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Schwellwertschalter In der Femmeldetechnik werden zur Lösung vieler
Schaltaufgaben elektrische Schaltvorrichtungen benötigt, welche eine Signalspannung
an einen Verbraucher dann anschalten sollen, wenn die Höhe einer der Schaltvorrichtung
zugeführten veränderlichen Steuerspannung einen Schwellwert über- bzw. unterschreitet.
Eine entsprechende Schaltung mit zwei Transistoren ist in der deutschen Auslegeschrift
1096 418 beschrieben.
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Der Erfindung liegt eine darüber hinausgehende Aufgabe zugrunde, nämlich
die Abgabe einer Signalspannung, wenn die veränderliche Steuerspannung innerhalb
eines durch einen oberen und einen unteren Schwellwert begrenzten Bereiches liegt.
Wenn die Steuerspannung diesen Bereich über- oder unterschreitet, soll die Signalspannung
also nicht geliefert werden. Es tritt dabei z. B. die Aufgabe auf, festzustellen,
ob unter einer bestimmten Zahl von Einrichtungen, z. B. Relais, Röhren oder Transistoren,
eine festgelegte Teilanzahl Strom führt. Man läßt dann diese Einrichtungen auf ein
Widerstandsnetzwerk arbeiten, bei dem an einem geeigneten Punkt eine Spannung auftritt,
welche von der Zahl der stromführenden Einrichtungen abhängt und deren Höhe in einem
bestimmten Bereich liegt, wenn die festgelegte Teilanzahl Strom führt. Mittels dieser
- Spannung steuert man dann eine Schaltvorrichtung, die so arbeiten
muß, wie eingangs beschrieben wurde. Das Stromführen einer bestimmten Anzahl von
Einrichtungen kann z. B. von der Kodierung einer Information abhängen, wobei bei
richtiger Kodierung eine richtige Anzahl von Einrichtungen Strom führt. Mit Hilfe'
der Schaltvorrichtung wird dann die richtige Kodierung der Information gemeldet,
. da bei richtiger Kodierung von der Schaltvorrichtung die vorgesehene Signalspannung
geliefert wird. Es bereitet nun erfahrungsgemäß technische Schwierigkeiten, eine
Schaltvorrichtung zu schaffen, welche die hierzu notwendigen Eigenschaften hat,
nämlich beim überschreiten der Bereichsgrenzen durch die Steuer-spannung
ihre Betriebslage zu wechseln. Nimmt man Z. B. an, die Steuerspannung liege
außerhalb des bestimmten Bereiches und ändere sich in Richtung auf die obere Bereichsgrenze,
um diese Grenze und den Bereich zu durchlaufen, bis auch die untere Bereichsgrenze
überschritten wird, so soll die Schaltvorrichtung zunächst keine Signalspannung
liefern, nach Überschreiten der unteren Grenze des vorgesehenen Bereiches bis zur
oberen Bereichsgrenze Signalspannung abgeben, wonach vom überschreiten der oberen
Bereichsgrenze ab die Signallieferung wieder aufhört. Die Aufgabe ist um so schwieriger
zu lösen, je kleiner der Bereich,in dem Signalspannung zu hefern ist, im
Verhältnis zum gesamten Variationsbereich der Steuerspannung ist.
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Bei einer aus der deutschen Patentschrift 1074 645 bekannten
Schaltung zur Lieferung von Signalspannung für den Fall, daß eine der Schaltung
zugeführte Steuerspannung in einem festgelegten Bereich liegt, werden drei Transistoren
benötiA wobei Transistoren unterschiedlichen Leitfähigkeitstyps verwendet werden.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die bekannte Schaltung
zu vereinfachen. Erreicht wird dies mit Hilfe einer Kettenschaltung zweier Schalttransistoren
erfindungsgemäß dadurch, daß der Eingang des ersten Schalttransistors mit dem Eingang
des zweiten Schalttransistors über ein Glied, bestehend aus der Kettenschaltung
einer mit ihrer Kathoden zusammengeschalteten Zenerdiode u4d einem Gleichrichter,
derart verbunden ist, daß Steuerspannungen, die oberhalb der einen Grenze des Bereiches
liegen, den ersten Schalttransistor sperren und infolge der Steuerung innerhalb
der Kettenschaltung den zweiten öffnen, wobei in dem erwähnten Glied der Gleichrichter
gesperrt ist, und daß Steuerspannungen, die innerhalb des festgelegten Bereiches
liegen, den ersten Schalttransistor öffnen und infolge der Steuerung innerhalb der
Kettenschaltung den zweiten Schalttransistor sperren, wobei die Zenerdiode gesperrt
ist, während Steuerspannungen, die unterhalb der anderen Grenze des Bereiches liegen,
bei leitendem Gleichrichter die Zenerspannung der Zenerdiode überschreiten, derart,
daß unter Aufrechterhaltung des leiten-den Zustandes des ersten
Schalttransistors
über das betreffende Glied auch der zweite Schalttransistor geöffnet wird.
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Nachstehend wird die Wirkungsweise der gesamten Schaltung an Hand,der
Agur erläutert. Die Schaltung liefert eine Signalspannung, welche das Abfallen des
Relais # A bewirkt, we4a eine dem Eingang E der Schaltung zugefülitiä
Steuerspanming innerhalb eines bestimmten Spannungsbereiches liegt der im vorliegenden
Falle e'in"'6rseits.durch die Emittervorspannung des Transistors TI und andererseits
durch die Emittervorspannung des Transistors T2 bestimmt wird. Diese Vor#pann'ungen
werden jeweils von einem Spannungsteiler abgegriffen, nämlich für den Transistor
Tl an dem durch die Widerstände R3 bis R 4 gebildeten Spannungsteiler und für den
Transistor T 2 an dem duräh die Widerstände R 6 bis R 7
gebildeten
Spannungsteiler. Die Emittervorspannung des Transistors T 2 ist'dabei negativer
als die Emittervorspannung des Transistors Tl.
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Wird nun der Schaltung über ihren Eingang E eine Spannung zugefühlt,
wzlche positiver als die Emittervorspannung des Transistors Tl ist, so ist der Transistor
T 1 , zunächst gesperrt. Der Transistor T 2 wird dabei über den an
seiner Basis liegenden Spannungsteiler R 2 bis R-5 leitend gehalten,' wobei sich
der zwischen diesen beiden Widerständen befindliche Gleichrichter D 1 in
leitendem Zustand befindet. Das Relais A ist in diesem Betriebszustand erregt.
Legt man jetzt an den Eingang E der Schaltung eine solche negative Spannung.
an, daß das Basispotential des ersten Transistors YI unter dem des durch den Spaimungsteiler
R 3#,b#s #R4 hervorgerufenen Emitterpotentials liegt, so führt dies zu einer Zustandsänderung
der beiden Transistoren, es wird nämlich der Transistor T 1 leitend. Mit
der Erhöhung des Kollektorpotentialg"..,#i#n Transistor Tl wird dem Transistor TZ
dag--.'i#um Leitendhalten notwendige Basispotential genommen, so "daß dieser Transistor
gesperrt wird, wodurch das Relais A abfällt.
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Mit dem Unterschieiten des Eibitterpotentials des Transistors Tl durch
Anlegen einer entsprechend Negativen Spannung >"än der Basis 'dieses Transistors
ist#alsb die#,oberc,:G&nze des fästgelegten Bereiches und damit der eine Schwellwert
der Schaltung festgelegt.
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. Solange die dem Eingang E der Schaltung zugeführte
Steuerspannuüg'jenseits der oberen Grenze des festgelegten BereicheWöder innerhalb
des festgelegten Bereiches liegt, kanh'siäh diese auf dem Wege über das die ZenerdiodeSZ
und den GleichrichterD2 enthaltene Glied nicht"auf den Transistor T2 auswirken.
Liegt die SteuerspäüÜ-ung nämlich jenseits der oberen Grenze des festgelegten
Bereiches, so ist der Gleichrichter D 2 gesperrt, # da gemäß Voraussetzung
der Transistor T2 an --.diüem Emitter negativer vorgespannt ist als der Emitter
des Transistors Tl, so daß bei leitendem TransistorT2 und gesperrtem Transistor
T 1 die Basis des* Transistors T 2 negativer als die Basis des Transistors
TI sein muß. Liegt dagegen die Steuerspannung-,"am Eingang E der Schaltung
innerhalb des festgelegten Bereiches, so befindet sich der Transistor T
1 iif leitendem und der Transistor T 2 in gesperrtem Zustand, wobei sich
das zwischen den Basen der Transistoi16 T 1 und T 2 gegenüber dem vorhergehenden
Zustand vorhandene Potential umkehren muß, d. h., &-#.Basig des Transistors
T 1 ist negativer als die B#"gs'des Transistors T2. Infolgedessen wird il
die Zeiderdiode SZ- in Sperrrichtung beansprucht. Damit befindet sich bei Steuerspannungen,
die entweder jenseits der oberen Grenze des festgelegten Bereiches oder innerhalb
dieses Bereiches liegen, in jedem Falle ein sperrendes Element in dem Verbindungsweg
zwischen Basis des Transistors Tl und Basis des Transistors T2, so daß sich diese
Steuerspannungen nicht an der Basis des Transistors T2 auswirken, können.
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Ändert sich die dem Eingang E der Schaltung zugeführte Steuerspannung
weiterhin in negativer Richtung, so wird schließlich die Zenerspannung der Zenerdiode
SZ überschritten, wodurch nunmehr diese Steuerspannung über die durchlässige ZenerdiodeSZ
und den in diesem Zustand ebenfalls durchlässigen Gleichrichter D 2 an die
Basis des Transistors T 2 gelangt. Die Emittervorspannung des Transistors T2 ist
nun so gelegt, daß nach überschreiten der Zenerspannung der Zenerdiode SZ die dann
der Basis des Transistors T 2 zugeführte Steuerspannung die Vorspa:anung des Emitters
des Transistors T 2 unterschreitet, so daß dieser Transistor wieder geöffnet wird.
Dabei wird die untere Grenze des festgelegten Bereiches, also der zweite Schwellwert:
der Schaltung, überschritten. In dem dabei erreichten Zustand der Schaltung befinden
sich beide Transistoren T 1
und T2 in leitendem Zustand, wobei also
das Relais A wieder zum Anzug gebracht wird.
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Um zu verhindern, daß eine über die durchlässige Zenerdiede, SZ und
den durchlässigen Gleichrichter D 2 der Basis des Transistors T 2 zugeführte
Steuerspannung an diesem Punkt eine Belastung und damit eine entsprechende Veränderung
erfährt, ist der Gleichrichter D 1 vorgesehen. Dieser Gleichrichter
nimmt nach überschreiten der Zenerspannung der Zenerdiode SZ den Sperrzustand
ein, da das dann an der Basis des Transistors T2 herrschende Potential negativer
als das Kollektorpotential des Transistors Tl ist.
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Der Abstand der beiden Schwellwerte voneinander und damit der Abstand
der Grenzen des festgelegten Bereiches ist durch die Emittervorspannungen der beiden
Transistoren T 1 und T 2 festgelegt. Das überschreiten der Zenerspannung
der Zenerdiode SZ, die sich in dem von der Basis des Transistors T 1 zur
Basis des Transistors T2 führenden Glied befindet, ist in diesem Zusammenhang eine
notwendige Bedingung, muß aber keine hinreichende Bedingung sein, da nämlich die
Überwindung des durch den leitenden Transistor Tl an, der Basis des Transistors
T2 befindlichen Potentials zusätzlich erforderlich ist.
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Beim Durchlaufen des. gesamten Spannungsgefälles in der entgegengesetzten
Richtung laufen die Vorgänge beini Erreichen der Grenzen des festgelegten Bereiches
in der Weise ab, daß mit dem Erreichen der unteren Grenze die Zenerspannung der
Zenerdiode SZ unterschritten wird, und damit die bisher leitende Kettenschaltung
der Zenerdiode SZ und des Gleichrichters D 2 gesperrt ist. Demzufolge fehlt
jetzt das negative Potential an der Basis des Transistors T 2, und der Gleichrichter
D 1 wird wieder durchlässig. Durch das Wirksamwerden des positiven Kollektorpotentials
des Transistors Tl an der Basis des Transistors T 2 wird der Transistor T 2 gesperrt.
Beim Erreichen der zweiten Grenze, die durch die Emittervorspannung des Transistors
Tl bestimmt ist, wird der Transistor Tl gesperrt und der Transistor T 2 infolge
des durch den -aus den Widerständen
R 2 bis R
5 gebildeten Spannungsteiler an seiner Basis auftretenden Potentials
geöffnet. Dabei wird der GleichrichterD2 gesperrt.