DE2307486C3 - Elektronische Schwellwertschalterbaugruppe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Schwellwertschalterbaugruppe, bestehend aus von

ίο einer Betriebsspannungsquelle versorgten Transistoren und Widerständen, mit Außenanschlüssen.

Schwellwertschalter haben veränderliche Spannungen zu erfassen und führen eine Umformung analoger Signale in eine binäre Darstellung durch. Die auch als Grenzwertstufen bezeichneten Schwellwertschalter weisen ein sogenanntes Zweipunktverhalten auf. Sie liefern nur dann ein binäres Ausgangssignal, wenn das analoge Eingangssignal einen bestimmten Wert über- bzw. unterschritten hat. Überschreitet die Eingangsspannung des Schwellwertschalters einen Kippwert, so wechselt der Signalzustand des Ausgangs schlagartig von einer logischen Null auf eine logische Eins oder umgekehrt. Der Schwellwertschalter kippt in seine Ausgangslage zurück, wenn die Eingangsspannung einen Rückkippwert unterschreitet. Die Differenz zwischen dem Kippwert und dem Rückkippwert wird als Hysteresis bezeichnet.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen hochohmigen Spannungs-Schwellwertdetektor zur Verwendung im Zusammenhang mit TTL/DTL-Logikschaltungen (Transistor-Transistor- Logik; Diode-Transistor- Logik) zu schaffen, der sich ohne Schwierigkeiten in integrierter Bauweise ausführen läßt. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß am einen Eingangsspannungsanschluß der Emitter eines als Diode geschalteten ersten Transistors liegt, dessen Basis mit dem Kollektor und mit der Basis eines zweiten Transistors gleichen Leitfähigkeitstyps verbunden ist sowie über einen hochohmigen Widerstand am ersten Pol der Betriebsspannungsquelle liegt, daß der Kollektor dieses zweiten Transistors über einen Kollektorwiderstand am ersten Pol der Betriebsspannungsquelle und der Emitter dieses Transistors an einer Anzapfung eines an die Betriebsspannungsquelle angeschalteten, aus zwei Reihenwiderständen bestehenden Spannungsteilers liegt, daß der Kollektor dieses zweiten Transistors mit der Basis eines dritten Transistors vom komplementären Typ verbunden ist, dessen Kollektor über einen Kollektorwiderstand am zweiten Pol der Betriebsspannungsquelle und dessen Emitter über einen Emitterwiderstand am ersten Pol der Betriebsspannung liegt, daß der Kollektor des dritten Transistors mit der Basis eines vierten Transistors vom Leitfähigkeitstyp des ersten und zweiten Transistors verbunden ist, der mit sei-

5i> nem Emitter am zweiten Pol der Betriebsspannungsquelle liegt und mit seinem über einen Kollektorwiderstand am ersten Pol der Betriebsspannungsquelle liegenden Kollektor den Ausgangsanschluß bildet, und daß der zweite Anschluß für die Eingangs- und Ausgangsspannung jeweils mit dem zweiten, vorzugsweise Massepotential aufweisenden Anschluß der Betriebsspannung verbunden ist. Die zweite Transistorstufe sorgt für den hohen Eingangswiderstand, während mittels der Widerstandswerte die Schwellwertspannung, bei der der Schalter anspricht, eingestellt wird. Der erste Transistor sorgt für eine Temperaturkompensation der Schwellwertspannung bezogen auf den Eingang. Der dritte und vierte Transistor verstärken das gewon-

nene Signal. Der Schweilwert ist genau reproduzierbar und durch die Einstellung der Widerstände auch veränderbar. Am Ausgangsanschluß steht, je nachdem, ob die Eingangsspannung über oder unter dem Schwellwert liegt, die logische Eins oder die logische Null an.

In vorteilhafter Weise ist die Schwellwertschalterbaugruppe derart ausgebildet, daß eine Vorstufe mit einem fünften Transistor vom Leitfähigkeitstyp des ersten, zweiten und vierten Transistors vergesehen ist, dessen Emitter am zweiten Pol der Betriebsspannung liegt und dessen Basis über einen Basisvorwiderstand an einen Eingangsanschluß geführt ist, und daß der Kollektor dieses Transistors an einem weiteren Anschluß liegt Der fünfte Transistor dient als Inverter-Vorstufe für Hilfsfunktionen. Der Schwellwertschalter läßt sich dann vielseitig einsetzen. Er läßt sich z. B. als integrierter Zeitverzögerungsglied mit unterschiedlichen Ein- und Ausschaltzeiten, als Multiviurator in Verbindung mit anderen Bausteinen in TTL-Technik oder auch als Spannungsdetektor benutzen.

Wird zwischen den Emitter des zweiten Transistors und dem Kollektor des vierten Transistors ein Widerstand eingeschaltet, dann ist der Schwellwertschalter mit einer Hysteresis ausgestattet, die sich durch Wahl des Widerstandswertes in der Größe einstellen läßt.

Vorteilhaft wird die Schwellwertschalterbaugruppe in integrierter Dickschichtschaltung ausgeführt.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand von zwei Figuren näher erläutert.

F i g. 1 zeigt die Schaltung des Schwellwertschalters im einzelnen, und

F i g. 2 zeigt eine Beschallung einer mit Anschlüssen versehenen Baugruppe als Zcitverzögerungsglied.

Die in F i g. 1 dargestellte Schaltung eines Schwellwertschalters besteht aus fünf Transistoren 1 bis 5. die is über eine Anzahl Widerstände zusammengeschaltet sind. Ein Eingangsspannungsanschluß 15 ist mit dem Emitter des Transistors 1 verbunden, dessen Kollektor und Basis gemeinsam über einen sehr hochohmigen Widerstand 6 am Anschluß 8 für den positiven Pol der Betriebsspannung liegen. Die Basis des Transistors 1 ist außerdem mit der Basis des Transistors 2 verbunden, dessen Kollektor über einen verhältnismäßig hochohmigen Widerstand 7 am Anschluß 19 für den positiven Pol der Betriebsspannung liegt. Der Emitter des Transistors 2 ist am Verbindungspunkt zweier einen Spannungsteiler ergebenden Widerstände 8 und 12 von niedrigerem Widerstandswert als der des Widerstandes 7 angeschlossen, die mit ihren anderen Enden am Anschluß 19 und einem Anschluß 16 für den negativen Pol der Betriebsspannung liegen. Der Kollektor des Ί ransistors 2 ist an die Basis des Komptementärtransistors 3 geführt, der mit seinem Kollektor über einen Widerstand 13 am Anschluß 16 und mit seinem Emitter über einen Widerstand 9 am Anschluß 19 liegt. Außerdem ist der Kollektor des Transistors 3 mit der Basis des Transistors 4 verbunden, der vom gleichen Leitfähigkeitstyp ist wie die Transistoren 1 und 2. Der Kollektor des Transistors 4 bildet den Ausgangsanschluß 21 des gesamten Schwellwertschalters und ist über einen Kollektorwiderstand 10 mit einem Anschluß 20 für den positiven Pol der Betriebsspannung verbunden. Vom Kollektor des Transistors 4 führt ein Widerstand 11 zu einem Anschluß 23 und vom Emitter des Transistors 2 eine Leitung zu einem Anschluß 22. Der Schwellwertschal- ^fl5 ter weist eine Vorstufe mit dem Transistor 5 auf, dessen Emitter mit dem Anschluß 16, dessen Kollektor unmittelbar über eine Leitung mit einem Anschluß 17 und dessen Basis über einen Basisvorwiderstand 14 mit einem Anschluß 24 verbunden ist. Der Anschluß 16 ist an Masse geführt, an der außerdem jeweils die zweiten Anschlüsse für die Eingangs- und Ausgangsspannung liegen.

Die Stufen mit den Transistoren 1 und 2 bilden aufgrund der Diodenwirkung und des hochohmigen Widerstands 6 einen hohen Eingangswiderstand zwischen den Anschlüssen 15 und 16. An Stelle des Transistors 1 kann auch eine Diode verwendet werden. Durch die Wahl des Widerstandsverhältnisses zwischen den Widerständen 8 und 12 am Transistor 2 läßt sich der Schwellwert einstellen, bei dem die Schaltung anspricht Durch die Schaltung der Transistoren 1 und 2 werden Abweichungen des Schwellwerts, bezogen auf den Eingang, kompensiert, die aufgrund unterschiedlicher Temperaturverhältnisse entstehen. Werden die Anschlüsse 22 und 23 direkt oder über einen Widerstand überbrückt, so entsteht eine Hysteresischarakteristik beim Schwellwertdurchschalten. Die Größe der Hysteresisspannung ist vom Wert des Widerstands 11 und des Widerstandswertes zwischen den Anschlüssen 22 und 23 abhängig. Die Ausgangsspannung wird am Anschluß 21 am Kollektor des Transistors 4 abgenommen, und zwar in Form einer logischen Null oder einer logischen Eins, je nachdem, ob der Schwellwert durch die Eingangsspannung erreicht wurde oder nicht.

In einem Beispiel zur Erklärung sei angenommen, daß der im wesentlichen durch das Verhältnis der Widerstände wählbare Schwellwert 2 Volt betrage. Steht nunmehr /wischen den Anschlüssen 15 und 16 eine sich z. B. zwischen 0 und 4 Volt und zurück verändernde Eingangssignalspannung an, so ergibt sich etwa der gleiche Spannungsverlauf auch an der Basis des Transistors 2, vorausgesetzt, daß die Betriebsspannung z. B. 5 Volt beträgt. Der Transistor 2 ist dann bis zur Eingangsspannung von 2 Volt gesperrt und über 2 Volt Eingangsspannung leitend. Die Emitterspannung des Transistors 2 bleibt etwa bei 2 Volt konstant. Dies er gibt sich daraus, daß die Betriebsspannung von 5 Volt im Verhältnis der Widerstände 8 und 12 geteilt wird, wobei auch bei leitend geschaltetem Transistor 1 dieses Emitterpotential im wesentlichen bestehenbleibt, da der Wert des Widerstands 7 bedeutend höher gewählt ist als der des Widerstands 8. Der Transistor 3 ist demnach bis zum Erreichen der Eingangsschwellenspannung von 2 V noch gesperrt, während er bei Überschreiten dieser Spannung in den leitenden Zustand übergeht. Dies ergibt, daß auch der Transistor 4 bis zum Erreichen der Schwellenspannung noch gesperrt ist und erst bei Überschreiten dieser Schwellenspannung in den leitenden Zustand gelangt. Am Kollektor des Transistors 4 und mithin am Ausgang 21 der gesamten Schaltung steht demnach bei einer Eingangsspannung unter der Schwellwertspannung die logische Eins in Form einer Spannung von etwa dem Wert der Betriebsspannung an, während bei einer Eingangsspannung über der Schwellwertspannung die logische Null in Form einer Spannung, die fast Null beträgt, ansteht.

Die Vorstufe mit dem Transistor 5 dient der Erhöhung der Vielseitigkeit der Schwellwertschaltung durch externe Beschallung. Entsprechend der Darstellung in F i g. 2 kann z.B. zwischen die beiden Anschlüsse 15 und 17 ein RC-GWcd, bestehend aus einem Widerstand 25 und einem Kondensator 26, eingeschaltet werden. Die Schaltung arbeitet dann als Integrations-Zeitglied mit verschiedenen Lade- und Entladezeiten bei Beaufschlagung des Anschlusses 24 mit der Eingangsspan-

nung. Außerdem ist noch ein am Anschluß 17 liegender Widerstand 29 mit einer positiven Betriebsspannung verbunden. Die Schaltung arbeitet z. B. auch als astabiler Multivibrator, wenn der Eingang eines vor dem Anschluß 24 liegenden Gatters 27 mit dem Anschluß 21 verbunden wird. Am Ausgangsanschluß 21 liegt ebenfalls ein Gatter 28.

Die Überbrückung der Anschlüsse 22 und 23 ergibt die bereits vorstehend erläuterte Spannungshysteresis.

Bei Zusammenarbeit mit Bausteinen in der bekannten TTL/DTL-Technik kommt man mit der dafür vorgesehenen Stromversorgungsquelle aus.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Elektronische Schwellwertschalterbaugruppe, bestehend aus von einer Betriebsspannungsquelle versorgten Transistoren und Widerständen, mit Außenanschlüssen dadurch gekennzeichnet, daß am einen Eingangsspannungsanschluß (15) der Emitter eines als Diode geschalteten ersten Transistors (1) liegt, dessen Basis mit dem Kollektor und mit der Basis eines zweiten Transistors (2) gleichen Leitfähigkeitstyps verbunden ist sowie über einen hochohmigen Widerstand (6) am ersten Pol (18) der Betriebsspannungsquelle liegt, daß der Kollektor dieses zweiten Transistors (2) über einen K&llektorwiderstand (7) am ersten Pol (19) der Betriebsspannungsquelle und der Emitter dieses Transistors (2) an einer Anzapfung eines an die Betriebsspannungsquelle (19, 16) angeschalteten, aus zwei Reihenwiderständen (8, 12) bestehenden Spannungsteilers liegt, daß der Kollektor dieses zweiten Transistors (2) mit der Basis eines dritten Transistors (3) vom komplementären Typ verbunden ist, dessen Kollektor über einen Kollektorwiderstand (13) am zweiten Pol (16) der Betriebsspannungsquelle und dessen Emitter über einen Emitterwide. stand (9) am ersten Pol (19) der Betriebsspannung liegt, daß der Kollektor des dritten Transistors (3) mit der Basis eines vierten Transistors (4) vom Leit-Fähigkeitstyp des ersten und zweiten Transistors (1, 2) verbunden ist, der mit seinem Emitter am zweiten Pol (16) der Betriebsspannungsquelle liegt und mit seinem über einen Kollektorwiderstand (10) am ersten Pol (20) der Betriebsspannungsquelle liegenden Kollektor den Ausgangsanschluß (21) bildet, und daß der zweite Anschluß für die Eingangs- und Ausgangsspannung jeweils mit dem zweiten, vorzugsweise Massepotential aufweisenden Anschluß (16) der Betriebsspannung verbunden ist.

2. Elektrische Schwellwertschalterbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorstufe mit einem fünften Transistor (5) vom Leitfähigkeitstyp des ersten, zweiten und vierten Transistors (1, 2, 4) vorgesehen ist, dessen Emitter am zweiten Pol (16) der Betriebsspannung liegt und dessen Basis über einen Basisvorwiderstand (14) an einen Eingangsanschluß (24) geführt ist, und daß der Kollektor dieses Transistors (5) an einem weiteren Anschluß (17) liegt.

3. Elektrische Schwellwertschalterbaugruppe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor des fünften Transistors (5) über einen Widerstand (25) oder ein beliebiges Netzwerk an den über einen Kondensator (26) mit dem zweiten Pol (16) der Betriebsspannungsquelle verbundenen Emitter des ersten Transistors (1) angeschaltet und über einen Widerstand (29) mit dem ersten Pol der Betriebsspannungsquelle verbunden ist.

4. Elektrische Schwellwertschalterbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Emitter des zweiten Transistors (2) und dem Kollektor des vierten Transistors (4) ein Widerstand (11) eingeschaltet ist.

5. Elektrische Schwellwertschalterbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Transistor (1) durch eine Diode ersetzt ist.

6. Elektrische Schwellwertschalterbaugruppe

nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Ausführung in integrierter Dickschichtschaltung.