DE1814986A1 - Pegeldetektor - Google Patents
PegeldetektorInfo
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Description
18U986
Dr. Inn. H fh.!.-.
The Bendix Corporation
Fisher Building München, 11. Dezember 1968
Detroit, Michigan, USA (Anwaltsakte M-5J52)
Pegeldetektor
Die Erfindung betrifft einen Pegeldetektor mit einem Funktionsverstärker, dem zum Vergleichen der Signalpegel an einem ersten
Eingang unbekannte Signale und an einem zweiten Eingang variable Bezugssignale zugeführt werden, und an dem an zwei' weiteren Eingängen
Leistungsstromquellen mit entgegengesetzter Polung angeschaltet sind. ;
Bekannte Schalteinrichtungen, die zum Auffinden des Pegels eines unbekannten Signales gegenüber einem Bezugssignal dienen, weisen
eine Spannungshysterese mit einem festen Betrag auf. Wenn das Bezugssignal ansteigt, fällt die prozentuale Hysterese proportional
ab. Es ist unerwünscht, daß dieser Effekt innerhalb eines großen Signalbereiches auftritt.
Die erfindungsgemäße Schalteinrichtung vermeidet diesen Mangel dadurch, daß ein Pegeldetektor mit einer konstanten prozentualen
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Hysterese geschaffen wird. Eine Schalteinrichtung mit konstanter prozentualer Spannungshysterese arbeitet auch dann befriedigend
und weist eine hinreichende Stabilität auf, wenn dem umbekannten Signal Brummspannungen und Störsignale von Einschwingvorgänfc,en
überlagert sind.
Der erfindungsgemäße Pegeldetektor ist mit einer Quelle für unbekannte
Signale und mit einer Quelle für variable Bezugssignale verbunden, um diese Signale miteinander zu vergleichen. Der Vergleichsstufe
sind weitere Schalteinrichtungen nachgeschaltet, die ein Ausgangssignal mit einem ersten logischen Wert abgeben, wenn
das unbekannte Signal größer als dan Bezugssignal ist, und die
ein Ausgangssignal mit einem anderen logischen Wert abgeben, wenn das unbekannte Signal geringer als das Bezugssignal ist. Das Spannungsniveau,
an dem die weitere Schalteinrichtung von dem Ausgangs signal mit dem ersten logischen Wert auf das Ausgangssignal mit
dem anderen logischen Wert umschaltet, ist unabhängig von dem Niveau des Bezugssignales.
Die Vergleichsstufe ist im wesentlichen ein Punktionsverstärker, der in einer ersten Richtung in seinen Sättigungszustand übergeht,
wenn das unbekannte Signal geringer als das Bezugssignal ist, und der in der entgegengesetzten Richtung gesättigt ist, wenn das unbekannte
Signal größer als das Bezu^ssignal ist. Die unbekannte
Signalquelle ist mit dem ersten Eingang und die Bezugssignalquelle miJ; dem zweiten Eingang des Verstärkers verbunden.
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Die prozentuale Hysterese eines FunktionsVerstärkers der oben beschriebenen
Art ist als Quotient zwischen der Differenz der am zweiten Eingang des Verstärkers anliegenden Slp/naIe bei der Sättigung
des Verstärkers in seiner ersten bzw. ,'-,einer zweiten Richtung
und dem an der- zweiten Eingang des Verstärkers bei einer Sättigung
in seiner ersten Richtung anliegenden Signal definiert. Bei der er firidunt;s gern äßen Schalteinrichtung ist dieser Quotient unabhängig
von dem Bezugssignal.
Der eifindungsgemäße Pegeldetektor ist dadurch gekennzeichnet, daß
die am Ausgang des Verstärkers abgegebene Leistung auf seinen zwei
ten Eingang durch eine den Stromfluß steuernde Einrichtung zurückgekoppelt
wird. Diese Rückkopplung ist so an den Verstärker angeschaltet, daß eine leitende Verbindung an Erde geöffnet wird, wenn
der Verstärker in seiner ersten Richtung gesättigt ist, und daß diese Erdleitung geschlossen wird, wenn der Verstärker in seiner
anderen Richtung gesättigt ist. Die unbekannte Signalquelle und die Bezugssignalquelle sind mit dem Verstärker durch einen ersten
und einen zweiten Widerstand verbunden, während die den Stromfluß steuernde Einrichtung in der Rückkopplung an den Verstärker durch
einen dritten Widerstand angeschaltet ist. Unter dieser Bedingung ist die prozentuale Hysterese des Verstärkers eine feste Größe,
die gleich dem Quotienten zwischen dem zweiten Widerstand und der Summe aus dem ersten und dem dritten Widerstand ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der beiliegenden
Zeichnung beschrieben, die das Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Pegeldetektors zeigt.
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Eine Signalquelle 2 gibt ein positives Gleichstromsignal E (gegebenenfalls
ein demoduliertes Wechselstromsignal) ab, wie es beispielsweise in einer Flugüberwachungsanlage auftreten kann. In
solch einer Anlage muß der Pegel des Signales E bezüglich einem positiven Gleichstromsbezugssignal ER (bzw. bezüglich eines demodulierten
Wechselstromsignales) variabler Größe bestimmt wird,
das von einer Bezugssignalquelle 4 erzeugt wird. Das Signal E wird über einen Widerstand 10 einem invertierenden Eingang 6
eines Punktionsverstärkers 8 zugeführt, der einen hohen Verstärkungsgrad und eine hohe Eingangsimpedanz hat. Das Bezugssignal
ER wird über einen Widerstand 14 einem nichtinvertierenden Eingang
12 des Verstärkers 8 zugeführt. Der Widerstand 14 stellt die Impedanz der Bezugssignalquelle 4 dar.
Eine Gleichstromquelle, beispielsweise eine Batterie 16, ist mit
ihrem negativen Pol mit einem Leistungseingang 18 des Punktionsverstärkers 8 verbunden und eine weitere Gleichstromquelle, beispielsweise eine Batterie 20, 1st mit ihrem positiven Pol an einen
weiteren Leistungseingang 22 des Verstärkers 8 angeschaltet. Ein Kondensator 24 ist zur Frequenzkompensation mit den Eingängen 26
und 28 des Verstärkers 8 verbunden.
Ein Ausgang 20 des Verstärkers 8 liegt über einen Widerstand 32
an der Basis 34 eines NPN-Schalttransistors 36, dessen Kollektor
40 geerdet ist. Der Emitter 38 des Transistors 36 ist Über einen
Widerstand 42 mit einem Knotenpunkt 43 verbunden,· der zwischen
dem Widerstand 14 und dem Eingang 12 des Verstärkers 8 liegt.
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Ein logisches Netzwerk 44, das beispielsweise ein Rechner zur
Plugüberwachung sein kann, ist über einen Widerstand 46 an einem
Knotenpunkt 47 zwischen dsm Ausgang 50 des Verstärkers S und dem
Widerstand 32 angeschaltet. Eine Begrenzungsdiode 48 ist an einem
Knotenpunkt 49 zwischen dem Widerstand 46 und dem logischen Netzwerk
44 angeschaltet.
Wenn im Betrieb das Signal E von der Signalquelle 2 geringer als das Signal ER von der Bezugssignalquelle 4 ist, ist der Punktionsverstärker
8 in seinem positiven Sättigungszustand., so daS am
Ausgang 30 ein Signal mit dem logischen Wert "l" erzeugt wird.
Dieses Signal kann beispielsweise +11 Volt haben. Zu diesem Zeitpunkt ist der Transistor 36 nicht leitend und die Strecke vom
Emitter 38 des Transistors 36 an Erde ist geöffnet, wobei die
Spannung am Eingang 12 des Verstärkers ?. den Wert E,. hat.
Wennjdas Signal E anwächst, so daß es annähernd dem Signal ER entspricht,
verläßt der Verstärker 8 seinen positiven Sattigungszustand und neigt dazu, in seinen negativen Sattigungszustand überzugehen.
Das Signal ER wirkt demnach als Trigger- oder Schaltsignal
für den Verstärker 8. Da der Verstärker 8 einen hohen \"er-
tärkungsgrad hat, muß das Signal E das Signal ER um ungefähr
1 Millivolt übersteigen, bevor der Verstärker 8 in seinen negaiven Sattigungszustand kippt.
tfenn der Verstärker 8 ins Negative geht, nimmt der Widerstand
der Strecke ^ cm Emitter 38 des Transistors 36 zur Erde ab, und
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fr
am Eingang 12 des Verstärkers 8 eine Spannungsteilung auf. Nach
dem der Umschaltvorgang beendet ist, d.h. wenn der Ve?i>: *>'« :ar 8
in seinem negativen Sättigungszustand ist, wobei am Ausgang J>0
ein Signal mit dein logischen Wert "Null", beispielsweise -11 Volt,
abgegeben wird, ist die Strecke vom Emitter 38 sur Erde ein guter
Kurzschluß. Pur die Spannung V12 am Eingang 12 gilt dann:
ER χ Rhn
V12 =—S i^— -(ι).
R42 + Rl4
Damit der Verstärker den Zustand negativer Sättigung verl/lßt und
ins Positive geht, muß das Signal E νcn der Signalquelle 2 ungefähr
gleich der Spannung V12 sein, und in diesem Sinn ist die
Spannung V12 die Freigabe- oder "Abfall"-Spannung des Verstärkers
Die prozentuale Hysterese des erfindungsgemä3en Pegeldetektcrs kann daher wie folgt dargestellt werden:
χ R42
RT! j. T?
42 14 Hysterese =
42 14 Hysterese =
^R
R42
= ι —
R42 + Rl4
Hysterese = = ^—5— (2)
R42 + Rl4
Aus der Gleichung (2) folgt, daß die prozentuale Hysterese 3inert
konstanten Wert hat, der unabhängig von der Bezugsspanr· .-.-_. ':-.. ist
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Ir
Wenn die größte Genauigkeit des erfindungsgemäßen Pegeldetektors an dem Punkt verwirklicht sein soll, an dem der Verstärker 8 aus der negativen Sättigung in die positive übergeht, wird der Wert des Widerstandes R10 so gewählt, daß er gleich den Gesamtwiderstand der Widerstände R^ und R^2 in Parallelschaltung ist. Wenn andererseits die größte Genauigkeit an dem Arbeitspunkt gewünscht wird, an dem der Verstärker aus der positiven Sättigung kommt und in die Negative geht, wird der Widerstand R10 gleich dem Widerstand R 2j. gemacht, wobei nur ein geringer Verlust an Genauigkeit beim entgegengesetzten Übergang (von minus nach plus) aufgrund der Stromversetzung an dem Verstärker 8 hingenommen werden muß.
Wenn die größte Genauigkeit des erfindungsgemäßen Pegeldetektors an dem Punkt verwirklicht sein soll, an dem der Verstärker 8 aus der negativen Sättigung in die positive übergeht, wird der Wert des Widerstandes R10 so gewählt, daß er gleich den Gesamtwiderstand der Widerstände R^ und R^2 in Parallelschaltung ist. Wenn andererseits die größte Genauigkeit an dem Arbeitspunkt gewünscht wird, an dem der Verstärker aus der positiven Sättigung kommt und in die Negative geht, wird der Widerstand R10 gleich dem Widerstand R 2j. gemacht, wobei nur ein geringer Verlust an Genauigkeit beim entgegengesetzten Übergang (von minus nach plus) aufgrund der Stromversetzung an dem Verstärker 8 hingenommen werden muß.
Bei der Wahl des Widerstandes R10 ist zu beachten, daß ein Strom
von Erde zu den Eingängen 6 und 12 des Verstärkers fließt, wobei
dieser Strom an beiden Eingängen im wesentlichen gleich ist.
Wenn daher verhindert werden soll, daß eine Versetzung am Eingang den Verstärker 8 beeinflußt, müssen die Widerstände, die von den
Eingängen 6 und 12 an Erde führen (R30 und R12,), gleich groß gehalten
werden. Offenbar muß man sich entscheiden, welcher Bedingung die größere Bedeutung zukommt; der Genauigkeit beim Anziehen
des Verstärkers (Umschaltvorgang von plus nach minus) oder der Versetzung am Eingang des Verstärkers. Die Widerstände werden
dann entsprechend gewählt.
Wenn der Transistor 36 in seiner umgekehrten Stellung betrieben
wird, wie es in der Zeichnung gezeigt ist, dient er als ausge-
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zeichneter Schalter. PUr genügend negative Spannungen von dem Verstärker
8 stellt der Transistor 36 eine Kurzschlußverbindung vom Emitter 38 an den geerdeten Kollektor her. Bei einer positiven
Spannung von dem Verstärker 8 ist der Transistor 36 offen. Es ist zu beachten, daß sowohl die Strecke vom Emitter 38 zum Kollektor
40 als auch die Strecke vom Emitter 38 zur Basis 34 offen ist.
Die erfindungsgemäße Schalteinrichtung ist nicht auf das gezeigte
Ausführungsteispiel beschränkt. Beispielsweise kann die Einrichtung
auch als variabler Schwellwertvergleicher dienen, wenn ein Differenzverstärker angeschaltet wird, der die absolute Differenz
zwischen dem umbekannten Signal und dem Bezugssignal bildet.
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Claims (8)
1. Pegeldetektor mit einem Funktionsverstärker, dem zum Vergleichen
der Signalpegel an einem ersten Eingang unbekannte Signale und' an einem zweiten Eingang variable Bezugssignale
zugeführt werden, und an dem an zwei weiteren Eingängen Leistungsstromquellen
mit entgegengesetzter Polung angeschaltet sind., dadurch gekennzeichnet, da:3 "der Ausgang (30 )des Verstärkers
(o) über eine den Stro:nflu3 steuernde Einrichtung (36)
auf den'zweiten Eingang (12) des Verstärkers (U) zurückge-'ccppelt
wird»
2. Pegeldetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Knotenpunkt (46) zwischen dem Ausgang (30) und der Einrichtung
06) mit einem logischen Netzwerk (44), beispiels-" weise einem Rechner für eine Plugzeugsteueranlage verbunden
ist.
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3· Pegeldetektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß eine unbekannte Signalquelle (2) und eine variable flignalquelle
(4) mit dem Verstärker (3) durch einen ersten (10) und einem zweiten (l4) Widerstand verbunden sind, und da'3 die
Rückkopplung über einen dritten Widerstand (42) angeschlossen ist.
4. Pegeldetektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Widerstand (1O) gleich dem durch Parallelschaltung des
ersten (14) und des dritten (42) Widerstandes entstehenden Widerstand ist.
5. Pegeldetektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dal?
der erste Widerstand (1O) und der zweite Widerstand (14) gleich
sind.
6. Pegeldetektor nach Anspruch 1 und J>, dadurch /gekennzeichnet,
dai3 die prozentuale Hysterese des Verstärkers (B) konstant und gleich dem Quotienten zwischen dem zweiten Widerstand (14)
und der Summe des zweiten und des dritten Widerstandes (14,42)
ist.
7. Pegeldetektor nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (36) einen Transistor aufweist,
dessen Basis (34) mit dem Ausgang (30) des Verstärkers (o) verbunden
ist., und dessen Kollektor (40) an Erde liegt.
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8. Pegeldetektor nach einem der Ansprüche 1 - J3 dadurch gekennzeichnet,
da3 der Verstärker (8) einen invertierenden Eingang (6) und einen nichtinvertierenden Eingang (12) aufweist, und
daß die unbekannte Signalquelle (2) mit dem invertierenden Ein·
gang (6) über den ersten Widerstand (1O) verbunden ist.
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L e e r s e i t e
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US69137667A | 1967-12-18 | 1967-12-18 |
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Publication Number | Publication Date |
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DE1814986A1 true DE1814986A1 (de) | 1969-08-21 |
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ID=24776312
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19681814986 Pending DE1814986A1 (de) | 1967-12-18 | 1968-12-16 | Pegeldetektor |
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DE (1) | DE1814986A1 (de) |
FR (1) | FR1597904A (de) |
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- 1967-12-18 US US691376A patent/US3569739A/en not_active Expired - Lifetime
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1968
- 1968-12-09 GB GB58345/68A patent/GB1223627A/en not_active Expired
- 1968-12-16 DE DE19681814986 patent/DE1814986A1/de active Pending
- 1968-12-18 FR FR1597904D patent/FR1597904A/fr not_active Expired
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