärker schaltungen 22, 40 und 41 für die positive Versorgungsspan nung +Uvv sind mit 20, 44 und 46 bezeichnet, die Anschlüsse für die negative Versorgungsspannung -Uvv sind mit 21, 45 und 47 bezeichnet. Die Verstärkerschaltung 22 wurde bereits anhand der Fig. 1 beschrieben. Die Verstärkerschaltung 40 enthält einen Operationsverstärker 50, der mit Widerständen 51 bis 55 in an sich bekannter Weise so beschaltet ist, daß er eine Eingangsspannung ue2 in einen dieser proportionalen Strom ia2 umformt. Der Strom ia2 verursacht an einem Last widerstand RL einen Spannungsabfall ua2. Die Verstärkerschal tung 41 verknüpft in nicht näher dargestellter Weise zwei Eingangsspannungen ue3 und ue4 zu einer Ausgangsspannung ua3. Hierbei kann es sich sowohl um eine Analogrechenschaltung als auch um eine Schaltung zur Verknüpfung von digitalen Signalen handeln. Fig. 2 shows details of a formwork according to the invention processing arrangement for protecting the outputs of multiple amplifier circuits 22, 40 and 41. For reasons of space, the protective circuit in FIG. 2 is divided into two areas. One area comprises only the diode 31 between the terminals 12 and 15 . The other, designated by the reference numeral 42 range includes the provided in FIG. 1 by the reference numeral 32 controllable switch, which in the Fig. 1 by the reference numeral 33 provided comparator and the Refe provided in FIG. 1 by the reference numeral 34 rence voltage generator . The connections 12 and 13 of the block 42 are connected to the correspondingly designated connections of the voltage supply circuit 10 , but the connecting lines between them are not shown for reasons of clarity. The connections of the amplifier circuits 22 , 40 and 41 for the positive supply voltage + Uvv are designated 20 , 44 and 46 , the connections for the negative supply voltage -Uvv are designated 21 , 45 and 47 . The amplifier circuit 22 has already been described with reference to FIG. 1. The amplifier circuit 40 contains an operational amplifier 50 which is connected to resistors 51 to 55 in a manner known per se so that it converts an input voltage ue2 into a current ia2 proportional to this. The current ia2 causes a voltage drop ua2 across a load resistor RL. The amplifier circuit 41 links two input voltages ue3 and ue4 to an output voltage ua3 in a manner not shown. This can be an analog arithmetic circuit as well as a circuit for linking digital signals.

Die Ausgänge der Verstärkerschaltungen 22, 40 und 41 sind über je eine Diode 60, 61 bzw. 62 mit dem Anschluß 30 des Blocks 42 verbunden. Die Dioden 60 bis 62 bilden eine Maxi malwertauswahl: Jeweils eine Diode ist leitend, die anderen beiden Dioden sind in Sperrichtung beaufschlagt. Dem Anschluß 30 ist die größte der Spannungen ua1, ua2, ua3 als Spannung uamax zugeführt. Die in Sperrichtung beaufschlagten Dioden verhindern gleichzeitig, daß im Störungsfall auch die Aus gänge der beiden anderen Verstärker mit der überhöhten Span nung beaufschlagt werden.The outputs of the amplifier circuits 22 , 40 and 41 are each connected to the connection 30 of the block 42 via a diode 60 , 61 and 62 , respectively. The diodes 60 to 62 form a maximum selection: one diode is conductive, the other two diodes are reverse-biased. The largest of the voltages ua1, ua2, ua3 is supplied to the connection 30 as the voltage uamax. The diodes acted on in the reverse direction simultaneously prevent that in the event of a fault, the outputs from the two other amplifiers are also subjected to the excessive voltage.

Die Spannung uamax ist einem aus zwei Widerständen 65 und 66 gebildeten ersten Spannungsteiler zugeführt. Der mit der Bezugszahl 67 bezeichnete Verbindungspunkt der Widerstände 65 und 66 bildet den Abgriff des ersten Spannungsteilers. Sind die Widerstände 65 und 66 gleich groß, ist die Spannung am Abgriff 67 gleich uamax/2. Die positive Versorgungsspannung +Uv ist einem zweiten Spannungsteiler zugeführt, der aus zwei Widerständen 68 und 69 gebildet ist. Der mit der Bezugszahl 70 bezeichnet Verbindungspunkt der Widerstände 68 und 69 bil det den Abgriff des zweiten Spannungsteilers. Sind die Wider stände 68 und 69 gleich groß, ist die Spannung am Abgriff 70 gleich +Uv/2. Diese Spannung kann als Referenzspannung +Uref verwendet werden, da die Spannung +Uv - wie oben beschrieben - konstant ist. Ein Komparator 71 dient in diesem Ausfüh rungsbeispiel als Vergleicherschaltung. Er wird von den Spannungen +Uv und -Uv versorgt. Die Eingänge des Komparators 71 sind mit den Abgriffen 67 und 70 verbunden. Der Ausgang des Komparators 71 ist über zwei Widerstände 72 und 73 mit der Spannung -Uv verbunden. Zwischen den Anschlüssen 12 und 16 ist ein als steuerbarer Schalter dienender npn-Transistor 74 angeordnet, dessen Emitter mit der negativen Versorgungs spannung -Uv verbunden ist. Die Basis dieses Transistors ist mit dem Verbindungspunkt der Widerstände 72 und 73 verbunden. Im normalen Betriebszustand ist die Spannung uamax kleiner als die Spannung +Uv. In diesem Betriebszustand stellt sich die Ausgangsspannung des Komparators 71 so ein, daß der npn- Transistor 74 leitet. Zur Erläuterung der Funktionsweise der erfindungsgemäßen Schutzschaltung im Fehlerfall wird angenom men, daß die Spannung ua3 gleich der Spannung +US und damit größer als die Spannung +Uv ist, während die Spannungen ua1 und ua2 kleiner als die Spannung +Uv sind. Damit ist die Spannung uamax gleich der Spannung +US vermindert um die Durchlaßspannung der Diode 62, die bei einer Siliziumdiode ungefähr 0,6 V beträgt. Die Spannung uamax ist somit größer als die Spannung +Uv. In diesem Betriebszustand stellt sich die Ausgangsspannung des Komparators 71 so ein, daß der npn- Transistor 74 sperrt. Sobald die Spannung uamax wieder klei ner als die Spannung +Uv ist, schaltet der Komparator 71 den npn-Transistor 74 in den leitenden Zustand. Eine parallel zu dem Widerstand 65 geschaltete Z-Diode 75 begrenzt die Span nung an dem Abgriff 67. Die Spannung der Z-Diode ist so ge wählt, daß sie kleiner als die Spannung +Uv aber größer als die Spannung +Uref ist. Damit ist sichergestellt, daß die den Eingängen des Komparators 71 zugeführte Spannungen nicht grö ßer als die positive Versorgungsspannung +Uv werden kann.The voltage uamax is fed to a first voltage divider formed from two resistors 65 and 66 . The connection point of the resistors 65 and 66 , designated by the reference number 67 , forms the tap of the first voltage divider. If the resistors 65 and 66 are the same size, the voltage at the tap 67 is uamax / 2. The positive supply voltage + Uv is fed to a second voltage divider, which is formed from two resistors 68 and 69 . The connection point of the resistors 68 and 69, designated by the reference number 70 , forms the tap of the second voltage divider. If the resistors 68 and 69 are the same size, the voltage at the tap 70 is + Uv / 2. This voltage can be used as the reference voltage + Uref since the voltage + Uv - as described above - is constant. A comparator 71 serves as a comparator circuit in this embodiment. It is supplied by the voltages + Uv and -Uv. The inputs of the comparator 71 are connected to the taps 67 and 70 . The output of the comparator 71 is connected to the voltage -Uv via two resistors 72 and 73 . Between the terminals 12 and 16 , a npn transistor 74 serving as a controllable switch is arranged, the emitter of which is connected to the negative supply voltage -Uv. The base of this transistor is connected to the junction of resistors 72 and 73 . In the normal operating state, the voltage uamax is less than the voltage + Uv. In this operating state, the output voltage of the comparator 71 is set such that the npn transistor 74 conducts. To explain the operation of the protective circuit according to the invention in the event of a fault, it is assumed that the voltage ua3 is equal to the voltage + US and thus greater than the voltage + Uv, while the voltages ua1 and ua2 are less than the voltage + Uv. The voltage uamax is therefore equal to the voltage + US reduced by the forward voltage of the diode 62 , which is approximately 0.6 V for a silicon diode. The voltage uamax is therefore greater than the voltage + Uv. In this operating state, the output voltage of the comparator 71 is set such that the npn transistor 74 blocks. As soon as the voltage uamax is again smaller than the voltage + Uv, the comparator 71 switches the npn transistor 74 into the conductive state. A Z-diode 75 connected in parallel with the resistor 65 limits the voltage at the tap 67 . The voltage of the Zener diode is chosen so that it is smaller than the voltage + Uv but larger than the voltage + Uref. This ensures that the voltages supplied to the inputs of the comparator 71 cannot become greater than the positive supply voltage + Uv.

Die Fig. 3 zeigt Einzelheiten einer weiteren erfindungs gemäßen Schaltungsanordnung zum Schutz der Ausgänge mehrerer Verstärkerschaltungen 22, 40 und 41. Wie in der Fig. 2 ist die Schutzschaltung aus Platzgründen in der Fig. 3 in zwei Bereiche aufgeteilt. Der eine Bereich umfaßt die Diode 31 zwischen den Anschlüssen 12 und 15. Der andere Bereich ist zu einem Block 80 zusammengefaßt und entspricht dem Block 42 in der Fig. 2. Der Block 80 beinhaltet den in der Fig. 1 mit der Bezugszahl 32 versehenen steuerbaren Schalter, die in der Fig. 1 mit der Bezugszahl 33 versehene Vergleicherschaltung und den in der Fig. 1 mit der Bezugszahl 34 versehenen Refe renzspannungsgeber. Die Anschlüsse 12 und 13 des Blocks 80 sind mit den entsprechend bezeichneten Anschlüssen der Span nungsversorgungsschaltung 10 verbunden, die Verbindungslei tungen zwischen ihnen sind jedoch aus Gründen der Übersicht lichkeit nicht dargestellt. Die Anschlüsse der Verstärker schaltungen 22, 40 und 41 für die positive Versorgungsspan nung +Uvv sind mit 20, 44 und 46 bezeichnet, die Anschlüsse für die negative Versorgungsspannung -Uvv sind mit 21, 45 und 47 bezeichnet. Die Verstärkerschaltung 22, 40 und 41 wurden bereits anhand der Fig. 2 beschrieben. Fig. 3 shows details of a further fiction, modern circuit arrangement for protection of the outputs of multiple amplifier circuits 22, 40 and 41. As in FIG. 2, the protective circuit in FIG. 3 is divided into two areas for reasons of space. One area comprises the diode 31 between the terminals 12 and 15 . The other area is combined into a block 80 and corresponds to the block 42 in Fig. 2. The block 80 includes the provided in FIG. 1 by the reference numeral 32 controllable switch, which provided in FIG. 1 by the reference numeral 33 comparator and the reference voltage generator provided with the reference number 34 in FIG. 1. The connections 12 and 13 of the block 80 are connected to the correspondingly designated connections of the voltage supply circuit 10 , but the connecting lines between them are not shown for reasons of clarity. The connections of the amplifier circuits 22 , 40 and 41 for the positive supply voltage + Uvv are designated 20 , 44 and 46 , the connections for the negative supply voltage -Uvv are designated 21 , 45 and 47 . The amplifier circuit 22 , 40 and 41 have already been described with reference to FIG. 2.

In dem Block 80 ist zwischen der Spannung +Uv und dem Bezugs potential die Reihenschaltung eines Widerstands 81, einer Diode 82 und eines weiteren Widerstands 83 angeordnet. Vor zugsweise sind die Widerstände 81 und 83 gleich groß. Paral lel zu dem Widerstand 81 ist die Basis-Emitter-Strecke eines pnp-Transistors 84 angeordnet. Der Kollektor des pnp-Tran sistors 84 ist über die Widerstände 72 und 73 mit der Span nung -Uv verbunden. Wie in der Fig. 2 ist parallel zu dem Widerstand 73 die Basis-Emitter-Strecke des npn-Transistors 74 angeordnet, der im leitenden Zustand den Anschluß 13 mit dem Anschluß 16 verbindet. Im normalen Betriebszustand leiten die Transistoren 84 und 74. An dem Widerstand 81 fällt die Basis-Emitter-Spannung des pnp-Transistors 84 ab, die bei einem Siliziumtransistor ungefähr 0,6 V beträgt. An der Diode 82 fällt die Flußspannung von noch einmal ungefähr 0,6 V ab. Ist die Spannung +Uv gleich +15 V, fällt an dem Widerstand 83 eine Spannung von +13,8 V ab. Solange die Spannungen ua1, ua2 und ua3 kleiner als +14,4 V sind, sperren die Dioden 60, 61 und 62. Im Störungsfall ist eine der Spannungen ua1, ua2 oder ua3 größer als +Uv. Ist z. B. die Spannung ua3 gleich +18 V, erhöht sich die Spannung am Anschluß 30 auf +17,4 V und die Diode 82 sperrt. Die Basisspannung des pnp-Transistors 84 ist jetzt praktisch gleich der Spannung +Uv und der pnp-Tran sistor 84 sperrt. Bei gesperrtem pnp-Transistor 84 ist die Basisspannung des npn-Transistors 74 praktisch gleich der Spannung -Uv und der npn-Transistor 74 sperrt ebenfalls. Die Diode 82 verhindert im Störungsfall einen Stromfluß von dem Anschluß 30 zu dem Anschluß 12.In the block 80 , the series connection of a resistor 81 , a diode 82 and a further resistor 83 is arranged between the voltage + Uv and the reference potential. Before preferably the resistors 81 and 83 are the same size. The base-emitter path of a pnp transistor 84 is arranged parallel to the resistor 81 . The collector of the pnp transistor 84 is connected to the voltage -Uv via the resistors 72 and 73 . As in FIG. 2, the base-emitter path of the npn transistor 74 is arranged in parallel with the resistor 73 and connects the terminal 13 to the terminal 16 in the conductive state. In the normal operating state, transistors 84 and 74 conduct. The base-emitter voltage of the pnp transistor 84 drops across the resistor 81 , which is approximately 0.6 V for a silicon transistor. At the diode 82 the forward voltage drops again by approximately 0.6 V. If the voltage + Uv is equal to +15 V, a voltage of +13.8 V drops across the resistor 83 . As long as the voltages ua1, ua2 and ua3 are less than +14.4 V, the diodes 60 , 61 and 62 block. In the event of a fault, one of the voltages ua1, ua2 or ua3 is greater than + Uv. Is z. B. the voltage ua3 equal to +18 V, the voltage at terminal 30 increases to +17.4 V and the diode 82 blocks. The base voltage of the pnp transistor 84 is now practically equal to the voltage + Uv and the pnp transistor 84 blocks. When the pnp transistor 84 is blocked, the base voltage of the npn transistor 74 is practically the same as the voltage -Uv and the npn transistor 74 also blocks. In the event of a fault, the diode 82 prevents current flow from the connection 30 to the connection 12 .

Claims

1. A circuit arrangement for protecting the output of an electrical amplifier, which is supplied by a positive and a negative voltage, from a voltage which is greater than the positive supply voltage, characterized in that

- That the positive supply voltage (+ Uv) is supplied to the connection ( 20 ) of the amplifier ( 22 ) provided for this voltage via a diode ( 31 ),
- That the negative supply voltage (-Uv) is supplied to the connection ( 21 ) of the amplifier ( 22 ) provided for this voltage via a controllable switch ( 32 ),
- That a comparator circuit ( 33 ) is provided, one input of which is the output voltage (ua1) of the amplifier ( 22 ) and the other input of which a reference voltage (+ Uref) is supplied, the height of which determines the response threshold of the circuit arrangement ( 11 ) and
- That the comparator circuit ( 33 ) closes the switch ( 32 ) as long as the output voltage (ua1) of the amplifier ( 22 ) is smaller than the response threshold, and the switch ( 32 ) opens when the output voltage (ua1) of the amplifier ( 22nd ) exceeds the response threshold.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the output of the amplifier ( 22 ) via a second diode ( 60 ) with the one input ( 30 ) of the comparator circuit is connected.

3. Circuit arrangement according to claim 2, characterized in that the outputs of a plurality of amplifiers ( 22 , 40 , 41 ) are each connected via a diode ( 60 , 61 , 62 ) in the sense of a maximum value selection to the one input ( 30 ) of the comparator circuit .

4. Circuit arrangement according to one of the preceding Claims, characterized in that the reference voltage (+ Uref) from the positive supply voltage (+ Uv) is leading.

5. Circuit arrangement according to claim 4, characterized in that

- That the series connection of a first resistor ( 81 ), a third diode ( 82 ) and a second resistor ( 83 ) is arranged between the positive supply voltage (+ Uv) and reference potential ( 1 ),
- That a pnp transistor ( 84 ) is provided, the emitter of which is connected to the positive supply voltage (+ Uv), the base of which is connected to the common node of the first resistor ( 81 ) and the third diode ( 82 ) and the collector of which the series connection of a third and a fourth resistor ( 72 , 73 ) is connected to the negative supply voltage (-Uv),
- That an npn transistor ( 74 ) is provided, the collector gate with which is provided for the supply of the negative supply voltage connection ( 21 , 45 , 47 ) of the amplifier ( 22 , 40 , 41 ), the base of which is common Common circuit point of the third and fourth resistors ( 72 , 73 ) is connected and the emitter of the negative supply voltage (-Uv) is supplied and
- That the voltage to be monitored (uamax) is supplied to the common circuit point of the third diode ( 82 ) and the second resistor ( 83 ).

6. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in

a comparator ( 71 ) supplied by the positive and negative supply voltages (+ Uv, -Uv) serves as a comparator circuit,
- That the voltage to be monitored (uamax) is fed to a voltage divider ( 65 , 66 ), the tap ( 67 ) of which is connected to one input of the comparator ( 71 ),
- That the other input of the comparator ( 71 ) the reference voltage (+ Uref) is supplied and
- That a from the output of the comparator ( 71 ) driven NPN transistor ( 74 ) is provided, the collector of which is connected to the connection ( 21 , 45 , 47 ) of the amplifier ( 22 , 40 , 41 ) provided for the supply of the negative supply voltage is.

7. Circuit arrangement according to claim 6, characterized in that the positive supply voltage (+ Uv) is fed to a second voltage divider ( 68 , 69 ) and that its tap ( 70 ) is connected to the other input of the comparator ( 71 ).

8. Circuit arrangement according to claim 7, characterized in that both voltage dividers ( 65 , 66 and 68 , 69 ) have the same divider ratio.

9. Circuit arrangement according to claim 8, characterized in that the partial resistors ( 65 and 66 , 68 and 69 ) of the two voltage dividers are the same size.

10. Circuit arrangement according to claim 9, characterized in that all partial resistors ( 65 , 66 , 68 , 69 ) of the two voltage dividers are of the same size.

11. Circuit arrangement according to one of claims 6 to 10, characterized in that a Z-diode ( 75 ) between the tap ( 67 ) of the voltage to be monitored (uamax) voltage divider ( 65 , 66 ) and reference potential ( 1 ) is arranged.

12. Circuit arrangement according to claim 11, characterized in that the breakdown voltage of the Zener diode ( 75 ) is less than the positive supply voltage (+ Uv) of the circuit arrangement ( 11 ) and greater than the reference voltage (+ Uref).