DE1184380B

DE1184380B - Spannungsniveauschalter

Info

Publication number: DE1184380B
Application number: DEM58445A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Robert Kovacz
Original assignee: Werkzeugmaschinenfabrik Oerlikon Buhrle AG
Current assignee: Rheinmetall Air Defence AG
Priority date: 1962-10-24
Filing date: 1963-10-07
Publication date: 1964-12-31
Also published as: ES292327A1; CH405470A

Description

Spannungsniveauschalter. Die Erfindung bezieht sich auf einen Spannungsniveauschalter unter Verwendung einer Transistorschaltung, bestehend aus einem Transistorenpaar, deren Emitter miteinander verbunden sind und über einen Widerstand zu einer ersten Klemme einer Speisespannung führen, während die Kollektören unter Zwischenschaltung von je einem Widerstand an eine zweite Klemme der Speisespannung angeschlossen sind und die Basis des ersten Transistors an der Eingangsspannung liegt.
Unter einem Spannungsniveauschalter wird im folgenden ein Gerät verstanden, das ein- bzw. ausschaltet, sofern das Eingangssignal' U, ein vorbestimmtes Schaltniveau US überschreitet und aus-bzw. einschaltet, wenn U, unter ,U, sinkt: In F i g. 1 der Zeichnung werden diese Verhältnisse kurvenmäßig dargestellt. Dort ist auf der Abszisse die Zeit t, und auf der Ordinate sind die Spannungen U, und US aufgetragen. Die Hysterese H, d. h. die Spanriungsdifferenz zwischen dem Einschaltpunkte und dem Ausschaltpunkt a soll möglichst gering sein. Ferner fordert man von einem Spannürgsniveauschalter, daß er weitgehend temperaturunabhängig arbeitet.

In F i g. 2 wird ein sogenannter Schmitt-Trigger wiedergegeben, der zum Stand der Technik gehört und als Spannungsniveauschalter Verwendung finden kann. El ist der Emitter, C1 der Kollektor und Bi die Basis eines Transistors 1. Analog sind auch die Elektroden des Transistors 2' mit E2, C2, B2, bezeichnet. R1 bis R7.sind Widerstände. U, ist die'Eingangsspannung, Usp die Speisespannung. Falls U, kleiner ist als US, sperrt der Transistor 1, während der Transistor 2 öffnet. Dies wird durch eine entsprechende Bemessung-der Widerstände erreicht;' wobei die Spannung zwischen der Basis Bi und' dem Nullpotential bzw.` dem Emitter Ei wesentlich'- geringer ist als die Spannung zwischen der Bä'ss B2 und dem Nullpunkt 0 bzw. dem Emitter E2. überschreitet hingegen Ui den Wert US; so tritt innerhalb einer sehr kurzen Zeitspanne eine Uiaschaltung zwischen den beiden Transistoren 1, 2 ' ;ein. Zunächst führt der Transistor 1 einen kleinen Kollektorstrom, so daß das Potential des Punkts D positiver wird. Hierdurch sinkt die Spannung zwischen B2 und 0. Der Kofektorstrom "des Transistors 2 nimmt . daher ab: Und aus F i g. 3, in welcher der Basisstrom J$ als Funktion der Basis-Emitter-Spannung UBE.dargestellt ist, ergibt sich "daß bei gleichem d UBE die'-Stromabnahme dJg2 -des Transistors 2 größer ist :-als die Stromzunahme dJB i des Transistors 1. Der über den Widerstand R4 fließende. Gesamtstrom fällt 'also; 'was eine Erhöhung des Emitterpotentials gegenüber dem

Nullpotentiäl' zur Folge hat: Dies ergibt wiederum

eine weitere Steig6mng des' 'Köllektorstromes, im

Transistor 1, eine Anhebung, en Punkt D, eine Ver-

klemerüng de Stromes ini' T'ränsistor 2 usw., bis

schließlich 2@sgerit und,'l ofm@`:,egt man in' einen

Kollektorkrers ein Relais; 'sö#'spiicht dieses. in' Al-'

hängigkeit vzn U, an. :Ein wesentlicher Nachteih'des `Schüiitt-Triggers be=

steht in seiner starken' Teperaturabhängigkeit.

F i g. 4 zeigt "J,9-UBE@enrivlilen `unter = Zughunde-

legung verschiedeher Tehrättirein Ti° ünd T2;' wobei

T1 größer ist als'T2. Wenn de'peratur'steigt`ge-

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Spannung 'UeE" ,sö rläß ein vöm'-Basis- bzw. Kbllek-

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(F i g. 1). Es läßt, sich -äeinriä.ch' das'' vorbesti .e

Schaltniveau'nicht einhalten

Uni die 'Tempeiäturäbhängigkeit 'des Schiritt-

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zum Stand 'der 'I'echnik.'stat@ äes Basisspanriungs-

teiler-Widerstandes R2 . ein: lack mit neg@atiVem

Temperaturkoeffiziewton:zu entieü: Von Nachteil

ist hierbei die Tatsache, daß sich ein linearer Widerstandsverlauf des Netzwerkes über eken grd&ren Temperaturbereich kaum einhalten läßt und die Hysterese temperaturabhängigen Änderungen unterliegt. Schließlich ist es auch bekannt, ein Widerstandsnetzwerk mit negativem Temperaturkoeffizienten in Verbindung mit einer zusätzlichen Spannungsquelle vorzusehen. Hierdurch erhöht sich der Aufwand, während die Empfindlichkeit sinkt. ' Darüber hinaus können mit Hilfe der vorgenannten . Maßnahmen jene Variationen des Schaltniveaus, welche durch Änderungen des Stromverstärkungsfaktors der Transistoren bedingt sind, nicht kompensiert werden.

Die geschilderten Mängel lassen sich vermeiden, wenn bei einer an sich bekannten, ein Transistorenpaar verwendenden Transistorschaltung erfindungsgemäß ein dritter Transistor vorgesehen ist, dessen Emitter sowohl mit der Basis des zweiten Transistors als auch in Reihe zu einem Widerstand mit der Nullspannungsklemme in Verbindung steht, während sein Kollektor über ein Schaltelement zur zweiten Klemme der Speisespannung führt und seine Basis mit dem Kollektor des ersten Transistors verbunden ist.
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß eine weitgehende Temperaturunabhängigkeit erzielt werden kann.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes schematisch wiedergegeben. An Hand der F i g.. 1 wurden bereits allgemeine Zusammenhänge des Spannungsniveauschalters dargelegt-F i g. 2 bezieht sich auf einen ebenfalls schon erläuterten Schmitt-Trigger, und die F i g. 3 und 4 dienten zur Erläuterung der Wirkungsweise.
Die F i g. 5 und 6 zeigen Einzelheiten der erfindungsgemäßen Schaltung.
Die Anordnung gemäß F i g. 5 enthält drei Transistoren 3, 4, 5, deren Emitter mit EI, bis E5, deren Kollektoren mit C3 bis C, und deren Basen mit B5 bis B5 bezeichnet sind. 6' ist ein Relais, 7 ein Gleichrichter, und R" bis R1R stellen Widerstände dar.

Die Wirkungsweise des Spannungsniveauschalters ist folgende: Solange U, kleiner ist als Ug, führen die leiden Transistoren 3, 4 Strom, und zwar ist ihr Arbeitspunkt so gewählt, daß auch der Transistor 5, der seine Basisspannung von C" erhält, geöffnet ist. Steigt nun das Eingangssignal über das Schaltniveau, so vergrößert sich der Strom des Transistors 3. Das Potential des Punktes F wird daher gegenüber dem Nullpotential positiver. Es sinkt also auch die Spannung zwischen B& und dem Nullpunkt, was eine Stromverkleinerung im Transistor 5 zur Folge hat. Letzteres führt zu einer Senkung des Spannungsabfalls am Widerstand R13, so daß das Potential des Punktes G positiver wird. Dies gilt auch für die Basis B4. Demzufolge verringert sich der Strom des Transistors 4, und der Spannungsabfall am Widerstand R12 sinkt. Das Potential des Emitters 3 steigt, der Strom des Transistors 3 nimmt zu; das Potential des Punktes F wird positiver usw., bis schließlich der Transistor 5 gesperrt ist. Das Relais 6' kann dementsprechende Schaltmaßnahmen ausführen. Der Gleichrichter 7 ermöglicht das Abklingen des Relaisstromes, welcher auf die Induktivität des Relais zurückzuführen ist. Der Transistqr 5 wird auf solche Weise vor .Überspannungen geschützt. Mit Hilfe der Widerstände. Ra, Ra läßt sich ein gewiinschtes Schaltniveau U$ einstellen.

`, Der.- reue : Spannungsniveaütchar arbeitet'--#-4.x-

gehend temperaturunab: Dies sei an Hand von

F i g. 4 erläutert. Es soff zuüächst vereinfachend an-

genommen werden, daß die beiden Transistoren 3

u0-#A die Basis-Emitter=Spannuu# g- UBE` b@s

Vl. chst tun " -%petetu vom,@V«i @`@R@at>i@--r,@ s

steigt auch der über die Transistoren fließende Strom

.Jas auf JB,. Der Spannungsabfall am Widerstand

R9 erhöht sich hierdurch beträchtlich, und das

Potential des Punktes H', d: h: das Potential der Emitter Eg und E4, wird negativer. Folglich sinkt der Strom, und der durch die Temperaturerhöhung bedingte Stromanstieg läßt sich wieder rückgängig machen. Der Transistor 5 zeigt zwar auch eine Temperaturabhängigkeit, doch verändert diese nur in ganz geringem Maße das Schaltniveau, weil der Fehlereinfluß mit Hilfe der Verstärkerstufe 3; 4 erheblich verringert wird. .

Falls die Stromverstärkung des Transistors S nicht ausreichen sollte, kann noch ein weiterer Transistor 6 eingeschaltet werden, wie es F i g. 6 .zeigt:. Die Bis BO führt zum Kollektor C8, der. Emitter E8 ist mit ,B. und der Kollektor C", mit der . negativen Klemme, der Speisespannung verbunden. Alle übrigen, . in .F i g: 6 nicht dargestellten Schaltelemente und Verbindungen entsprechen denjenigen von F i g. 5. @; .
An Stelle des Transistors 6 kann auch eine Gleichspannungsverstärkerkette :vorgesehen werden. I-Ber= durch läßt sich ein Spannungsniveauschalter für dis sehr kleines Schaltniveau U, herstellen.
Sowohl die Beschreibung als auch die Figuren beziehen sich auf p-n-p-Transistoren: Es ist selbstverständlich, daß mit gleichem Vorteil auch n-p-n-Trsistoren Verwendung finden könnten. Es mu dann lediglich die Speisespannung U" und dürGWc°3r richten 7 umgepolt werden.

Claims

Patentansprüche: ' 1. Spauuungsniveauschslter unter Verwendung einer Transistorschaltung, bestehend aus einem Transistorenpaar, deren Eanitter miteinander ton bänden sind und über einen Widerstand 2u eh= ersten Klemme einer - Speisespannung führen, während die Kollektoren unter Zwischenschaltung von je einem Widerstand ixt eine .zweite Ydee der Speisespannung angeschlossen sind und xlie Basis des ersten Transistors an der Eingaul- spannungiiegt"dadurch gekennzeickn-et daß ein dritter Transistor (5) vorgesehen isf@ces- sen Emitter (E5) sowohl mit der Basis (B4) dies zweiten Transistors (4) als auch in Reihe zu einem Widerstand (Ris) mit dar Nullspmaungs.: klemme (0) in Verbindung steht; während: sein Kollektor (C5) über ein Schal%lement (6@ : = zweiten Klemme der Speisespannung (U") führt und seine Basis (BJ mit dent Kollektor (CJ des ersten Transistors (3) verbunden ist. 2. Spannungsniveauschalter mach Ansprucü I, dadurch gekennzeichnet, daß, in die Verb leitung zwischen der Basis (B5). des dritten Trams: sistors (5) und dem Kollekiar (C s) lies ersten Transistors (3) ein vierter Transistor (6) gescha. tet ist, dessen Emitter (EJ zerr Basis (BJ- d dritten Transistors (5) fütui, während , Kai- lektor (C.) an der zweites Klemme der - spantung: (U") liegt und seine Basis (B.) mit dm Kullekter, (Ca) des ersten . T»#dsinors (3) -in Ve binmang_steht. .. .. .. . _,

3. Spannungsniveauschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Verbindungsleitung zwischen der Basis (B5) des dritten Transistors (5) und dem Kollektor (C.) des ersten Transistors (3) eine Gleichspannungsverstärkerkette eingeschaltet ist. 4. Spannungsniveauschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem im Kollektorkreis des dritten Transistors (5) angeordneten Schaltelement (6') ein Gleichrichter (7) parallel liegt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1135 520; Elektronik, Heft 3, 1960, S. 70.