DE1212140B

DE1212140B - Analog-Digital-Umsetzer

Info

Publication number: DE1212140B
Application number: DED43399A
Authority: DE
Inventors: Arne Jensen
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1964-01-21
Filing date: 1964-01-21
Publication date: 1966-03-10
Also published as: DK111989B; SE309997B; NL6500384A; BE658628A; GB1028954A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

H03k

Deutsche Kl.: 21 al - 36/00

Nummer: 1212140

Aktenzeichen: D 43399 VIII a/21 al

Anmeldetag: 21. Januar 1964

Auslegetag: 10. März 1966

Die Erfindung bezieht sich auf einen Analog-Digital-Umsetzer mit Halbleiterschaltelement. Der Ausdruck Analog-Digital-Umsetzer ist ganz allgemein zu verstehen, bezieht sich also nicht nur auf die Anwendung bei Rechenmaschinen, sondern auch auf die Anwendung bei Meßvorrichtungen, bei denen ein kontinuierlich gegebener Meßwert an ein Zählwerk übertragen werden soll, auf Regelkreise, bei denen ein sich kontinuierlich ändernder Faktor an einen schrittweise arbeitenden Servomotor weitergegeben werden soll u. dgl. m.

Es ist eine Schaltung bekannt, mit deren Hilfe ein an der Eingangsklemme liegendes Signal je nach seiner Größe einen Ausgang an einer von mehreren Ausgangsklemmen erzeugt. Diese Schaltung besteht aus mehreren Transistoren, Zenerdioden, Gleichrichtern und Widerständen. Je nach der Größe der Eingangsspannung wird einer der Transistoren leitend, während gleichzeitig die anderen Transistoren gesperrt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Analog-Digital-Umsetzer anzugeben, der lediglich einen Eingang und einen Ausgang besitzt, wobei dem Eingang eine sich kontinuierlich ändernde Analogspannung zugeführt und am Ausgang eine Digitalspannung, d. h. eine der Größe der Aanalogspannung entsprechende Zahl von Impulsen, abgenommen wird. Der neue Umsetzer soll zwar Halbleiterschaltelemente verwenden, aber einen gegenüber der bekannten Schaltung möglichst einfachen Aufbau besitzen.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Halbleiterschaltelement, das beim Überschreiten eines Schwellenwerts einer angelegten Spannung vom hochohmigen in den niederohmigen Zustand und beim Unterschreiten eines Haltewerts des hindurchfließenden Stroms wieder zurückschaltet, mit einem Summierkondensator in Reihe geschaltet und am Verbindungspunkt der beiden Elemente ein Differenzierkondensator angeschlossen ist, wobei dem Halbleiterschaltelement die Analogspannung zugeführt und am Differenzierkondensator die Digitalspannung abgenommen wird.

Bei dieser Schaltung kommt man im einfachsten Fall mit einem einzigen Halbleiterschaltelement und zwei Kondensatoren aus. Die speziellen Eigenschaften des Halbleiterschaltelements machen es möglich, daß die Größe des Analogsignals in Termen der Schwellenspannung U₃ des Halbleiterschaltelements gezählt wird. Die am Diiferenzierkondensator abgenommenen Zählimpulse lassen sich leicht über große Strecken übertragen. Jeweils nach dem DurchAnalog-Digital-Umsetzer

Anmelder:

DANFOSS A/S, Nordborg (Dänemark)

Vertreter:

Dr.-Ing. U. Knoblauch, Patentanwalt,

Frankfurt/M. 1, Kühhornshofweg 10

Als Erfinder benannt:

Arne Jensen, Havnbjerg, Nordborg (Dänemark)

lassen eines Impulses schließt das Halbleiterschaltelement wieder vollständig, so daß der Analogkreislauf vollständig von den hinter dem Halbleiterschaltelement liegenden Schaltelementen abgetrennt ist.

Man kann einem analogen Kurvenzug mit entsprechenden Digital-Werten genau folgen, wenn der Differenzierkondensaior mit einer die Polarität der abgenommenen Impulse berücksichtigenden Zählvorrichtung, die auch ein Servomotor sein kann, verbunden ist. Insbesondere kann der Differenzierkondensator über zwei Leitungen mit einem Vorwärts-Eingang und einem Rückwärts-Eingang der Zählvorrichtung verbunden sein, und in den Leitungen können zwei Gleichrichter entgegengesetzter Polarität angeordnet sein.

Besonders geeignet für den vorliegenden Zweck ist ein Halbleiterschaltelement, das überwiegend aus Tellur mit Zusätzen aus Elementen der Gruppen IV und V des Periodischen Systems besteht. Dieses Halbleiterschaltelement hat eine äußerst kurze Umschaltzeit. Im hochohmigen Zustand besitzt es einen Widerstand von mehreren Megohm, unterbricht also praktisch, während es im niederohmigen Zustand einen Widerstand von 1 Ohm und weniger aufweist, so daß es für den durchzulassenden Impuls praktisch kein Hindernis darstellt. Wichtig ist ferner, daß dieses Halbleiterschaltelement symmetrisch ist und daher Impulse in beiden Richtungen beim gleichen Schwellenwert U_s hindurchläßt. Außerdem kann die Schwellenspannung durch Wahl der Zusammensetzung oder durch Wahl der Dicke des Elements leicht den gestellten Anforderungen angepaßt werden. Als Beispiel sei ein Halbleiterschaltelement genannt, das aus 67,5 % Tellur, 25% Arsen und 7,5 % Germanium erzeugt ist. Die Herstellung kann durch Aufdampfen auf eine Metallplatte, durch Sin-

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tern, durch Erstarrenlassen einer Legierungsschmelze od. dgl. erfolgen.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der Zeichnung näher eriüutert. Es zeigt

F i g. 1 ein typisches Strom-Spannungs-Diagrarim für ein erfindungsgemäß verwendbares Halbleiterschaltelement,

F i g. 2 ein Schaltschema für den erfindungsgemäßen Analog-Digital-Umsetzer und

F i g. 3 eine Analogspannung U_A, die zugehörige Spannung U_c am Summierkondensator und die Digitalspannung U_D über die Zeitachse.

In dem Diagramm der F i g. 1 ist der Strom / eines symmetrischen Halbleiterschaltelements über der Spannung U aufgetragen. Unterhalb der Schwellenspannung + Us ist der Strom nahezu Null, da das Schalterelement seinen hochohmigen Zustand eingenommen hat, bei dem sein Widerstand bis zu mehreren Megohm betragen kann (Kurve I). Sobald jedoch die Schwellenspannung U_s überschritten ist, springt das Halbleiterschaltelement in seinen niederohmigen Zustand (Kurve II) um, bei dem es einen Widerstand von 1 Ohm oder weniger hat. Der durch das Schalterelement hindurchtretende Strom/ ist daher von den übrigen Komponenten des Stromkreises festgelegt. Den niederohmigen Zustand behält das Schalterelement bei, bis der hindurchfließende Strom einen Haltewert I_n unterschreitet, der ziemlich in der Nähe des Nullpunktes liegen kann. Beim Unterschreiten von I_H schaltet das Halbleiterschaltelement in den hochohmigen Zustand zurück.

In Fig. 2 wird dem Anschluß 1 ein unbekanntes Signal in analoger Form zugeführt. Dieses Signal wird in der Vorrichtung 2 in eine analoge Spannung umgesetzt, die nach Verstärkung im Verstärker 3 den Wert JJ_A haben soll. Alsdann folgt im gleichen Leitungszug ein Halbleiterschaltelement 4 und ein Summierkondensator 5. An dem Verbindungspunkt 6 dieser beiden Elemente ist ein Differenzierkondensator 7 angeschlossen. Von diesem aus führt eine Leitung 8 über einen Gleichrichter 9 zum Vorwärts-Eingang eines Zählwerks 10 und außerdem eine Leitung 11 mit einem Gleichrichter 12 entgegengesetzter Polarität zum Rückwärts-Eingang des gleichen Zählers 10.

In F i g. 3 ist außer der Analogspannung U_A die Kondensatorspannung U_c aufgetragen, die an dem Verbindungspunkt 6 abgenommen werden kann, sowie die Digitalspannung U₀, die am Ausgang des Differenzierkondensators 7 auftritt.

Betrachtet man die Analogspannung U_A vom Nullpunkt an, so bleibt zunächst alles unverändert, bis sie den Schwellenwert U_s des Halbleiterschaltelements 4 erreicht. Dieser wird momentan leitend, so daß ein der Spannung U$ entsprechender Strom den Kondensator 5 aufzuladen vermag. Dieser Strom nimmt aber beim Aufladen des Kondensators 5 sehr rasch ab, so daß beim Unterschreiten des Haltewerts I₁₁ des Halbleiterschaltelements 4 dieser wieder in den hochohmigen Zustand zurückschaltet. Während dieses Vorganges ist am Differenzierkondensator 7 ein erster Impuls der Differenzierspannung U₀ festzustellen, der über die Leitung 8 dem Zähler 10 zugeführt wird und das Zählwerk um einen Wert verstellt. Sobald die Spannungsdifferenz zwischen U_A und JJ_c wieder den Wert U_s erreicht hat, wenn also U_A = 2 ■ U_s ist, wird das Halbleiterschaltelement 4 erneut leitend, und der soeben beschriebene Vorgang wiederholt sich. Der Summierkondensator 5 lädt sich bis zum

ίο Wert 2· U_s auf, und es ergibt sich ein zweiter Impuls bei der Spannung U₀. Auf diese Weise schaltet der Zähler im vorliegenden Ausführungsbeispiel um fünf Einheiten vorwärts. Alsdann fällt die Spannungskurve U_A wieder ab. Sobald U_A um den

Wert Z7_S unter U_c abgesunken ist, öffnet das Halbleiterschaltelement 4 erneut, läßt diesmal aber einen Stromimpuls in umgekehrter Richtung hindurch, wobei sich der Kondensator 5 bis auf den Augenblickswert der Spannung U_A entlädt und am Differenzier-

kondensator? ein Impuls entgegengesetzter Polarität abzunehmen ist, der über die Leitung 11 dem Rückwärts-Eingang des Zählwerks zugeführt wird und dieses um eine Einheit zurückschaltet. In ähnlicher Weise folgt das Zählwerk dem weiteren Absinken der Analogspannung U_A.

Claims

Patentansprüche:

1. Analog-Digital-Umsetzer mit Halbleiterschaltelement, dadurch gekennzeichnet, daß ein Halbleiterschaltelement, das beim Überschreiten eines Schwellenwerts einer angelegten Spannung vom hochohmigen in den niederohmigen Zustand und beim Unterschreiten eines Haltewerts des hindurchfließenden Stroms wieder zurückschaltet, mit einem Summierkondensator in Reihe geschaltet und am Verbindungspunkt der beiden Elemente ein Differenzierkondensator angeschlossen ist, wobei dem Halbleiterschaltelement die Analogspannung zugeführt und am

+0 Differenzierkondensator die Digitalspannung abgenommen wird.

2. Umsetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzierkondensator mit einer die Polarität der abgenommenen Impulse berücksichtigenden Zählvorrichtung verbunden ist.

3. Umsetzer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzierkondensator über zwei Leitungen mit einem Vorwärts-Eingang und einem Rückwärts-Eingang der Zählvorrichtung verbunden ist und in den Leitungen zwei Gleichrichter entgegengesetzter Polarität angeordnet sind.

4. Umsetzer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterschaltelement überwiegend aus Tellur mit Zusätzen aus Elementen der Gruppen IV und V des Periodischen Systems besteht.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1062 280.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen