DE2009436A1 - Schwellenwertschaltung - Google Patents

Description

IBM Deutschland internationale Büro Maschinen GeselUchaft mbff Anmelderin: International Business Machines Corporation, Armonk, N.Y.

Amtl. Akten«eichen: - ~ Neuanmeldung - '*'-Aktenzeichen der Anmelder in: - - pocket OW 969 CX)I ■ ^: ■■

Schwellenwertschaltung

Erfindung betrifft eine Schwellenwertschaltung mit einer gegenüber EingangssignalverÄnderungen stabilisierten Schwellspannung, bestehend aus einem Differentialverstärkerf dessen beide Eingänge je nit einem Gleichvorspannungsnetxwerk au» Einstellen der Schwellspannung verbunden sind, und bei der das Eingangssignal wechselspannungsmäßig an einen der beiden Differentialveratärkereingänge angekoppelt ist.

Derartige Schwellenwertschaltungen unter Verwendung von Differentialverstärkern sind an sich bekannt. Bei diesen Schaltungen trat jedoch bisher stets das Problem auf, daß die die eigentliche Größe der Schwellspannung bestimmende Gleichvorspannung der Differentialverstärkereingänge sich, änderte, wenn der Gleichanteil des Wechselspannungseingangssignals sich änderte. Ein derartiger an sich unerwünschter Driftvorgang tritt z. B. auf, wenn sich bei einem impulsmäßigen Eingangssignal das Tastverhältnis oder die Impulswiederholungsfrequenz ändert. Das hat zur Folge, daß am Ausgang einer derartigen Schwellenwertschaltung kein Signal auftritt, obwohl die Amplitude des

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Eingangssignal* über dem nominellen Schwellenwert liegt.

fs i«t daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schwellenwertschaltung aniugeben, bei der die Amplitude des Schwellenwerte auch bei «ich Ändernden Eingangaaignalen konstant bleJJbt. Ef kann sich dabei durchaus der absolute Wert der Schwellenpotentiale andern, wenn nur gewährleistet ist, daß d4.f Potentialdiffereni und damit die eigentliche Schwellspanöung konstant bleibt. Schließlich toll diese Verbeseerung mit relativ einfachen Mitteln ersielt werden, und insbesondere keine Änderungen an des eigentlichen Differenzialverstärker erforderlich Machen.

Ausgehend von einer Schwellenwertschaltung, bestehend aus einen Differentialverstärker, dessen beide Einginge je mit eine» Gleichvorspannungsnetswerk xum Einsteilen der Schwellspannung verbunden sind, und bei der das Eingangssignal wechselspannung»- mäßig an einen der beiden Differentialverstärkereingänge angekoppelt ist, ist die erfindungsgenäse Lösung dadurch gekennzeichnet, dai die beiden Singinge de« Differentialverstlrkers Ober ein elektromagnetische Energie speichernde« Bauelement miteinander verbunden sind, derart, daß da« Potential an dem nicht mit dem !Eingangssignal beaufschlagten Oifferentialverstfrkereingang dem Potential am anderen Differentialverstärkereingang entsprechend folgt·

Ein vorteilhafte« AusfUhrungsbeispiel der Erfindung besteht darin, daß die beiden Eingänge des Differentialverstärkers über eine Induktivität miteinander verbunden sind. Schließlich ist vorgesehen, daß in Reihe mit dem elektromagnetische Energie speichernden Bauelement ein Wirkwiderstand geschaltet ist und diese Reihenschaltung parallel su den beiden Differentialverstärkereingängen liegt.

Die Erfindung soll im folgenden anhand eine« Ausführungsbeispiels unter Zuhilfenahme der Zeichnungen näher erläutert wer-

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OHiGHNAL INSPECTED

Fig. 1 ein teilweise im Blockschaltbild dargestelltes Ausfüh-

rungsboispiel der erfindungegemJißen Schwellenvertechal-■ tüitgj . -\ -^V;> ■_;■·■ ^; _v- ■:·-- -· -'-:>:.-·■;-:·■■ .-. . -; ^:: ■ ._;-

Fig. 2 idealisierte Spannungeverlaufe, die bein Betrieb der

Fig. 3 ein weiteres Auaführungsbeispiel der erfindungsgeiaäBen Schaltung* ' -■- -."■'■" "-"" '' ^; ■:-■■ ■'" " ,·■-"■ -------

Die in Fig* 1 dargestellte Schwellenwertschaltung 10 besteht aus einer Vergleichseinrichtung 11, die al· Differentialverstärker realisiert ist. Die Vergleichseinrichtung 11 weist tvei Eingangsklemnen 12 und 13.auf-, die Üblicherweise als invertierender und nicht invertierender Eingang bezeichnet werden. Über ein mit 14 bezeichnetes Vorspannetrwerk werden die entsprechenden Gleichvorspannungen an den Eingangskleraroen 12 und 13 erieugt. .--.^- ■■■■■%. --:., - :- ,^.^^ ^- ;- ^; ■;;'";■' -. ■ -"-

Das Vorspannet«werk 14 besteht Us einzelnen aus den beiden Stronbegrensungswiderstftnden 15 und 16, die über die IClemmen 17 bstr. 18 an die daran angeschlossenen Spannungequellen Vl und V2 angeschloeeen sind; Beiüglich seines anderen Anschlusses ist der Widerstand 15 im Verbindungepunkt 19 mit der Eingangs** kleaene 13 und Über den Koppe!kondensator 21 mit dem Signaleingang 20 verbunden. An den Signaleingang 20 wird das Eingangssignal E_£IN gelegt. In Reihe mit dem Widerstand 16 liegt der Verbindungepurkt 24 sowie das Potentiometer 22. Der Abgriff des Potention ("te steht in Verbindung mit der Klemme 12.

Erfindungsgr i^ist zusatzlich eine Stabilisierungsschaltung vorgesehen, mit der der Schwellenwert der Vergleichseinrich-

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tung 11 auf einem konstanten Wert gehalten wird, und zwar unabhängig von einer durch das Tastverhältnis des Eingangssignals E„_TB bedingten Drift der Gleichvorspannung. Diese Schwellen-Wertstabilisierung wird vorzugsweise durch Einschalten einer Induktivität 25 parallel zu den Eingangsklemmen 12 und 13 des Differenzialverstärker erzielt. Wie in Fig. 1 dargestellt, 1st die Induktivität 25 mit der Klemme 13 über den Verbindungspunkt und mit der Klemme 12 über das Potentiometer 22 verbunden. Die in Serie geschalteten Bauelemente 22 und 25 können jedoch auch vertauscht werden, so daß das Potentiometer 22 mit dem Verbindungspunkt 19 und folglich der Abgriff 23 mit der Eingangsklemxne 13 sowie die Induktivität 25 mit der Eingangsklemme 12 in Verbindung stünde.

Als Vergleichseinrichtung 11 kann beispielsweise ein im Handel als integrierter Schaltkreis erhältlicher Differentialverstärker verwendet werden, dessen Kleiunen 26 und 27 an entsprechende Versorgungsspannungen VCCI und VCC2 und dessen Klemme 26 an Massepotential anzuschließen ist. Das Ausgangssignal E_AÜS steht an der Ausgangsklemme 29 zur Verfügung.

Für be st Icon te Anwendung 1st es wünschenswert, das Ausgangssig- nal E_AUS einem bistabilen Schaltkreis zuzuführen. In Fig. 1 ist folglich eine Verrieglungsschaltung 30 dargestellt, deren Eingang wahlweise über einen Schalter 31 mit der Ausgangsklemme 29 der Vergleichseinrichtung 11 verbindbar ist, wobei das Ausgangssignal an der Klemme 30a entnommen werden kann.

Anhand der in Fig. 2 dargestellten Spannungsverlaufe soll im folgenden die Arbeitsweise der erfindungsgenfißen Schwellenwerteinrichtung 10 näher beschrieben werden. Durch den Spannungsverlauf A in Fig. 2 wird «in lmpulsförmiges Eingangssignal E-,.., dargestellt, das während der Zelt TA «in festes Tastverhältnis aufweis . In einzelnen weisen die Inpulse 32 bis 34 des Eingangs signale Eg₁J. während der Zelt TA eine konstante Impulsdauer Wl bei einer Wiederholung«frequenz von l/T auf. Der Span-

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X.

nungsverlauf B In Flg. 2 zeigt den Einfluß eines derartigen Eingangssignal* auf die an den Eingangsklernten 13 bxw. 12 anliegenden Vorspannungen El bzw. E2.

Ohne ein Eingangssignal E„_TM an der Klemme 20 werden an den Eingangsklemmen 12 bzw. 13 der Vergleichseinrichtüng 11 über die Spannungsquellen Vl und V2 entsprechende Gleichspannungs-Potentiale 35 bzw. 36 auftreten. Durch die Potentialdifferenz an den E ingangsk leimen 12 und 13 wird der oben erwähnte Schwellenwert Vt der Vergleichseinrichtung 11 bestimmt. Tritt jedoch ein Eingangssignal E_E1„ an der Klemme 20 auf» verschiebt sich während der Impulszeit dieser Gleichepannungsschwellenwert an den Klemmen 12 und 13. Auf diese Weise haben sich die Gleich-Vorspannungspotentiale an den Klemmen 12 und 14 während der Zeit TA verschoben, wie in Fig. 2 durch die horizontal verlaufenden unterbrochenen Linien 35' bzw. 36' gezeigt ist. Infolge des erfindungsgemäß eingeschalteten Stabilieierungsnetzwerks 25 bleibt die Größe der Schwellspannung Vt an den Eingangskleamen 12 und 13 jedoch konstant.

In einzelnen ist aus Fig. 2 zu erkennen, daß während der IeIt TA und zwar vor dem Zeitpunkt ti da* Einganf*signal E_81n den Wert 37 aufweist, der jedoch zu klein ist, um die Schwellspannung Vt der Vergleichseinrichtung 11 zu Übersteigen. Folglich weist das im Spannungsverlauf C dargestellte Ausgangssignal E_os wahrend dieser Zeit Nullpotential 38 auf. Zum Zeitpunkt ti tritt das Eingangesignal E_£IN an Klemme 20 mit der Amplitude Vx auf. Ein entsprechender Spannungsanstieg um Vx tritt unmittelbar an der Kieme 13 im Verlauf der Spannung El auf. Durch die eingeschaltete Induktivität 25 steigt jedoch die Spannung E2 an der Eingangsklenime 12 exponentiell an. Während der Impulsdauer Wl des Eingangssignalimpulses 32 sinkt die Spannung El ab, während die Spannung E2 exponentiell ansteigt. In dem Zeitintervall tl-t2 ist die Spannung El grSAer als E2, so daß während dieser Zeit ein Ausgangsimpuls 39 an der Klemme

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29 erscheint. Zum Zeitpunkt t2 ist die Spannung El unter den Wert der Spannung £2 abgesunken, so daß der Impuls 39 beendet wird und das Ausgangssignal E-_us ^auf ^⁶¹* **^rt 38 surQckkehrt.

Zum Zeitpunkt t3 ist der Eingangsimpuls 32 beendet und das Eingangssignal E _ nimmt wieder den ursprunglichen Pegelvert 37 an. Als Folge davon tritt auch im Spannungsverlauf El ein entsprechender Spannungsabfall Vx auf. Die Spannung El kehrt auf ihren Dauerwert 36 zurück, da die in der Induktivität 25 infol-P ge des angelegten Eingangsiinpulses gespeicherte Energie abgebaut 1st. In gleicher Weise kehrt auch die Spannung E2 nach dem Ende des Eingangsimpulses 32 auf ihren Ausgangswert 35 zurück. Diese geschilderten Spannungsverhlltnisse bleiben bis zun> Auftreten des nächsten Impulses 33 bestehen, wobei sich dann der oben beschriebene Vorgang wiederholt.

Zur Erklärung der vorteilhaften Eigenschaften der erfindungsgeraäßen Schaltung sei nun angenommen, daß während der Zeit TB das Tastverhältnis des Eingangssignal·« ^Bjuj gelodert ist. £· sei ferner angenommen, daß dl« Änderung des Tastverhältnis··· durch eine erhöhte Impulsdauer K2 des Eingangsiapulses bedingt ^ ist. So ist ist Spannung·verlauf A die Impulsdauer W2 größer al· die Impulsdauer Wl. Al· Folg· davon sind während d«x Zeit TB die Gleichvorspannungspegel an den Klemmen 12 und 13 wiederum verschoben, was im Spannungsverlauf B durch die unterbrochenen Linien 35" und 36'' gezeigt ist. Es bleibt jedoch wiederum d«r absolute Wert der Schwellspannung Vt aus den oben erwähnten Grün' den konstant. Zum Zeltpunkt ti' tritt ein EingangssiÄpuls 40 auf, der einen entsprechenden Spannungsanstieg um ά·η Wert Vx bezüglich der Spannung El an der Klemme 13 zur Folg· hat. Di· Spannung E2 an der Klemme 12 beginnt wiederum exponentie11 antust«igen, während die Spannung Sl an der Klemme 13 abfällt. Im Zeitintervall tl'-t2' ist die Spannung El größer als E2. Folglich tritt wahrend dieser Zeit «in Ausgangssignal in Fora des Impulses 41 auf, was im Spannungsverlauf C dargestellt ist. Sobald di· Spannung E2 den Wert der Spannung El sua Zeitpunkt

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t2* überschreitet, endet der Ausgangsimpuls 41 und auf der Ausgangs leitung «teilt sich wieder der ursprüngliche Pegel 30 ein.

Ium Seitpunkt t3V endet der Eingangsimpuls 40 und das Eingangssignal geht wieder auf den Auegangspegel 37 surflck. Entsprechend sinkt auch sofort die Spannung El ab, um anschlieftend auf Ihren Ausgangswert 36 ansustsigen, während die Spannung B2 In der bereits oben geschilderten Welse ebenfalls auf Ihren Ausgangewert 35 absinkt. Auch diese SpannungsVerhältnisse bleiben bis sum Eintreffen des nächsten Elngangslmpulsee 42 bestehen, wobei sich dann der eben beschriebene Vorgang wiederholt. .

% In ähnlicher Welse wie die Änderung der Impulsbreite und damit des Tastverhältnlseee wirken sich bezuglich der Gleichvorspannungedrift auch andere Parameter aus, ζ. B. eine sich ändernde Periodendauer oderXs$mlswladerholunqefrequenz und/oder verschiedene Amplituden des EingangesIqnals E_rTT.. Die Änderung dieser parameter hat «war entsprechende änderungen der Glelchvorspannungspegel an den Klemeen 13 und 13 swr Folge, der Wert der Schwellspannung Vt bleibt jedoch konstant. Darüber hinaus ist durch das Vorhandensein der Induktivität 25 gewährleistet, daß bei einen genügend groflen Eingangssignal die Spannung El sofort grüner als E2 wird, so daβ am Ausgang 29 der Vergleicheeinrichtung 11 sofort ein entsprechendes Ausgangssignal erscheint. Aufgrund dieser Tatsache ist es besonders zweckmäßig, die Verrleglungsschaltung 30 mit dem Ausgangsβlern al der Vergleichseinrichtung Il *utriggern.

In Flg. 3 1st «lh weiteres Aueführungebeispiel der Erfindung 'dargestellt. Bei dem mit 11a bezeichneten Doppelschaltkreis aus einem Differentialverstärker als Vergleichseinrichtung und einer Verrieglungsschaltung handelt es sich wiederum um einen im Handel erhältlichen Schaltkreis. Die zu den Schaltelementen in Flg.i entsprechenden Schaltungselemente aind in Fig. 3 entsprechend bezeichnet. So sind beispielsweise sit 12a und 13a die beiden Elngaagskleewen der Versleicheeinrichtung beieichcet.

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Die Klemnen 43 und 44 sind die Eingangsklemmen der Verrlegelungsschaltung. Das Ausgangsslgnal der Schaltung 11a kann an der AusgangskleasM 30a¹ abgeommn werden. Die beiden durch das Blockschaltbild 11a dargestellten Schaltkreise können über die weiteren Anschlüsse 48 und 49 gegebenenfalls als Tastverstärker betrieben werden. BrflndungsgemäB liegt parallel su den Eingangskleimen 12a und 13a eine Reihenschaltung aus dem Potentiometer 22a und der Induktivität 25a, wobei mit dem Eingang 13a der Abgriff des Potentiometers 22a verbunden ist. ρ Das allgemein mit 14a bezeichnete Vorspannetzwerk besteht aus den hintereinander geschalteten Strombegrenzungswlderstinden 15a-15b und 16a-16b, an die über die Klemmen 17a bzw. 18a entsprechende Spannungsquellen Vl bzw. V2 angeschlossen sind. Der Widerstand 15b ist über den Verbindungspunkt 19a, das Potentiometer 22 und den Abgriff 23a alt der Eingangsklerme 19a verbunden. Das Eingangssignal B* _„ wird an die Klemme 20a angelegt, und über den Koppelkondensator 21a auf den erwähnten Verbindungspunkt 19a geführt. Der Widerstand 16b steht über dem Verbindungspunkt 24a mit der Eingangsklemne 12a und der Induktivität 25a in Verbindung.

^ Die Induktivität 25a stabilisiert die Schwellspannung bezüglich der Bingangskleimen 12a und 13a. Das Vorspannetzwerk 14a erseugt susamaen mit den Eingangssignal ^E'_LIiJ die an den Klemmen 13a bsw. 12a auftretenden Vorspannungen Bl' und E2* in der bereits in Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen Weise. Der Ausgang 30a des zu den Eingangeklemmen 12a und 13a gehörigen Differentialverstlrkers 1st über die Leitung €0 auf die Eingangsklemme 43 der Verriegelungsschaltung gekoppelt. Der als Vergleicheeinrichtung benützte Differentialverstärker liefert dann ein Ausgangsslgnal, wenn das Eingangssignal ^E'_EIN <**·· Schwellspannung zwischen den Elngangsklentmen 12a und 13a überschreitet. Liegt gleichzeitig mit dem Auftreten eines Ausgangs? igna Is an der Ausgangsklemrae der Vergleichseinrichtung ein Abtastiapuls an der Klenee 49« wird die Verriegelungsschal· tung gesetst. Die Entriegelung erfolgt, indem das Abtastsignal

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an der Klemme 49 abgeschaltet wird. Die für die erfindungsgemäße Verbesserung der Schwellenwertschaltung maßgeblichen Bauelemente, nämlich die Induktivitäten 25 bzw. 25a und die Widerstände 22 bzw. 22a weisen typische Größenordnungen von 1 mH bzw. 1 KiI auf.

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Claims (3)

1. - ίο -

   PATENTANSPRÜCHE

   Schwellenwertschaltung mit einer gegenüber Eingangssignalveränderungen stabilisierten Schwellsoannung, bestehend aus einem Differentialverstärker, dessen beide Eingänge je mit einem Gleichvorspannungsnetzwerk zum Einstellen der Schwellspannung verbunden sind, und bei der das Eingangssignal wechaelspannungsmäßig an einen der beiden Differentlalverstärkereingäntre angekoooelt ist. dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Eingänge (12, 13) de« Differentialverstärkers (11) über ein elektroroaaneti3oh© Energie speicherndes Bauelement (25) miteinander verbunden sind, derart, daß das Potential (E2) an dem nicht mit dem Einganassignal (E„_TU) beaufschlagten Differentialverstörkerelna^na (12) de™ Potential (El) am anderen Diffexentialverst-MrkereinrTsn^ (I"?) entsprechend folqt.
2. 2. Schwellenwertschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dafl die beiden Eingänge (12 13) des Differenttalver-3tärkers (11) Über eine Induktivität (25) miteinander verbunden sind.
3. 3. Schwellenwert schaltung nach ?-nsr>i-Mc^vi ι o^l^r ?, d^nr^h gekennzeichnet, <i'iß in Reihe n»it de.»-: pl.pVfrrn^nnni-iicbp Energie i3peichernc5en Bauelement ein WirkTi^erstan^ (72) anschaltet i«it und 'üeie. Peihenschaltun^ p?r^.ileT "⁷^ den Oiffe

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   BAO ORIGINAL