DE1437088C - Vierpol zur Invertierung einer Eingangs spannung mit einem Spannungsteiler - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Vierpol zur Invertie- gepolte Sperrdiode mit dem Kollektor des Transistors

rung einer Eingangsspannung mit einem vier reihen- verbunden ist und daß der Verbindungspunkt der

geschaltete Teilerwiderstände umfassenden Span- Gegenkopplungsdiode mit der Sperrdiode zusammen

nungsteiler, welcher zwischen beiden Endanschlüssen mit dem Emitter des Anpassungstransistors an einem

zwei äußere und einen mittleren Teilerabgriff aufweist, 5 Ausgangsanschluß für die invertierte Ausgangs-

einem einen Kollektorwiderstand aufweisenden Tran- spannung liegt. Der Anpassungstransistor bewirkt,

sistor, dessen Emitter/Basis-Strecke parallel zu einem daß bei Beaufschlagung des Ausgangs des Vierpols

der Teilerwiderstände an einem der Endanschlüsse mit einer positiven Spannung diese Beaufschlagung

sowie dem diesem benachbarten äußeren Teiler- wieder ausgeglichen wird, so daß im Ergebnis die

abgriff liegt, und zwei gegensinnig gepolten Gegen- io Ausgangsspannung konstant bleibt,

kopplungsdioden, welche von dem Kollektor des Durch die gegenüber dem Stand der Technik ver-

Transisiors zu dem mittleren bzw. dem der Emitter/ besserte Stabilisierung eines erfindungsgemäßen

Basis-Strecke abgewendeten äußeren Teilerabgriff Vierpols und dessen weitgehende Unabhängigkeit

verlaufen und sowohl eine volle Sättigung als auch gegenüber Änderungen der Schaltungsparameter

eine volle Sperrung des Transistors verhindern, wobei 15 lassen sich zwei oder mehrere erfindungsgemäße

die Eingangsspannung an dem der Emitter/Basis- Vierpole sogar in Kaskadenschaltung anordnen, ohne

Strecke abgewendeten Teilerabgriff sowie an dem daß dadurch die jeweiligen Ausgangsspannungen der

mit dem Emitter verbundenen Endanschluß liegt einzelnen Vierpole bei Änderung der Schaliungspara-

und eine invertierte Ausgangsspannung an der meter in untragbarer Weise Änderungen unterworfen

Emitter/Kollektor-Strecke des Transistors abgreif- 20 sind,

bar ist. Die Erfindung ist nachstehend an Hand der

Es sind bereits Vierpole der erwähnten Art be- Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

kannt, bei denen sämtliche Teilerwiderstände, d. h. F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungs-

auch diejenigen, deren Verbindungspunkt den mitt- gemäßen Vierpols,

leren Teiierabgrift bildet, als lineare Ohmsche 25 F i g. 2 die Ausgangsspannung des Vierpols nach Widerstände ausgebildet sind. Derartige Vierpole F i g. 2 als Funktion der Eingangsspannung,
weisen eine nahezu rechteckige Kennlinie auf und Der erfindungsgemäße Vierpol nach F i g. 1 entliefern eine erste Ausgangsspannung, wenn die hält einen vier reihengeschaltete Teilerwiderstände Eingangsspannung in einem ersten Bereich liegt, 53, 26, 29, 33 umfassenden Spannungsteiler, welcher und eine zweite wesentlich verschiedene Ausgangs- 30 zwischen zwei Endanschlüssen (—) und + B (von spannung, wenn die Eingangsspannung in einem denen der letztere sich auf einem gegenüber Masse zweiten Bereich liegt, wobei ein sprungartiger Über- positiven Potential befindet) zwei äußere Teilergang zwischen beiden Ausgangsspannungen erfolgt, abgriffe 41, 32 sowie einen mittleren Teilerabgriff 28 wenn die Eingangsspannung in einem sehr eng be- aufweist. Die Teilerwiderstände 26, 29 sind als Stagrenzten dritten Bereich liegt. Wesentlich ist nun, 35 bilisierungsdioden ausgebildet. Ein einen Kollektordaß die erste und zweite Ausgangsspannung sowie widerstand 52 aufweisender Transistor TR I liegt mit der enge Eingangsspannungsbereich, bei welchem seiner Emitter/Basis-Strecke parallel zu dem Teilerder Übergang von der ersten zur zweiten Augangs- widerstand 33 (und einer hiermit über den Endspannung bzw. umgekehrt erfolgt, gegenüber irgend- anschluß + B reihengeschalteten festen Spannungsweichen Änderungen der Schaltungsparameter, ins- 40 quelle), wobei der Emitter mit Masse verbunden ist. besondere Änderungen der Eingangsspannungen in Eine Gegenkopplungsdiode 22 verläuft von dem KoI-den beiden weiten Bereichen, in denen die Ausgangs- lektor des Transistors TR1 zu dem der Emitter/ spannungen konstant bleiben sollen, und gegebenen- Basis-Strecke abgewendeten äußeren Teilerabgriff 41; fails auch ausgangsseitigen Überlagerungen von eine zu der Diode 22 gegensinnig gepolte Gegen-Gleichspannungen bei galvanischer Ankopplung an 45 kopplungsdiode 23 verläuft über eine hierzu gegennachgeordnete Schaltungen invariant bleiben. Dieses sinnig gepolte Sperrdiode 45 ebenfalls zu dem KoI-Erfordernis ist indessen bei den bekannten Vierpolen lektor des Transistors TR1. Die Gegenkopplungsnicht mit ausreichender Genauigkeit erfüllt. dioden 22, 23 verhindern sowohl eine volle Sättigung

Zweck der vorliegenden Erfindung ist demgegen- als auch eine volle Sperrung des Transistors TR1.

über die Schaffung eines verbesserten Vierpols, bei 50 Eine Eingangsspannung Ue liegt über eine als

weichem die beiden Ausgangsspannungen in den Schwellwertdiskriminator wirkende Diode 15 einer-

diesen zugeordneten Bereichen der Eingangsspannung seits unmittelbar über einen Kopplungskondensator

wesentlich besser konstant bleiben als dies gemäß 31 an dem Teilerabgriff 32 bzw. der Basis des Tran-

dem Stand der Technik erreichbar ist. Dies läßt sich sistors TR1 sowie ferner über einen Siebwiderstand

dadurch erzielen, daß die beiden dem mittleren 55 16 an dem Teilerabgriff 41.

Teilerabgriff benachbarten Teilerwiderstände Sta- Der Kopplungskondensator 31 bewirkt ein schnel-

bilisierungsdioden sind. leres Ansprechen des Vierpols auf starke Änderungen

Eine weitere Verbesserung des erfindungsgemäßen der Eingangsspannung Ue. Eine Ausgangsspannung Vierpols in dem Sinne, daß die beiden Ausgangs- Ua ist zwischen dem Verbindungspunkt der Gegenspannungen bei galvanischer Ankopplung an eine 60 kopplungsdiode 23 mit der Sperrdiode 45 und dem nachgeordnete Schaltung praktisch völlig unbeeinflußt Pluspol bzw. Masse abgreifbar,
bleiben, läßt es sich im wesentlichen dadurch erzielen, Der Ko-Iektonvidersiand 52 ist durch die Basis/ daß der Kollektorwiderstand durch die Basis/Kollek- Kollektor-Strecke eines Anpassungstransistors TR 2 tor-Strecke eines Anpassungstransistors nebst einem nebst einem hiermit in Reihe liegenden Kollektorhiermit in Reihe liegenden Kollektorwiderstand über- 65 widerstand 50 überbrückt, und der Verbindungspunkt brückt ist, daß die eine Gegenkopplungsdiode, welche der Gegenkopplungsdiode 23 mit der Sperrdiode 45 an dem mittleren Teilerabgriff liegt, mit dem KoI- ist mit dem Emitter des Anpassungstransistors TRl lektor des Transistors über eine entgegengesetzt verbunden.

Es sei zur Erläuterung der Wirkungsweise des Vierpols nach F i g. 1 vorläufig angenommen, daß der Ausgangsspannung Ua keine zusätzliche positive Spannung überlagert ist. In diesem Fall leitet die Sperrdiode 45, und der Anpassungstransistor 77? 2 ist ^:5 gesperrt, so daß die Sperrdiode als kurzgeschlossen und die Bauelemente 77? 2, 50 als nicht vorhanden betrachtet werden können.

Liegt unter diesen Voraussetzungen bei dem Vierpol gemäß Fig. 1 eine vorgegebene Eingangs- ιό spannung Ue von mehr als —-3,8 Volt an, so ist die Basis des Transistors TR1 gegenüber dem Emitter verhältnismäßig wenig negativ, und der Transistor TR1 leitet infolgedessen schlecht. Dies ergibt gemäß F i g. 2 eine verhältnismäßig hohe negative Ausgangsspannung Ua.

Steigt die Eingangsspannung Ue an dem Spannungsteiler noch weiter an, so leitet der Transistor TjRI noch schlechter, und die Kollektorspannung sinkt so tief auf negatives Potential ab, bis die Gegenkopplungsdiode 22 leitend wird. Ist dies dei Fall, so wird der Spannungsteilerwiderstand 53 durch den Widerstand 52 überbrückt, wobei insgesamt mehr Strom durch den Spannungsteiler fließt. Dies wiederum bedingt einen größeren Spannungsabfall an dem Teilerwiderstand 33, ein Absinken des Basispotentials auf einen negativeren Wert und damit im Ergebnis die Aufrechterhaltung einer bestimmten Restleitfähigkeit des Transistors TR1, welcher demnach niemals voll gesperrt werden kann.

Sinkt die Eingangsspannung Ue auf einen höheren negativen Wert ab, im vorliegenden Fall unter — 3,9VoIt, so wird auch das Basispotential des Transistors TR1 negativer, und der Transistor TR1 wird geöffnet, so daß die Ausgangsspannung Ua von einem hohen negativen Wert auf einen weniger hohen negativen Wert absinkt. Die Höchstleitfähigkeit des Transistors Ti? 1 ist indessen ebenfalls begrenzt, und zwar durch die Gegenkopplungsdiode 23, welche leitend wird, wenn infolge starker Leitfähigkeit des Transistors TR1 das Kollektorpotential einen verhältnismäßig geringen negativen Wert erreicht hat. In diesem letzteren Fall werden die Teilerwiderstände 33, 29 durch die Emitter/Kollektor-Strecke des Transistors TR1 überbrückt, was im Ergebnis ein Absinken des Stromes durch die Teilerwiderstände 33, 29 bedingt. Ein Absinken des Stromes durch den Widerstand 33 bewirkt indessen eine Anhebung des Basispotentials von einem verhältnismäßig hohen negativen Wert auf einen weniger hohen negativen Wert und damit ein Absinken der Emitter/Kollektor-Spannung. Dies wiederum bewirkt, daß vor einer vollen Sättigung des Transistors TR1 das Basispotential so stark angehoben wird, daß eine volle Sättigung nicht erreichbar ist.

Aus der vorangehend erläuterten Wirkungsweise des Vierpols gemäß Fig. 1 ergibt sich, daß die Gegenkopplung mit den Gegenkopplungsdioden 22, 23 nur dann richtig funktionieren kann, wenn jeweils der »Einschaltpunkt« einer der Gegenkopplungsdioden 22 bzw. 23 genau definiert ist. Dies wiederum ist indessen nur dann der Fall, wenn die Spannungspotentiale an den Teilerabgriffen 32, 28, 41 sehr genau definiert sind. Verwendet man an Stelle der Stabilisierungsdioden 26 und 29 jeweils Linearwiderstände (wie bei der eingangs erwähnten Schaltung gemäß der USA.-Patentschrif t 3 092 729), so erkennt man, daß der jeweilige Ansprechpunkt der Gegenkopplungsdioden 22, 23 nicht nur eine Funktion der Daten des Transistors TR 1, sondern darüber hinaus noch eine Funktion des den Spannungsteiler durchsetzenden Stromes und damit eine Funktion der Eingangsspannung Ue ist.

Wenn beispielsweise eine verhältnismäßig hohe negative Eingangsspannung Ue anliegt und demnach der Transistor TR1 geöffnet ist, so wird eine Begrenzung der Öffnung des Transistors TR1 schon vor der vollen Öffnung (anstatt bei voller Öffnung, wie es sein sollte) erfolgen, weil der Teilerabgriff 28 sich auf einem negativeren Potential als bei Verwendung von Stabilisierungsdioden befindet. Wenn aber der Einsatzpunkt der Gegenkopplung bei dem Transistor TR1 eine Funktion der Eingangsspannung Ue ist, so ist damit auch die Ausgangsspannung Ua eine Funktion von Ue, was als nachteilig anzusehen ist. Demgemäß läßt sich nur mit dem Vierpol nach Fig. 1 die im wesentlichen rechteckige Arbeitskennlinie gemäß F i g. 2 erreichen.

Der Anpassungstransistor TR 2 ist, wie bereits erwähnt, als Stabilisierung für die Ausgangsspannung Ua lediglich dann wirksam, wenn eine Beaufschlagung mit einer positiven Fremdspannung erfolgt und wenn ferner gleichzeitig die Kollektorspannung des Transistors TR1 negativer ist (Sperrdiode 45 gesperrt). Lediglich in einem derartigen Fall wird die Emitterspannung des Anpassungstransistors TRl gegenüber dessen Basisspannung derart angehoben, daß eine Überbrückung des Kollektorwiderstandes 52 des Transistors TRl durch die Basis/Kollektor-Strecke des Anpassungstransistors 77? 2 nebst dessen Kollektorwiderstand 50 erfolgt. Eine Überbrückung des Widerstandes 52 bewirkt ein Absinken der Ausgangsspannung Ua zu negativeren Werten hin, so daß die positive Beaufschlagung des Ausgangs wieder ausgeglichen wird. Der Anpassungstransistor TR 2 ist in den Fällen wichtig, wo der erfindungsgemäße Vierpol an eine weitere Schaltung bzw. einen weiteren Vierpol galvanisch angekoppelt ist, dessen Versorgungsspannungen gegebenenfalls schwanken können.

Da Schwankungen der Eingangsspannung Ue des erfindungsgemäßen Vierpols, wie erwähnt, bereits durch die Stabilisierungsdioden 26 und 29 ausgeglichen werden, kann die Kennlinie nach F i g. 2 demnach ohne Rücksicht auf ausgangsseitig überlagerte Potentiale erhalten werden.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vierpol zur Invertierung einer Eingangsspannung mit einem vier reihengeschaltete Teilerwiderstände umfassenden Spannungsteiler, welcher zwischen beiden Endanschlüssen zwei äußere und einen mittleren Teilerabgriff aufweist, einem einen Kollektorwiderstand aufweisenden Transistor, dessen Emitter/Basis-Strecke parallel zu einem der Teilerwiderstände an einem der Endanschlüsse sowie dem diesem benachbarten äußeren Teilerabgriff liegt, und zwei gegensinnig gepolten Gegenkopplungsdioden, welche von dem Kollektor des Transistors zu dem mittleren bzw. dem der Emitter/Basis-Strecke abgewendeten äußeren Teilerabgriff verlaufen und sowohl eine volle Sättigung als auch eine volle Sperrung des Transistors verhindern, wobei die Eingangsspannung an dem der Emitter/Basis-Strecke abgewendeten Teilerabgriff sowie an dem mit dem Emitter verbundenen Endanschluß liegt und eine

invertierte Ausgangsspannung an der Emitter/ Kollektor-Strecke des Transistors abgreifbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden dem mittleren Teilerabgriff (28) benachbarten Teilerwiderstände Stabilisierungsdioden (26,29) sind.

2. Vierpol nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektorwiderstand durch die Basis/Kollektor-Strecke eines Anpassungstransistors (TR 2) nebst einem hiermit in Reihe lie- ίο genden Kollektorwiderstand (50) überbrückt ist, daß die eine Gegenkopplungsdiode (23), welche an dem mittleren Teilerabgriff (28) liegt, mit dem Kollektor des Transistors (TR T) über eine entgegengesetzt gepolte Sperrdiode (45) mit dem Kollektor des Transistors (TR T) verbunden ist und daß der Verbindungspunkt der Gegenkopplungsdiode (23) mit der Sperrdiode (45) zusammen mit dem Emitter des Anpassungstransistors (TR 2) an einem Ausgangsanschluß für die invertierte Ausgangsspannung liegt.

3. Anordnung zweier oder mehrerer Vierpole nach einem der Ansprüche 1 und 2 in Kaskadenschaltung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen