DE1762118A1 - Spannungsdiskriminator zur UEberwachung beider Grenzwerte eines Spannungsbereiches - Google Patents

Description

• Spannungsdiskriminator zur Überwachung beider Grenzwerte eines Spannungsbereiches Die Erfindung betrifft einen Spannungsdiskriminator zur Überwachung beider Grenzwerte eines Spannungsbereiches für Überwachungseinrichtungen in Trägerfrequenzanlagen, wobei die Ausgangsspannung des Spannungsdiskriminators einen bestimmten Ruheextremwert hat, wenn die Eingangsspannung sich innerhalb des Spannungsbereiches befindet, und einen anderen bestimmten Aktivextremwert, wenn die Eingangsspannung sich ausserhalb des Spannungsbereiches befindet.
• Es sind verschiedene Schaltungen für Spannungsdiskriminatoren bekannt, die ein Ausgangssignal abgeben, wenn das Eingangssignal ausserhalb eines durch einen ersten und einen zweiten Grenzwert festgelegten Spannungsbereiches liegt. Sie enthalten entweder Schalttransistoren oder Schmitt-Trigger oder Differenzverstärker.
• Die bekannten Spannungsdiskriminatoren mit einem Schalttransistor (deutsche Auslegeschrift 1 197 927, deutsche Patentschrift 1 252 251) erfordern einen kleinen Aufwand, haben aber eine grosse Hysterese, d.h. die Ansprechschwellwerte beim Überschreiten des festgelegten Spannungsbereiches sind stark verschieden von den Abfallschwellwerten beim Zurückkehren in den festgelegten Spannungsbereich. Die bekannten Spannungsdiskriminatoren mit Schmitt-Triggern (deutsche Patentschrift 1170 014) erfordern einen grossen Aufwand von zwei Schmitt-Triggern, nämlich pro Schwellwert einen Schmitt-Trigger, und haben immer noch eine relativ grosse Hysterese. Ihre Schwellwerte sind ausserdem relativ stark temperaturabhängig.
• Es ist auch allgemein bekannt, Differenzverstärker hoher Verstärkung, insbesondere solche in integrierter Bauform, als Spannungsdiskriminatoren zu verwenden. Ein solcher Differenzverstärker hat zwei gleichwertige Eingänge,*einen ersten Eingang El und einen zweiten Eingang E2. Die Ausgangsspannung des :.ifferenzverstärkers durchläuft bei der Aussteuerung durch die beiden Eingangsspannungen den aktiven Bereich, der von beiden Seiten durch Extremwerte begrenzt ist. Wenn man eine sehr grosse Verstärkung voraussetzt, so genügt eine Spannungsdifferenz von einigen mV zwischen den beiden Eingängen, um den gesamten aktiven Bereich auszusteuern. Ist die Spannungsdifferenz zwischen den beiden Eingängon El und E2 positiv, so hat die Ausgangsspannung einen ersten Extremwert, und ist diese Spannungsdifferenz negativ, so hat die Ausgangsspannung einen zweiten Extremwert. Bei der Verwendung eines solchen Differenzverstärkers als Spannungsdiskriminstor wird an dem einen Eingang eine konstante Vergleichsspannung und an den anderen Eingang die zu oberwachende Spannung angelegt. Es genügt, wenn die zu überwachende Spannung ein paar mV höher wird als die Vergleichsspannung, damit die Ausgangs-Spannung des Differenzverstärkers von einem zum anderen Extremwert praktisch schlagartig kippt. Solche Differenzverstärker sind ziemlich teuer, und zur Überwachung eines Spannungsbereiches mit zwei Grenzwerten sind zwei Differenzverstärker notwendig, was den Nachteil eines grossen Aufwandes mit sich bringt.
• Um diese Nachteile der bekannten Schaltungen zu vermeiden, wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, dass die zu überwachende Spannung an beide Eingänge eines einzigen, insbesondere integrierten Differenzverstärkers angelegt wird, wobei an dein einen Eingang eine erste Sparinungsbegrenzungsschaltung dafür sorgt, dass die -Spannung Über einer vorgegebenen Wert nicht ansteigt, während an dehn anderen Eingang eine zweite Spannungsbegrenzungsschaltung dafür sorgt, dass die Spannung unter einer,: vorgegebener. ":;ert nicht absinkt.

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  Dadurch wird die Spannung am Eingang E2 höher als am Eingang E1, und die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers ändert sich praktisch schlagartig vom Ruheextremwert zum Aktivextremwert.
• Wenn die Eingangsspannung die untere Grenze erreicht und unterschreitet, kann sie, am zweiten Eingang E2 nicht weiter sinken, während sie am ersten Eingang El weiter absinkt. Dadurch wird die Spannung am Eingang E2 höher 'als am Eingang, E1 und die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers ändert sich praktisch schlagartig vom Ruheextremwert zum Aktivextremwert.
• Ein Ausführungsbeispiel des Spannungsdiskriminators nach der Erfindung zeigt die Figur. Als Differenzverstärker DV wird ein integrierter Differenzverstärker verwendet. Er braucht zwei verschiedene Betriebsspdnnungen: Zwischen den Klemmen K1 und K2 etwa +12 V und zwischen den Klemmen K3 und K2 etwa -6 V, beide Spannungen bezogen auf die Klemme K2. Diese Betriebsspannungen werden aus einer Speisespannung von 24 V mit Hilfe einer Reihenschaltung zweier Zenerdioden D1, D2 und einer dritten Zenerdiode D3 und eines Vorwiderstandes R1 gewonnen und stabilisiert. Die Eingargsklemmenpaare sind El, K2 und E2, K2 und die zu übertrachende Spannung wird einerseits über einen Spannungsteiler (R2 + R3)/R4 dem einen Eingang E1 und andererseits über einen Spannungsteiler (R5+R6)/R7 dem anderer: Eingang E2 zugeführt. Zur Spannungsbegrenzung wird eine Vergleichsspannung benötigt. Diese kann dem Betriebsspannungsteiler D1, D2, D3 und R1 oder einer weiteren aus einer vierten Zenerdiode D4 und einem zweiten Vorwiderstand R8 bestehenden Spannungsstabilisierungsschaltung entnommen werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist für den Eingang El die Vergleichsspannung dem Verbindungspunkt V1 der zwei ersten Zenerdioden Dl und D2 des Betriebsspannungsteilers und die für den Eingang E2 dem Verbindungspunkt V2 der Zenerdiode D4 und des Vorwiderstandes R$ des zweiten Spannungsteilers entnommen. Die Mittelanzapfungen M1 bzw. M2 der Eingangsspannungsteiler-Vorwiderstände R2+R3 bzw. R5+R6 sind die Angriffspunkte der beiden Spannungsbegrenzungsschaltungen.
• Über eine fünfte Diode D5, die zwischen dem Vergleichsspannungspunkt V1 und der ersten Mittelanzapfung M1 geschaltet ist, wird an dem Eingang E1 die Spannung derart begrenzt, dass zwischen der Klemme K2 und der Mittelanzapfung M1 die Spannung nicht über die Summe der Zenerspannung der Diode D2 und der Diffussionsspannung der Diode D5 steigen kann. Liegt die Eingangsspannung unterhalb dieser Grenze, soffst die Diode D5 gesperrt und die Spannungsbegrenzungsschaltung hat keinen Einfluss auf den Eingang El.
• Über eine sechste Diode D6, die zwischen den Vergleichsspannungspunkt V2 und der zweiten Mittelanzapfung M2 geschaltet ist, wird an dem Eingang E2 die Spannung derart begrenzt, dass zwischen der Klemme K2 und der Mittelanzapfung M2 die Spannung nicht unter die Summe der Zenerspannungen der Diode D4 und der Diffusionsspannung der Diode D6, bezogen auf das positive Betriebsspannungspotential, sinken kann. Liegt die Eingangsspannung oberhalb dieser Grenze, so ist die Diode D6 gesperrt und die Spannungsbegrenzungsschaltung hat keinen Einfluss auf den Eingang E2.
• Die Eingangs-Spannungsteiler (R2+R3)/R4 und (R5+R6)/R7 dienen zur Einstellung der Grenzen des zu überwachenden Spannungsbereiches. Die beiden Spannungsbegrenzungsschaltungen D1, D5 und D4, D6 greifen deshalb an den Mittelanzapfungen M1 und M2 der Vorwiderstände R2+R3 und R5+R6 der Eingangsspannungsteiler an, damit sie voneinander und von der Eingangsspannungsquelle entkoppelt sind.

Claims (1)

1. P a t e n t & n s p r ü c h e 1) Spannungsdiskriminator zur überwachung beider Grenzwerte eines Spannungsbereiches, insbesondere für Überwachungseinrichtungen in Trägerfrequenzanlagen, wobei die Ausgangsspannung des Spannungsdiskriminators einen bestimmten Ruheextremwert hat, wenn die Eingangsspannung sich innerhalb des L;pant:ur:gsbereiches befindet, und einen anderen bestit:imten Aktivextremwert, wenn die Eingangs-Spannung sich ausserhalb des Spannungsbereiches befindet, dadurch gekennzeichnet, dass die zu @äber,.,racheiide Spannung # -i # -. bi--ide Eingänge einer, einziger., integrJerten L Differenzverstärkurs aiigel._gt i#:ird, wobei an dir:: einer. Einga:.g des Difi'ere::zverst-rit(2:,S eine lip nnur:gsbegrenzungs- Schaltung dafür s,@rgt, -,lass diepanr@u::@; -.iber einen vor- geg-,?benen fiert nicht "--steigt, ;:ährei:d -_i. de.. .nderen Ein- gar: eine zc.:eite -:p;_.-._...gi7b@2gr.@i-:z;::.gsscl:ait;: _ü d@f:4r sorgt, Jas._ die ':;ert nicht ab- S i..12) :lach ri::spruch 1, dadurch gekenn- ..; e t, d ass ie E_nga :gssp .ti.g durch pr,.#ende Sparnar#gs- tt'iler ((R-2+R@tjR- bzr;. (RS+:c-@)@@:@) a:. c#@iden @ingät@gar. (E1, E2; sc eingestellt dass i::n eri:.@ib des zu Ubcr- ;:a ct:enden ereicras di > >pah :ung a... ersten @_ :gang (El' ._ö::ar als a@: Li::ga.:g @L2) ist, ";::d dJ-ss infclge- dessen die n_<sg@r.gsspw:ii:ai_g dis @ifferan zierst .rk@@*'S Einen bestimmten Ruheextremwert besitzt. 3) Spannungediskriminator nach Anspruch r und 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Differenzverstärker (DV) Integrierter Bauweise verwendet ist, der zwei verschiedene Betriebsspannungen braucht, wobei diese Betriebsspannungen durch einen aus einem Vorwiderstand (R1) und Zenerdioden (D1, D2 und D3) bestehenden Spannungsteiler stabilisiert sind. Spannungsdiskriminator nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergleichsspannungen für die Spannungsbegrenzung dem Betriebsspannungsteiler (R1, Dl, D2, D3) und einem weiteren Spannungsteiler (D4R$) an zwei Vergleiehsspannungspunkten (V1 und V2) entnommen sind. / 5) Spannungsdiskriminator nach Anspruch 1, 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass über zwei Dioden (D5 und D6), die zwischen den Vergleiehsspannungspunkten (V1 und V2) und den Mittelanzapfungen (Ml bzw. M2) der Eingangsspannungsteiler-Vorwiderstände (R2+R3 bzw. R5+R6) ge- schaltet sind, die Spahnungsbegrenzung wirksam wird.