DE1948603C3

DE1948603C3 - Schmitt trigger

Info

Publication number: DE1948603C3
Application number: DE19691948603
Authority: DE
Inventors: Hartmut 8000 München Braune
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Filing date: 1969-09-25
Publication date: 1977-05-12

Description

Die Erfindung betrifft einen Schmitt-Trigger, bei dem zusätzlich zur Ste jerspannung eine vom Schaltzustand des Triggers abhängige Gegenkopplungsspannung am Triggereingang angelegt ist.The invention relates to a Schmitt trigger in which, in addition to the steering voltage, one of the switching state The negative feedback voltage dependent on the trigger is applied to the trigger input.

Der Schmitt-Trigger ist ein Schaltverstärker, d> r, abhängig vom angelegten Eingangssignal, zwei scharf unterschiedene Ausgangssignale »0« und »L« abgeben kann. Er wird daher hauptsächlich zur Signalisierung der Unter- oder Überschreitung eines bestimmten Spannungsgrenzwertes benutzt.The Schmitt trigger is a switching amplifier, d> r, depending on the applied input signal, emit two sharply differentiated output signals »0« and »L« can. It is therefore mainly used to signal that a certain voltage limit value has been exceeded or fallen below used.

Dabei ist von Nachteil, daß der Trigger in der herkömmlichen Schaltung eine gewisse Hysterese besitzt, d. h„ daß das Ausgangssignal bei steigendem Eingangssignal bei einer anderen Schwelle wechselt als bei fallendem Eingangssignal. Dazu kommt, daß mit einem Schmitt-Trigger nur die Abweichung von einem Grenzwert angezeigt werden kann. Für die Signalisierung des Über- oder Unterschreitens eines Toleranz-Streifens sind also zwei ähnliche Trigger nötig, die beide je ihre spezifische Hysterese besitzen.The disadvantage here is that the trigger in the conventional circuit has a certain hysteresis owns, d. h "that the output signal changes with a rising input signal at a different threshold than with falling input signal. In addition, with a Schmitt trigger only the deviation from one Limit value can be displayed. For signaling that a tolerance strip has been exceeded or fallen below So two similar triggers are required, each with its own specific hysteresis.

Au'g.ibe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schmitt-Triggerschaltung zu schaffen, bei der die störenden Hystereseerscheinungen vermieden werden.Au'g.ibe of the present invention is to a To create a Schmitt trigger circuit in which the disruptive hysteresis phenomena are avoided.

Der Schmitt-Trigger wird zur Lösung dieser Aufgabe gemäß der Erfindung derart ausgebildet, daß die Eingangselektrode eines dem Trigger vorgeschalteten, den Triggertransistoren komplementären Transistors mit einem Abgriff des Lastwiderstandes verbunden ist und daß die Ausgangselektrode dieses Transistors mit dem Trigger-Eingang verbunden ist.The Schmitt trigger is designed to solve this problem according to the invention such that the Input electrode of a transistor connected upstream of the trigger and complementary to the trigger transistors is connected to a tap of the load resistor and that the output electrode of this transistor with connected to the trigger input.

In der AEG-Broschüre »LOGISTAT«, Reihe I, sind auf den Seiten 95 und 96 zwar Schaltungen gezeigt, bei denen jeweils vom Ausgang eines Schmitt-Triggers auf den Eingang eine Gegenkopplung über einen ohmschen Widerstand vorgesehen ist, so daß zusätzlich zur Steuerspannung eine vom Schaltzustand des Triggers abhängige Gegenkopplungsspannung am Trigger-Eingang angelegt ist, jedoch zeigen die dazugehörigen Diagramme im Bild 9 und 10, daß mit einer derartigen Anordnung eine völlige Kompensation der Hysterese bei Schmitt-Triggern nicht erreicht werden kann. Es ist ausdrücklich zur Erläuterung zu Bild 9 auf Seite 95 gesagt, daß der ohmsche Widerstand lediglich zwischen 30 Vn und 1 ΜΩ liegen darf, wobei man aus Bild 9 ohne weiteres erkennt, daß bei diesem Wert das Verhältnis von Us2 zu Us 1 den Wert 1 nicht erreicht.In the AEG brochure "LOGISTAT", series I, circuits are shown on pages 95 and 96 in which a negative feedback is provided via an ohmic resistor from the output of a Schmitt trigger to the input, so that in addition to the control voltage a The negative feedback voltage dependent on the switching state of the trigger is applied to the trigger input, but the corresponding diagrams in Figures 9 and 10 show that with such an arrangement a complete compensation of the hysteresis in Schmitt triggers cannot be achieved. It is expressly stated on page 95 for the explanation of Fig. 9 that the ohmic resistance may only be between 30 Vn and 1 ΜΩ, whereby one can easily see from Fig. 9 that the ratio of Us 2 to Us 1 is the value at this value 1 not reached.

Gegenüber der in der »LOGISTATw-Veröffentlichung beschriebenen Schmitt-Triggerschaltung weist der vorliegende Schmitt-Trigger den Vorteil auf, daß man die Hysterese nicht nur völlig vermeiden kann, sondern, wenn notwendig, sogar die Möglichkeit besteht, eine Überkompensation vorzunehmen.Compared to the one in the »LOGISTATw publication Schmitt trigger circuit described, the present Schmitt trigger has the advantage that you can not only completely avoid the hysteresis, but even the possibility, if necessary there is an overcompensation to be made.

Gegenüber der in der deutschen Auslegeschrift 11 59 019 angegebenen Schaltung wird bei dem Trigger nach der Erfindung die Zusatzspannung in dem Moment erzeugt, in dem der Schmitt-Trigger kippt. Außerdem wird der Erfolg der Vermeidung der Hysterese ohne wesentlichen Mehraufwand und ohne Verwendung eines zusätzlichen Impulsgenerator erzielt.Compared to the circuit specified in the German Auslegeschrift 11 59 019, the trigger according to the invention, the additional voltage generated at the moment in which the Schmitt trigger flips. Besides that the success of avoiding the hysteresis without significant additional effort and without use an additional pulse generator achieved.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann der Schmitt-Trigger auch so ausgebildet sein, daß der Lastwiderstand aus einem Reiihenwiderstand und zwei zu diesem in Reihe geschalteten, mit mindestens je einem Abgriff versel enen, paraHelgeschalteten Widerständen besteht und daß der Abgriff des einen Parallelwiderstandes mit der Steuerelektrode eines als Gleichrichter arbeitenden Transistors verbunden ist, in dessen Ausgangskreis Alarmierungselemente wie Relais u. dgl. liegen.In a further embodiment of the invention, the Schmitt trigger can also be designed so that the Load resistance from a series resistance and two connected in series to this, with at least each Parallely connected resistors with one tap consists and that the tap of a parallel resistor with the control electrode as Rectifier working transistor is connected, in its output circuit alarm elements such as relays and the like.

Dabei laß« sich die Rückkopplungsspannung so ausbilden, daß sie gleich ist der Differenz aus den /· nsprechspannungen bei Spannungsanstieg und .Spannungsverminderung. Das hai den Vorteil, daß die störende Hystercs vollständig vermieden wird.The feedback voltage can be developed in such a way that it is equal to the difference between the / · Response voltages in the event of an increase or decrease in voltage. This has the advantage that the annoying hystercs are completely avoided.

Macht man die Rückkopplungsspannung größer als die Differenz aus den Ansprechspannungen beiIf you make the feedback voltage greater than the difference between the response voltages at

so Spannungsanstieg und Sparinungsverminderung, so erhält man dadurch ein drittes Ausgangssignal, wodurch an Stelle der somit üblichen zwei Zustandskriterien eine Schmitt-Triggerschaltung mit drei solchen Kriterien entsteht.so increase in voltage and decrease in savings, so this gives a third output signal, which means that instead of the two usual condition criteria, one Schmitt trigger circuit with three such criteria is created.

^ An Stelle des vorstehend genannten Transistors läßt sich als. Schalter auch ein entsprechend geschaltetes Relais verwenden.^ Instead of the transistor mentioned above, leaves yourself as. Switch also use an appropriately switched relay.

An Hand der Diagramme nach den F i g. 1 und 2 und des Ausführungsbeispiels nach Fig. 3 wird die Erfin-With the aid of the diagrams according to FIGS. 1 and 2 and the embodiment of FIG. 3, the invention

<>> dung näher erläutert.<>> explained in more detail.

Im Diagramm nach Fig. la ist, abhängig von der dreiecksförmigen Fingangsspannung u_e=i_s, ■ Ä_ft die Ausgangsspannung u, eines herkömmlichen Schaltverstärkers gezeichnet. Man sieht daraus, daß dieIn the diagram according to FIG. La, the output voltage u of a conventional switching amplifier is drawn as a function of the triangular input voltage u _e = i _s , ■ Ä _ft. You can see from this that the

'·- Schaltschwellen Ui und U\, bei denen jeweils das Ausgamgssignal wechselt, nicht gleich sind (Hysterese a). Zum Verringern der Hysterese wird eine zusätzliche Eingangsspannung (Rückkopplungsspannung) u_z=i_z ■■ '· - Switching thresholds Ui and U \, at which the output signal changes in each case, are not the same (hysteresis a). To reduce the hysteresis, an additional input voltage (feedback voltage) u _z = i _z ■■

•i• i

R_e eingeführt aber nur dann, wenn ein Ausgangssignal »L« vorhanden ist (Fig. Ib). Diese Zusatzspannung addiert sich zu u* Dadurch wird die Sehaltschwelle U₂ bereits früher erreicht, d. h.: u_e braucht nur die Größe L/3 zu erlangen. s R _e introduced but only when an output signal of "L" is present (Fig. Ib). This additional voltage is added to u *. As a result, the holding threshold U _{2 is} reached earlier, ie: u _e only needs to reach the size L / 3. s

Bei dieser Eingangsspannung schaltet der Trigger aus und bleibt so lange ausgeschaltet, bis u_c unter den Wsrt U\ gesunken lsi In diesem Moment entsteht wieder die Zusatzspannung, die beim Ausschalten des Triggers ebenfalls ausgeschaltet wurde. 1 _; At this input voltage the trigger switches off and remains switched off until u _c sinks below the value U \ lsi At this moment the additional voltage is generated again, which was also switched off when the trigger was switched off. 1 _;

Die Hysterese wird ilso durch diese Maßnahme um den Betrag von u_z verringertThis measure reduces the hysteresis by the amount u _z

In Fig. Ic ist die zusätzliche Spannung u_z2 so groß gewählt, daß sie der Differenz zwischen U\ und U₂ entspricht Hier schaltet der Trigger genau bei der n gleichen Eingangsspannung u_e=U\ = U^ pin und aus. Somit ist keine Hysterese mehr vorhanden.In Fig. Ic, the additional voltage u _{z2 is selected} so large that it corresponds to the difference between U \ and U _2. Here the trigger switches off exactly at the same input voltage u _e = U \ = U ^ pin and off. This means that there is no longer any hysteresis.

F i g. 3 zeigt die Schaltungsanordnung. Über eine Stromquelle 1 mit dem Transistor TSa, wird dem Schmitt-Trigger 3 die jeweilige Spannung zugeführt. -.. Am Lastwiderstand Pi, P₂ und R$ des Schalttransisiors Ts₂ wird ein Teil der Ausgangsspannung u_a über das Potentiometer P₁ abgegriffen. Es dient der Erzeugung des Stromes /, mit Hilfe des Transistors Tsi und dessen Emitterwiderstand Rt. Dieser Strom bewirkt zusam- :s men mit dem Steuerstrom /₅, am Eingangswiderstand R_c die Spannung u_t·+ u,. Der Strom i₂ fließt nur dann, wenn der Schalttransistor Ts₂ durchgeschaltet ist, wenn also ein Ausgangssignal »L« vorhanden ist. Die Größe von U₇ wird mit dem Potentiometer P\ eingestellt. Es ist jedoch y auch eine Variation an den Widerständen R ₈ oder R_c möglich. Die Schaltschwelle U₂... LU ist also mit einfachsten Mitteln innerhalb der beiden Grenzen U] und U₂ einstellbar. Die andere Schahschwelle L\ ist durch den Trigger selbst gegeben. Aber auch diese kann durch einfache Methoden geändert werden.F i g. 3 shows the circuit arrangement. The respective voltage is fed to the Schmitt trigger 3 via a current source 1 with the transistor TSa. - .. At the load resistance Pi, P ₂ and R $ of the switching transistor Ts ₂ , a part of the output voltage u _{a is} tapped via the potentiometer P _1. It is used to generate the current /, with the aid of the transistor Tsi and its emitter resistance Rt. This current, together with the control current / ₅ , causes the voltage u _t · + u, at the input resistance R _c. The current i ₂ only flows when the switching transistor Ts ₂ is switched on, ie when an output signal “L” is present. The size of U ₇ is set with the potentiometer P \ . However, a variation at the resistors R ₈ or R _{c is also} possible. The switching threshold U ₂ ... LU can therefore be set with the simplest means within the two limits U] and U ₂ . The other Shah threshold L \ is given by the trigger itself. But this can also be changed using simple methods.

So besteht die Möglichkeit, mit dem geringen Mehraufwand eines Transistors und einiger Widerstände die Schahschwellen eines Schmitt-Triggers fast beliebig zu verschieben. 4"So there is the possibility with the little extra effort of a transistor and a few resistors to move the Shah threshold of a Schmitt trigger almost at will. 4 "

Vergrößert man die Zusatzspannung u, über die Differenz von U\ und U₂ hinaus (Fi g. 2), so erhält man eine negative Hysterese. Dies bedeutet, daß in einem bestimmten Siieuerstrombereich am Ausgang ein drittes Signal in Form von Rechteckimpulsen entstehen kann. Erreicht die Eingangsspannung u_c-t-u_cj die Größe von Uu so wird der Schalttransistor Ts₂ gesperrt. Die Ausgangsspannung wird zu Null und damit auch die Zusa'zspannung u,j. Das Eingangssignal sinkt unter den Wert U\. Deshalb wird der Schalttransistor Ts₂ wieder leitend, und U^₃ entsteht wieder. Dieser Vorgang wiederholt sich so lange, bis u_c größer als U\ ist. Durch das fortwährende Ein- und Ausschalten des Schalttransistors Tsj entstehen am Ausgang Rechteckimpulse. Ihre Frequenz kann einfach durch KC-Glieder (z. B. durch den Kondensator Ci in Verbindung mit dem Lastwiderstand) oder durch die Frequenzabhängigkeit der verwendeten Transistoren verändert werden.If the additional voltage u is increased beyond the difference between U 1 and U ₂ (Fig. 2), a negative hysteresis is obtained. This means that a third signal in the form of square-wave pulses can arise at the output in a certain current range. If the input voltage u _c -tu _c j reaches the size of Uu , the switching transistor Ts _{2 is} blocked. The output voltage becomes zero and thus also the additional voltage u, j. The input signal drops below the value U \. Therefore the switching transistor Ts ₂ becomes conductive again, and U ^ ₃ arises again. This process is repeated until u _{c is} greater than U \ . By continuously switching the switching transistor Tsj on and off, square-wave pulses are generated at the output. Their frequency can easily be changed by means of KC elements (e.g. by the capacitor Ci in connection with the load resistor) or by the frequency dependence of the transistors used.

Der Schmitt-Trigger besitzt nun drei von der Eingangsspannung abhängige Zustände:The Schmitt trigger now has three states that depend on the input voltage:

Ausgangs
spannungStarting
voltage

EingangsspannungInput voltage

0... Lh Lk ... U\ L- 0 ... Lh Lk ... U \ L-

U, Rechteck- ü U, rectangle ü

impulse mitimpulses with

Der Schwingbereich des Triggers ist wiederum, wie vorstehend erläutert, veränderbar. So können mit einem Schmitt-Trigger fast beliebig vorgegebene Abweichungen von einem Sollwert in beiden Richtungen angezeigt werden.The oscillation range of the trigger can again be changed, as explained above. So can with one Schmitt trigger almost any given deviations from a target value are displayed in both directions will.

In F i g. 3 ist außerdem auch noch eine Auswertschalti:ng mit dem Transistor Γ55 gezeigt, mit der eine Auswertung des Schwingzustandes vorgenommen wird. Der Transistor Ts$ arbeitet als Gleichrichter. Das Relais A ist von Strom durchflossen, wenn der Betrag der Eingangsspannung zwischen U\ und L/5 liegt. Dadurch überwacht sich die Schaltung selbst (s. auch F i g. 2 unten).In Fig. 3 also shows an evaluation circuit with the transistor Γ55, with which an evaluation of the oscillation state is carried out. The transistor Ts $ works as a rectifier. The relay A has a current flowing through it when the amount of the input voltage is between U \ and L / 5. As a result, the circuit monitors itself (see also FIG. 2 below).

Das Tastverhältnis und die Frequenz der Rechteckimpulse sind abhängig von der Eingangsspannung lic Dieser Effekt kann zum einfachen Aufbau von steuerbaren Pulsgeneratoren oder zur Anschnittsteuerung von gesteuerten Gleichrichtern usw. verwendet werden.The pulse duty factor and the frequency of the square-wave pulses depend on the input voltage lic. This effect can be used for the simple construction of controllable pulse generators or for control of controlled rectifiers etc.

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Schmitt trigger, in which, in addition to the control voltage, a negative feedback voltage dependent on the switching state of the trigger is applied to the trigger input, characterized in that the input electrode of a transistor (Ts 3) connected upstream of the trigger and complementary to the trigger transistors is connected to a tap of the load resistor and that the output electrode of this transistor is connected to the trigger input

2. Schmitt trigger according to claim 1, characterized in that the load resistance consists of a series resistance (R 6) and two connected in series with this, each provided with at least one tap, parallel connected resistors (P I, P 2) and that the Tap of a parallel resistor is connected to the control electrode of a transistor operating as a rectifier, in whose output circuit alarm elements such as relays and the like are located.

3. Schmitt trigger according to one of the preceding claims, characterized in that the The feedback voltage is equal to the difference between the response voltages when the voltage rises and Stress reduction.

4. Schmitt trigger according to claim 1 or 2, characterized in that the feedback voltage is greater than the difference between the Response voltages in the event of voltage rise and voltage reduction.

5. Schmitt trigger according to claim 1, characterized in that in place of the transistor a Relay is used as a switch.