DE2000255A1 - Spannungsvergleichseinrichtung - Google Patents

Description

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Vln/au München-Pullach, 5. Januar 1970

THE BENDIX COSPORATION, Executive Offices, Bendix Center, Southfield, Michigan 48075, USA

Sp annung svergleichs einrichtung

Die Erfindung betrifft Spannungsvergleichseinrichtungen und ins- % besondere eine Einrichtung, um feststellen zu können, ob eine unbekannte Spannung innerhalb eines gegebenen Spannungsbandes (Fenster) liegt, wobei die Spannungsbandbreite und der absolute Pegel des Bandmittenpunktes verändert werden kann.

Spannungsvergleicher sind gut bäcannt und sie bestehen gewöhnlich aus einer Schaltung, die einen Spannungspegel mit einem anderen vergleicht und ein Ausgangssignal erzeugt, wann immer ein Spannungspegel, gewöhnlich ein unbekannter Spannungswert, den anderen überschreitet, wobei dieser andere Spannungswert üblich ein Bezugsspannungswert ist. Hr einige Vergleichs-Anwendungsfälle wird der Bezugsspannungswert innerhalb der Grenzen λ des Vergleichers geändert, so daß nunmehr der unbekannte Spannungswert mit einem Bezugsspannungswert verglichen wird, der in einer bekannten Weise geändert wird.

Mit Ausnahme der zuvor erwähnten Beziehung ist das Ausgangssignal des Vergleichers gewöhnlich von den Eingangsspannungswerten unabhängig, d.h. es besteht kein Interesse daran, als Ausgangeignal des Vergleichers irgendeinen Teil der Eingagsgrössen in den Vergleicher zu reproduzieren. Das Ausgangssignal aus dem Vergleicher kann z.B. aus einer plötzlichen Verschiebung von einem bestimmten ruhenden Spannungswert aus bestehen und zwar auf einen anderen Spannungswert, was im Moment des richtigen

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Vergleichs erkannt wJbd und der Spannungswert verbleibt dann auf diesem ruhenden Wert, bis der richtige Vergleich nicht weiter durchgeführt wird.

Bei der Verwendung mehrerer Vergleicher weist jeder Vergleicher eine unterschiedliche Bezugsspannung zusammen mit der unbekannten Spannung auf, so daß ein oder mehrere Spannungsfenster erzeugt werden und durch die Bezugsspannungswerte definiert sind. Die Vergleichereinrichtung, die so aufgebaut ist, zeigt die allgemeine Lage des unbekannten Spannungswertes an und zwar entweder innerhalb oder aus aarhalb des Spannungsfensters. Dieser Typ einer Vergleichereinrichtung ist natürlich bei der Bestimmung wertvoll, ob eine unbekannte Spannung innerhalb eines bestimmten Spannungsbandes liegt.

Bei bekannten Anzeigesystemen für Flugzeuge, die die Entfernung zu einem anderen Flugzeug anzeigen und bei denen es wünschenswert ist in einem dadurch geschützten Flugzeug feststellen zu können, ob ein in die unmittelbare Nachbarschaft eindringendes Flugzeug in seiner Höhe naheliegt, so daß eine Kollisionsgefahr besteht, sendet jedes Flugzeug in einem regelmässigen bestimmten Schema eine Information über seine eigene Höhe. Ein Empfänger in jedem Flugzeug empfängt die Nachricht und konvertiert die empfangene Höheninformation in eine Spannung, die proportional zur Höhe des Eindringlings ist. Die Spannung entsprechend der Höhe des Eindringlings wird mit einem Spannungsfenster verglichen, dessen mittlerer Wert proportional zur Höhe des geschützten Flugzeugs ist und dessen Breite proportional zu einem Höhenband ist, innerhalb welchem ein Eindringling, d.h. wenn dessen Höhe in diesem Bereich fällt, für das geschützte Flugzeug eine Kollisionsgefahr darstellen würde. Es sei an dieser Stelle hervorgehoben, daß es nidfc erforderlich ist, den Absolutwert der Höhe (Spannung) des Eindringlings festzustellen, sondern daß es nur erforderlich ist, ob die Höhe des Eindringlings innerhalb eines bestimmten Höhenbereiches (Spannungsbereiches) des ge-

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schützten Flugzeugs liegt. Es ändert sich natürlich die Höhenspannung des eindringenden Flugzeuges in demselben Maße wie die Höhe dieses Eindringlings. Wenn sich de Höhe des geschützten Flugzeuges ändert, muß sich auch das mittlere Spannungshöhenband ändern.

Für den zuvor geschilderten Anwendungsfall und ähnliche Anwendungsfälle ist es erforderlich, eine Spannungsvergleichseinrichtung zu schaffen, mit der man feststellen kann, ob eine unbekannte Spannung innerhalb eines Spannungsbandes liegt und zwar um einen Bezugsspannungswert herum, wobei sich dieser Bezugsspannungswert ändern kann.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung richtet sich auf die Schaffung einer Vergleichseinrichtung, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, wann immer ein unbekannter Spannungswert innerhalb eines bestimmten Spannungsfensters liegt.

Die Erfindung sucht ebenso eine Vergleichseinrichtung zu schaffen, die ein Ausgangssignal erzeugt,wann immer ein unbekannter Spannungswert innerhalb eines bestimmten Spannungsfensters liegt und wobei der mittlere Wert des Spannungsfensters durch einen Bezugsspannungswert bestimmt wird.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht ebenso darin, eine Vergleichseinrichtung eines Typs zu schaffen, wie dieser beschrieben wurde, wobei sich der Bezugsspannungswert ändern kann.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist auch in der Schaffung einer Vergleichseinrichtung des beschriebenen Typs zu sehen, bei dem eine Übertragung oder Umsetzung des Spannungsfensters die Breite des Spannungsfensters nicht beeinflußt.

Nach der vorliegenden Erfindung wird eine Vielzahl von Vergleicherelementen geschaffen, die Eingänge mit einer hohen Impedanz

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aufweisen. Jede Vergleichseinrichtung empfängt als eine Eingangsgröße einen unbekannten Spannungswert, der identifiziert werden soll. Eine Kette von Widerständen, die in Reihe geschaltet sind, werden von einer konstanten Stromquelle aus versorgt und diesen ist in der Nähe des Mittelpunktes dieser Kette die Bezugsspannung aufgedrückt. Es soll später genauer erklärt werden, in welcher Weise diese Bezugs spannung den Wert eines resultierenden Spannungsfensters festsetzt und diese Bezugs spannung soll daher als Fenster-Spannungswert bezeichnet werden. Punkte zwischen der Widerstandskette sind an einen Eingang jedes der Vergleicherelemente angeschlossen und zwar als Sekundärbezugsanschluß in solcher Weise, daß die gewünschten Spannungsfenster dadurch definiert werden. Eine darauffolgende Verschiebung der Bezugsspannung bewirkt, daß die Spannungen an den zuvor erwähnten Zwischenpunkten der Widerstandskette sich in gleicher Richtung verschieben und ebenfalls um den gleichen Betrag. Da, wie zuvor geschildert wurde, die Spannung an diesen Zwischenpunkten die sekundären Bezugsspannungen darstellen, werden die daraus resultierenden Spannungsfenster ebenfalls verschoben, ohne daß sich dabei die Breite dieser Fenster verschiebt.

Durch Veränderung der Stromgröße, der durch die Widerstandskette fließt, oder durch Änderung der Widerstandswerte der einzelnen Widerstände in dieser Kette, ist es möglich, zusätzlich die Spannungsfensterbreite wie gewünscht zu verändern.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Hinweis auf die Zeichnung, deren einzige Figur schematisch einen Schaltplan einer SpannungsVergleicheranordnung nach der vorliegenden Erfindung zeigt.

In der einzigen Figur ist eine Widerstaafekette gezeigt, die aus den Widerständen R₁, R₂, R₃, R₄, R₅ und R₆ besteht, wobei diese

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Widerstände in Beine geschaltet sind und es sind weiter Feldeffekttransistoren 17 und 18 zwischen Spannungsquellen Δ+ und A- anschlössen. Der Feldeffekttransistor 17 zusammen mit dem Widerstand R_x., als auch der Feldeffekttransistor 18 zusanmen mit dem Widerstand R₂ stellen Konstantstromquellen dar, die einen konstanten Strom in die Widerstandskette einspeisen, so daß die Spannungen V^, Vp, V^ und V^ an den Zwischenpunkten 20, 21, 22 und 23 in der Widerstandskette jeweils erscheinen.

Eine Vielzahl an Vergleicherelementen, in diesem spezifischen Ausführungsbeispiel vier Vergleicherelemente 40-4-3, die von ^ irgendeinem bekannten Typ sind, stellen die logische Schaltung nach der vorliegenden Erfindung dar. Jedes Vergleicherelement weist einen Eingang mit hoher Spannung, großer Impedanz, wie z.B. die Eingänge 40a, 41a, 42a und 43a auf und ebenso einen Eingang mit niedriger Spannung, hoher Eingangsimpedanz, wie z.B. die Eingänge 40b, 41b, 42b und 43b. Ein Vergleicherelement erzeugt ein Ausgangssignal und zwar am Ausgangsanschluß, wie z. B. dem Anschluß 40c, 41c, 42c oder 43c, wann immer die Spannung am Eingang mit der hohen Spannung kleiner als die Spannung an dem entsprechenden Eingang mit niedriger Spannung ist.

Eine unbekannte Spannung, die erfaßt werden soll, wird an den | Anschluß 30 gelegt und gelangt damit zu den Vergleicherelementen bzw. den Eingängen 40a und 42a mit der hohen Spannung und ebenso an die Vergleicherelemente an den Eingängen mit der niedrigen Spannung, d.h. 41b und 43b.

Eine primäre Bezugsspannung V™, die an früherer Stelle als Fenster-Spannungswert bezeichnet wurde, da sie den Spannungswert des Spannungsfensters der Vergleichseinrichtung bestimmt, wird an dem Zwischenpunkt 25 der Widerstnndskette angelegt. Die Spannungen V₁, V₂, V, und V^, die als Sekundärbezugsspannungswerte bezeichnet werden können, da sie die Endgrenzen der Spannungsfenster bestimmen, werden an die Vergleicherelemente in folgender

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Weise angelegt. V. wird an den Niederspannungseingang 40b angelegt. Vp wird an den Niedeispannungs-Eingang 42b angelegt. V-, wird an den Hochspannungs-Eingang 43a und V. wird an den Hochspannungs-Eingang 41a angelegt.

Wie bereits erwähnt wurde, weisen die Eingänge der Vergleicherelemente eine charakteristische hohe Eingangsimpedanz auf und dadurch wird ein vernachlässigbarer Strom gezogen, was bedeutet, daß ein vernachlässigbarer Strom aus der Widerstandskette dadurch gezogen wird, so daß der Strom (i^) durch jedes Widerstandselement der Widerstandskette im wesentlichen gleich dem Strom ist, der von allen Widerstandselementen der Widerstandskette gezogen wird bzw. hindurchfließt und zwar ungeachtet des Wertes von V_1n. Es gelten somit die folgenden Beziehungen:

V₁ -V₁H ₊ I₁ (H₃ + R₅) (D

V₂ - V_{1n +} X₁ E₅ (2)

^V3 ^{β V}IN - ¹I ^E6 <*>

V₄ - V_1n - I₁ (R_{6 +} R₄) (4)

Aus den zuvor angegebenen Beziehungen geht hervor, daß eine Veränderung von Vj_n eine identische Änderung (in desselben Richtung und um denselben Betrag) von V₁, V_, V, und V₄ zur Folge hat, unter der Voraussetzung, wie dies in diesem Fall zutrifft, daß der Strom durch die verschiedenen Widerstände der Widerstandskette konstant bleibt. Für die hier veranschaulichte Ausführungsform gilt zusätzlich:

^V1 >^V2 >^VIN >^V3 >^V4

wobei V₁, V₄ und V₂, V, die Grenzender gewünschten Spannungsfenster definieren.

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Es sei hervorgehoben, daß die Ausgangsanschlüsse 40c und 4-1 c des Vergleicherelements an die Eingänge des UND-Gatters 45 angeschlossen sind, während die Ausgangsanschlüsse 42c und 43c des Vergleicherelements an die Eingänge des WD-Gatters 46 angeschlossen sind. Es sei auch daran erinnert, daß ein Vergleicherelement ein Ausgangssignal erzeugt, wann immer die Spannung am Hochspannungseingang kleiner als die Spannung am Niederspannungs-Eingang ist. Es erscheint demzuiöLge ein Ausgangssignal am Gatter 45 bzw. dem Ausgangsanschluß 47, wann immer:

V₁ > V (unbekannt) > V₄

d.h., wann immer die unbekannte Spannung zwischen V. und V^ liegt. Darüber hinaus erscheint eine Ausgangsgröße am Gatter 46, d.h. am Ausgangsanschluß 48, wann immer:

V₂ > V (unbekannt) > V

d.h., wann immer die unbekannte Spannung zwischen Vp und V^ liegt. Demzufolge definieren V. und V^, ein Spannungsfenster, das V^JJ enthält, während V₂ und V, ein anderes, jedoch kleineres Fenster definieren, das ebenso Vj^ enthält. Bei der Verwendung in einem Anzeigesystem eines Flugzeugs, das fiber die Nähe eines weiteren Flugzeugs Aufschluß gibt, besteht z.B. das Spannungsfenster, das durch V^ und V^ definiert ist, aus einem Höhen-Spannungsfenster, das entsprechend der Höhe des geschützten Flugzeugs, bzw. um diese Höhe gelegen ist, die durch V™ definiert ist, innerhalb welchen Höhenbereiches ein Eindringling eine Kollisionsgefahr darstellt, während das Spannungsfenster, das durch V. und V. definiert ist, ein größeres "Höhenfenster" um die Höhe des geschützten Flugzeugs darstellt. Ein Eindringling, dessen Höhe licht in das Fenster fällt, das durch V₂ und V, definiert ist, dessen Höhe jedoch innerhalb des Fensters fällt, das durch V. und V^ definiert ist, stellt eine mögliche Kollisionsgefahr dar.

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Betrachtet man die Gleichungen (1), (2), (3) und (4), so sei darauf hingewiesen, daß die Spannungsfenster verbreitert oder verschmälert werden können und zwar in einer Gruppe, indem man i- jeweils vergrößert oder verkleinert und zwar kann dies auf irgendeine bekannte Weise vorgenommen werden, während die Spannungsfenster in ihrer Breite individuell verändert werden können, indem man den Widerstandswert verändert. Wenn natürlich Vjjj alleine variiert wird, bleibt die Breite jedes Spannungsfensters konstant.

Obwohl die Erfindung in Verbindung mit einem bestimmten Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, d.h. in Verbindung mit einem Anzeigewarnsystem, so ist offensichtlich, daß die zuvor übermittelte Lehre auch zur Lösung anderer oder ähnlicher Probleme verwendet werden kann, ohne dabei den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Sämtliche in der Beschreibung erkennbaren und in den Zeichnungen daxgestellten technischen Einzelheiten sind für die Erfindung von Bedeutung.

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Claims (7)

1. Patentansprüche

   Spannungsvergleicheranordnung mit einer primären Bezugsspannungsquelle und einer Quelle einer unbekanten Spannung, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung folgendes enthält: eine auf die primäre Bezugsspannung ansprechende Einrichtung zur Erzeugung einer Vielzahl sekundärer Bezugsspannungen, die ein bestimmtes Verhältnis zur primären Bezugs spannung aufweisen, weiter eine VielzäüL an Sp annungsver gleicher elementen mit Hochimpedanz-Eingängen, wobei jedes dieser Elemente als eine Eingangsgrösse eine der sekundären Bezugsspannungen und als eine zweite Eingangsgröße die unbekannte Spannung empfängt und jedes der Vergleicherelemente ein Ausgangssignal erzeugt, wenn eine be stimmte Eingangsgröße der Eingangsgrößen die andere der Eingangs größen überschreitet.
2. 2. Spannungsvergleicheranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Erzeugen einer Vielzahl von sekundären Bezugsspannungen folgendes enthält: eine Konstant stromquelle; eine Widerstandskette, die mit der Konstantstromquelle in Reihe geschaltet ist und eine Vielzahl von zwischenliegenden Anschlußpunkten aufweist, wobei die primäre Bezugsspannungsquelle an einen der zwischenliegenden Anschlußpunkte angeschlossen ist und die skundären Bezugsspannungen von den zwischenliegenden Anschlußpunkten abgegriffen sind.
3. 3. Spannungsvergleicheranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Konstant stromquelle eine DC-Spannungsquelle ist und Feldeffekttransistoren aufweist, die eine Drain- und Source- und eine Steuerelektrode aufweisen, wobei der Source -Drain-Kreis dieser Feldeffekttransistören in Eeihe zu der Widerstandskette geschaltet sind und die Steuerelekr-troden dieser Feldeffekttransistoren an bestimmte Anschlußpunkte in der Wider-

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   standskette angeschloseen sind.
4. 4. Spannungsvergleicheranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine gerade Anzahl an sekundären Bezugsspannungen erzeugt ist und die primäre Bezugsspannung anaie Widerstandskette an einem ersten Anschlußpunkt angeschlossen ist und daß eine Hälfte der sekundären Bezugsspannungen von den zwischenliegenden Anschlußpunkten oberhalb des ersten Anschlußpunktes abgegriffen sind und die andere Hälfte der sekundären Bezugsspannungen von den zwischenliegenden Anschlußpunkten unterhalb des east en Anschlußpunktes abgegriffen sind.
5. 5. Spannungsvergleicheranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die sekundären Bezugsspannungen aus einer Vielzahl an Spannungswerten bestehen, die sich von einem höchsten Spannungswert bis zu einem niedrigsten Spannungswert in Stufen erstrecken.
6. 6. Spannungsvergleicheranordnung nach Anspruch 5, daduch gekennzeichnet, daß ein Vergleicherelement flr jede sekundäre Bezugsspannung vorgesehen ist und daß ein erstes der Vcgleicherelemente als eine Eingangsgröße die höchste der sekundären Bezugsspannungen empfängt und ein zweites der Vergleicherelemente als eine Eingangsgröße die niedrigste der sekundären Bezugsspannungen empfängt, und daß weiter eine erste Gatterschaltung vorgesehen ist, die die Ausgangsgrößen aus den ersten und dem zweiten Vergleicherelement zum Erzeugen eines ersten Ausgangssignals empfängt, wann immer die unbekannte Spannung innerhalb des Spannungsfensters gelegen ist, das durch die höchste und die niedrigste sekundäre Bezugsspannung definiert ist und da3 das exte und das zweite Vergleicherelement und die erste Gatter schaltung eine erste Fenstervergleichseinrichtung darstellen.

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7. 7. Spannung£vergleicheranordmM?3 sack At esoruok 6_S a&liWGh. ge kennzeichnet, daß zusätzlich, andere Fens tungen vorgesehen sind, wobei ijsc.e aioser S einrichtungeii folgendes enthält; eia drittes ment, das als eine Eingangsgröße eine dritte sekundäre Eesugsspannung empfängt, die von dex^ Widerstandskette as einem bestimmten zwischenliegenden Abgriffspunkt oberhalb der pi?iffi.3j?en Beziagsspannung abgegriffen ist; ein viertes ¥ergleieiiex'el©ment, das als eine Eingangsgröße eine vierte sekundäre Bs-sugsspaimung empfängt, die von der Widerstandskette zahlesimässig von demselben zwischenliegenden Abgriffspimkt unterhalb der primäim Bezugsspannung abgegriffen ist; eine zweite Gatterschaltung., die die Ausgangsgrößen aus dem dritten und vierten Ifergleicherelement zum Erzeugen eines zweiten Ausgangssignals empfängt, wann immer die allbekannte Spannung innerhalb des Fensters gelegen ist, das durch die dritte und vierte der sekundären Besugsspannungen definiert ist«

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