DE1135520B - Transistorized Schmitt trigger for use as a voltage discriminator, especially for control equipment in communications engineering - Google Patents
Transistorized Schmitt trigger for use as a voltage discriminator, especially for control equipment in communications engineeringInfo
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Description
DEUTSCHESGERMAN
kl. 21 ai 36/18kl. 21 ai 36/18
INTERNAT. KL. H 03 fcINTERNAT. KL. H 03 fc
PATENTAMTPATENT OFFICE
T 18678T 18678
BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABE DERNOTICE
THE REGISTRATION
AND ISSUE OF
AUSLEGESCHRIET: 30. AUGUST 1962 LAUNCHED: AUGUST 30, 1962
Die Erfindung bezieht sich auf einen transistorisierten Schmitt-Trigger, der insbesondere als Spannungsdiskriminator für Regeleinrichtungen der Nachrichtentechnik, z. B. für Pilotregler in Trägerfrequenz-Übertragungssystemen, Verwendung finden kann. Die Schaltung des an sich bekannten Schmitt-Triggers (vgl. »Valvo-Berichte«, Bd. Ill, H. 3 [Oktober 1957], S. 130) ist in Fig. 1 dargestellt und im folgenden kurz erläutert. Die Emitter zweier pnp-Flächentransistoren Ts1 und Ts2 sind über einen gemeinsamen Vorwiderstand R1 und die Basen über je einen Vorwiderstand R2 bzw. R3 an den Pluspol der Quelle für die Betriebsgleichspannung U1 geführt, an deren Minuspol die Kollektoren der beiden Transistoren über je einen Vorwiderstand Ri bzw. R5 angeschlossen sind. Der Kollektor des ersten Transistors Ts1 ist über einen Widerstand RQ mit der Basis des zweiten Transistors Ti2 verbunden. Die negative Steuerspannung Ust (Gleichspannung oder Gleichspannungsimpulse) wird der Basis von Ts1 über einen Vorwiderstand R7 zugeführt.The invention relates to a transistorized Schmitt trigger, which is used in particular as a voltage discriminator for control devices in communications engineering, e.g. B. for pilot regulators in carrier frequency transmission systems, can be used. The switching of the Schmitt trigger known per se (cf. "Valvo Reports", Vol. Ill, H. 3 [October 1957], p. 130) is shown in FIG. 1 and briefly explained below. The emitters of two pnp junction transistors Ts 1 and Ts 2 are connected to the positive pole of the source for the DC operating voltage U 1 via a common series resistor R 1 and the bases via a series resistor R 2 or R 3 , and the collectors of the two are connected to the negative pole Transistors are connected via a series resistor R i or R 5 . The collector of the first transistor Ts 1 is connected to the base of the second transistor Ti 2 via a resistor R Q. The negative control voltage Ust (direct voltage or direct voltage pulses) is fed to the base of Ts 1 via a series resistor R 7.
Im Ruhezustand der Schaltung ist Ts1 gesperrt und Ts2 leitend. Überschreitet die am Eingang auftretende negative Steuerspannung Ust einen bestimmten Wert (Ansprech-Schwellwert), so wird Ts1 leitend und Ts2 gesperrt; die Schaltung kippt also um, wodurch beispielsweise ein im Kollektorkreis von Ts2 liegendes Relais geschaltet werden kann. Sinkt die Steuerspannung wieder unter einen zweiten, unterhalb des ersten Schwellwertes liegenden Schwellwert (Abfall-Schwellwert) ab, so wird Ts1 wieder gesperrt und Ts2 wieder leitend. Die Schaltung kippt also in ihre Ruhelage zurück.When the circuit is idle, Ts 1 is blocked and Ts 2 is conductive. If the negative control voltage Ust occurring at the input exceeds a certain value (response threshold value), Ts 1 becomes conductive and Ts 2 blocked; the circuit therefore overturns, which means, for example, that a relay located in the collector circuit of Ts 2 can be switched. If the control voltage falls again below a second threshold value (drop threshold value) lying below the first threshold value, Ts 1 is blocked again and Ts 2 is conductive again. The circuit therefore tilts back into its rest position.
Bei Verwendung eines solchen Schmitt-Triggers als Spannungsdiskriminator ergeben sich nun, wenn von diesem eine hohe Konstanz in einem größeren Betriebstemperaturbereich gefordert wird, Schwierigkeiten durch die Temperaturabhängigkeit des Kollektorreststromes und der zum Leitendmachen der Transistoren erforderlichen Basis-Emitter-Spannung. Durch Verwendung von Transistoren mit sehr kleinem Kollektorreststrom läßt sich erreichen, daß dessen Temperaturabhängigkeit vernachlässigbar wird und lediglich noch die Temperaturabhängigkeit der Emitter-Basis-Spannung des ersten Transistors Ts1, die etwa —2,5 mV/0 C beträgt, berücksichtigt werden muß.When using such a Schmitt trigger as a voltage discriminator, difficulties arise from the temperature dependence of the residual collector current and the base-emitter voltage required to make the transistors conductive, if a high level of constancy is required over a larger operating temperature range. By using transistors with a very small residual collector current it can be achieved that its temperature dependency is negligible and only the temperature dependency of the emitter-base voltage of the first transistor Ts 1 , which is approximately -2.5 mV / 0 C, has to be taken into account.
Eine bekannte Maßnahme zur Kompensation dieser linearen Temperaturabhängigkeit besteht darin, daß man in der Schaltung nach Fig. 1 den normalerweise ohmschen Basis-Vorwiderstand R2 des ersten Transistors Ts1 durch ein in Fig. 2 "dargestelltes Transistorisierter Schmitt -TriggerA known measure to compensate for this linear temperature dependence is that in the circuit according to FIG. 1, the normally ohmic base series resistor R 2 of the first transistor Ts 1 is replaced by a transistorized Schmitt trigger shown in FIG
zur Verwendung als Spannungsdiskriminator, insbesondere für Regeleinrichtungenfor use as a voltage discriminator, especially for control equipment
der Nachrichtentechnikcommunications engineering
Anmelder:
TelefunkenApplicant:
Telefunken
Patentverwertungsgesellschaft m. b. H.,
Ulm/Donau, Elisabethenstr. 3Patentverwertungsgesellschaft mb H.,
Ulm / Danube, Elisabethenstr. 3
Dipl.-Ing. Joel KornDipl.-Ing. Joel Korn
und Dipl.-Phys. Erich Bächle, Backnang (Württ.),
sind als Erfinder genannt wordenand Dipl.-Phys. Erich Bächle, Backnang (Württ.),
have been named as inventors
Widerstandsnetzwerk W1 ersetzt, das aus der Reihenschaltung eines temperaturabhängigen Widerstandes mit negativem Temperaturkoeffizienten (Thermistor) NTC1 mit einem Widerstand R8 und einem dieserResistance network W 1 replaces the series connection of a temperature-dependent resistor with a negative temperature coefficient (thermistor) NTC 1 with a resistor R 8 and one of these
Reihenschaltung parallel liegenden Widerstand R9 besteht (vgl. »Elektronische Rundschau« Nr. 10/1956, S. 267, Abb. 5). Dieses zweipolige Widerstandsnetzwerk W1 ist ein Teil des Eingangsspannungsteilers R7, W1 und verursacht ein Abnehmen der zum Leitend-There is a series connection of the parallel resistor R 9 (see "Electronic Review" No. 10/1956, p. 267, Fig. 5). This two-pole resistor network W 1 is part of the input voltage divider R 7 , W 1 and causes a decrease in the
machen des Transistors Ts1 erforderlichen Basis-Emitter-Spannung mit wachsender Temperatur derart, daß innerhalb eines bestimmten Temperaturbereiches das Leitendwerden dieses Transistors unabhängig von der Temperatur immer beim gleichen Wert der Steuerspannung Ust erfolgt. Die bekannte Anordnung hat jedoch folgende Nachteile:make the transistor Ts 1 required base-emitter voltage with increasing temperature in such a way that, within a certain temperature range, this transistor becomes conductive regardless of the temperature, always at the same value of the control voltage Ust . However, the known arrangement has the following disadvantages:
1. Es bereitet Schwierigkeiten, über einen großen Temperaturbereich den geforderten linearen Temperaturgang des Widerstandes des Netzwerkes W1 zu bekommen, weil der Widerstand des darin enthaltenen Thermistors NTC1 nach einer e-Funktion von der Temperatur abhängt. Der lineare Temperaturgang läßt sich zwar umso besser angenähert erreichen, je größer das Verhältnis R7: W1 ist; jedoch wird damit1. Difficulties are encountered in obtaining the required linear temperature response of the resistance of the network W 1 over a large temperature range, because the resistance of the thermistor NTC 1 contained therein depends on the temperature according to an exponential function. The linear temperature response can be more closely approximated the greater the ratio R 7 : W 1 ; however, so will
die benötigte Steuerspannung Ust ebenfalls größer.the required control voltage Ust is also greater.
2. Durch die Änderung von W1 wird der vom Basisanschluß des Transistors Ts1 aus gesehene, aus der Parallelschaltung von R7 und W1 bestehende Innenwiderstand der Steuerspannungsquelle verändert, woraus eine unerwünschte, temperaturabhängige Änderung des Schwellwertabstandes des Schmitt-Triggers resultiert.2. By changing W 1 , the internal resistance of the control voltage source, seen from the base terminal of transistor Ts 1 and consisting of the parallel connection of R 7 and W 1 , is changed, which results in an undesirable, temperature-dependent change in the threshold distance of the Schmitt trigger.
209 638/261209 638/261
Diese Nachteile lassen sich erfindungsgemäß dadurch vermeiden, daß der Basis des ersten Transistors des Schmitt-Triggers in an sich bei mono- und bistabilen Kippschaltungen bekannter Weise über ein zweipoliges Widerstandsnetzwerk mit negativem Temperaturkoeffizienten eine Vorspannung angelegt ist, deren Polarität derjenigen der Steuerspannung entgegengesetzt ist und daß deren Absolutwert wesentlich größer ist als der Absolutwert der Steuerspannung. These disadvantages can be avoided according to the invention in that the base of the first transistor of the Schmitt trigger in a manner known per se for monostable and bistable flip-flops via a bias voltage applied to two-pole resistor network with negative temperature coefficient whose polarity is opposite to that of the control voltage and that its absolute value is significantly greater than the absolute value of the control voltage.
Diese Vorspannung wird zweckmäßigerweise mittels einer Siliziumdiode mit möglichst hohem positiven Temperaturkoeffizienten stabilisiert.This bias voltage is expediently as high as possible by means of a silicon diode positive temperature coefficient stabilized.
Es ist ein Transistorschalter für geringe Steuerleistung, vorzugsweise für Steuerspannungsquellen mit hohem Innenwiderstand, bekannt (deutsche Auslegeschrift 1 073 539), bei dem die Temperaturabhängigkeit des Arbeitspunktes infolge der Temperaturabhängigkeit des Kollektorreststromes des Transistors durch eine temperaturabhängige Spannungsteilerschaltung beeinflußt wird. Hier wird die Basis des Transistors über einen Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten gegenüber dem Emitter positiv vorgespannt, wobei dieser Widerstand und der Emitter-Basis-Widerstand des Transistors so dimensioniert sind, daß das Verhältnis beider Widerstände trotz veränderlicher Temperatur annähernd erhalten bleibt. Die Einführung der positiven Vorspannung für die Basis des Transistors hat hier lediglich den Zweck, bei einem hohen Innenwiderstand der Steuer-Spannungsquelle eine sichere Sperrung des Transistorschalters bei fehlender Steuerspannung zu gewährleisten. It is a transistor switch for low control power, preferably for control voltage sources with high internal resistance, known (German Auslegeschrift 1 073 539), in which the temperature dependence of the operating point as a result of the temperature dependency the residual collector current of the transistor through a temperature-dependent voltage divider circuit being affected. Here the base of the transistor is negative via a resistor Temperature coefficient with respect to the emitter positively biased, this resistance and the Emitter-base resistance of the transistor are dimensioned so that the ratio of both resistances remains almost unchanged despite the changing temperature. The introduction of positive bias for the base of the transistor has only the purpose here, with a high internal resistance of the control voltage source to ensure a safe blocking of the transistor switch in the absence of control voltage.
Ebenso ist es bekannt (deutsche Patentschrift 1 050 808), bei mono- und bistabilen Transistorkippschaltungen die Zeitkonstante (Impulsdauer) und die Empfindlichkeit der Kreise mit Hilfe einer temperaturabhängigen Spannungsteilerschaltung an der Basis des ersten Transistors weitgehend temperaturunabhängig zu machen, bei der die Basis dieses Transistors über ein temperaturabhängiges Netzwerk mit negativem Temperaturkoeffizienten aus einer kleinen positiven Hilfsspannung (1,5 V) positiv vorgespannt ist.It is also known (German patent specification 1 050 808) for monostable and bistable transistor trigger circuits the time constant (pulse duration) and the sensitivity of the circles with the help of a temperature-dependent Voltage divider circuit at the base of the first transistor largely independent of temperature to make where the base of this transistor has a temperature-dependent network with negative Temperature coefficient from a small positive auxiliary voltage (1.5 V) positively biased is.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgedankens ist in der Fig. 3 dargestellt. Diese Schaltung unterscheidet sich von der nach Fig. 1 dadurch, daß die mit einer negativen Steuerspannung Ust über den Spannungsteiler Rv R2 beaufschlagte Basis des ersten Transistors Ts1 über ein der Fig. 2 entsprechendes, zweipoliges Widerstandsnetzwerk W2, bestehend aus einem Thermistor NTC2 und zwei Widerständen Rn und R12, mit einer mit einem Widerstand R10 und einer Siliziumdiode D stabilisierten positiven Gleichspannung U2 verbunden ist, die aus einer unstabiE-sierten Spannung EZ20 geliefert wird. Über den über der Hilfsspannung U2 liegenden Spannungsteiler W2, R2 erhält die Basis von Ts1 somit eine positive Vorspannung. Diese bewirkt, daß die Absolutwerte der Schwellwerte der negativen Steuerspannung vergrößert werden, während der absolute Schwellwertabstand aber erhalten bleibt. Der auf die Steuerspannung Ust bezogene relative Schwellwertabstand verkleinert sich demgemäß mit zunehmender Größe der Hilfsspannung U2. Das bedeutet aber, daß bei 65 Einsatz einer solchen Schaltung mit verringertem relativen Schwellwertabstand in Regeleinrichtungen, beispielsweise in pilotgesteuerten Pegelreglern von Trägerfrequenz-Nachrichtenübertragungsgeräten, eine erhöhte Regelgenauigkeit erzielt werden kann.An embodiment of the inventive concept is shown in FIG. This circuit differs from that of FIG. 1 in that the base of the first transistor Ts 1, which is subjected to a negative control voltage Ust via the voltage divider R v R 2 , has a two-pole resistor network W 2 corresponding to FIG. 2 and consists of a thermistor NTC 2 and two resistors R n and R 12 , is connected to a positive direct voltage U 2 stabilized with a resistor R 10 and a silicon diode D , which is supplied from an unstabilized voltage EZ 20. About the temperature above the auxiliary voltage U 2 voltage divider W 2, R 2, the base 1 thus receives a positive bias voltage of Ts. This has the effect that the absolute values of the threshold values of the negative control voltage are increased while the absolute threshold value spacing is retained. The relative threshold distance related to the control voltage Ust decreases accordingly as the size of the auxiliary voltage U 2 increases . However, this means that when such a circuit is used with a reduced relative threshold distance in control devices, for example in pilot-controlled level regulators of carrier-frequency communication devices, increased control accuracy can be achieved.
Die Temperaturkompensation erfolgt mittels des Netzwerkes W2, indem mit zunehmender Temperatur dessen Widerstand abnimmt und damit die positive Vorspannung der Basis von Ts1 um gerade so viel erhöht wird, wie die zum Leitendmachen dieses Transistors erforderliche Basis-Emitter-Spannung abnimmt. Macht man die positive Hilfsspannung C/., genügend groß, so wird bei konstantem R2 der Widerstand des Netzwerkes IfF2 sehr groß gegen den Widerstand R2. Durch eine Änderung des Widerstandes von W2 wird der Innenwiderstand der Steuerspannungsquelfe praktisch nicht geändert und der Schwellwertabstand bleibt konstant.The temperature compensation takes place by means of the network W 2 , in that its resistance decreases with increasing temperature and thus the positive bias voltage of the base of Ts 1 is increased by just as much as the base-emitter voltage required to make this transistor conductive decreases. By making the positive auxiliary voltage C /., Sufficiently large, it is at constant R 2 the resistance of the network IfF 2 very large compared to the resistance R 2. By changing the resistance of W 2 , the internal resistance of the control voltage source is practically not changed and the threshold distance remains constant.
Bei konstanter positiver Hilfsspannung U0 wird für eine Änderung der Basis-Emitter-Spannung von Ts1 bzw. der Spannung am Widerstand R2 die gleiche prozentuale Änderung des Widerstandes des Netzwerkes W2 benötigt. Wird nun gemäß einer Weiterbildung der Erfindung zur Stabilisierung der Hilfsspannung eine Siliziumdiode D mit möglichst hohem positivem Temperaturkoeffizienten verwendet, die die temperaturkompensierende Wirkung des Netzwerkes W2 unterstützt, so kann dessen Widerstandsänderung bedeutend kleiner gehalten werden.With a constant positive auxiliary voltage U 0 , the same percentage change in the resistance of the network W 2 is required for a change in the base-emitter voltage of Ts 1 or the voltage across the resistor R 2. If, according to a further development of the invention, a silicon diode D with the highest possible positive temperature coefficient, which supports the temperature-compensating effect of the network W 2 , is used to stabilize the auxiliary voltage, the change in resistance thereof can be kept significantly smaller.
Claims (3)
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