DE2337513A1

DE2337513A1 - Schwellwertschalter mit einem operationsverstaerker und einer referenzspannungsquelle

Info

Publication number: DE2337513A1
Application number: DE19732337513
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl Ing Moeder
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1973-07-24
Filing date: 1973-07-24
Publication date: 1975-02-13

Description

27.6.1973 Seht/Sz

Anlage zur
Patentanmeldung

ROBERT BOSCH GNBII, Stuttgart

Schwellwertschalter mit einem Operationsverstärker und einer Referenzspannungsquelle

Die Erfindung betrifft einen Schwellwertschalter mit einem Operationsverstärker und einer Referenzspannungsquelle.

Mit geringem Schaltungsaufwand hergestellte Operationsverstärker benötigen zum Ansteuern Eingangsspannungen, die über einem bestimmten Spannungswert, d. h. über einem unteren Grenzwert von z.B. 1 V, liegen müssen. Bei kleineren Eingangsspannungen kann ein einwandfreies Funktionieren des Operationsverstärkers nicht mehr gewährleistet werden· Während es /üblicherweise keine Schwierigkeiten bereitet, entsprechend hohe Eingangsspannungen bereitzustellen, gibt es

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auch Fälle, in denen zumindest eine der die Eingangs spannungen liefernden Spannungsquellen von vornherein nur eine unter dem genannten Grenzwert liegende Spannung liefert. Ein solcher Fall liegt beispielsweise bei bestimmten Meßsonden vor. Eine bei der Abgasentgiftung von Brennkraftmaschinen verwendetet -Sonde, das ist eine Sonde, mit der die Luftzahl λ der Motorabgase gemessen werden kann, gibt in dem interessierenden Luftzahlbereich um λ = 1 eine maximale Sondenspannung ab, die unter 1 V liegt, z. B. bei 800 mV.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schwellwertschalter der eingangs genannten Art zu schaffen,, der durch eine Signalspannung angesteuert werden kann, die unter dem unteren Grenzwert der Eingangs spannung des Operationsverstärkers liegt. Da der zur Lösung dieser Aufgabe erforderliche zusätzliche Aufwand an Schaltungselementen so klein wie möglich gehalten werden soll, scheiden beispielsweise Lösungen aus, bei denen eine Betriebsspannungsquelle mit zwei getrennten Spannungen vorausgesetzt wird.

Erfindungsgemäß wird die vorstehend erläuterte Aufgabe dadurch gelöst, daß zum Ansteuern des Schwellwertschalters mit einer Signalspannung, deren Viert kleiner als der untere Grenzwert der Eingangsspannung des Operationsverstärkers sein kann, eine gleichstromgespeiste Brückenschaltung mit je einem Emitterfolger pro Längszweig vorgesehen ist, daß der eine Emitterfolger mit der Signalspannungsquelle und der andere Emitterfolger mit einer . Referenzspannungsquelle verbunden ist und daß der Operationsverstärker mit seinen Eingängen im Querzweig der Brückenschaltung liegt.

Mit einem solchen Schwellwertschalter erhält man nicht nur die gewünschte Erhöhung der Signalspannungen mittels einer durch die Emitterfolger bewirkten Potentialverschiebung, sondern darüber hinaus wird auch gleichzeitig eine bessere Anpassung von Signalspannungsquellen mit hochohmigem Ausgang an die Eingänge eines Operationsverstärkers erreicht. Die genannten Eigenschaften wirken

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sich besonders vorteilhaft auf eine Signalspannungsquelle in Form einerλ-Sonde aus, die außer der für die Ansteuerung eines Operationsverstärkers zu kleinen Sondenspannung gleichzeitig auch verhältnismäßig hochohmig ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich in Verbindung mit den Unteransprüchen aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und aus der Zeichnung. In der Zeichnung bedeuten:

•
Fig. 1 ein Schaltbild des erfindungsgemäßen Schwellwerts ehalt er s, und

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer auf der Abgasseite ■ eines Vergasermotors vorgesehenen Riegelanordnung mit einer λ-Sonde, dem Schv/ellwert schalter .und. einem Zusatzluftventil.

In dem Ausführungsbeispiel gemäß.Fig. 1 bezeichnen 1 und 2 zwei Eingangsklemraen eines Schwellwertschalters. Parallel zu den Eingang ski emmen 1, 2, von denen die Klemme 2 mit Masse verbunden ist, liegt ein Kondensator 3. Die Eingangskieimne 1 steht mit der Basis eines als Emitterfolger geschalteten ersten Transistors 4 in Verbindung. Die Emitter-Kollektor-Strecke des ersten Transistors 4 bildet zusammen mit zwei in Reihe geschalteten Widerständen 5, 6 einen ersten Längszweig einer Brückenschaltung. Ein zweiter Längszweig der Brückenschaltung besteht aus der Emitter-Kollektor-Strecke eines zweiten Transistors 7 und zwei in Reihe geschalteten Widerständen 8, 9. Die beiden Lärigszweige der Brückenschaltung liegen zwischen dem positiven Pol einer Betriebsspannungsquelle der Spannung U-g und Masse. Von einem Verbindungspunkt zwischen den beiden Widerständen 5» 6 des ersten Längszweiges der Brückenschaltung führt eine Verbindungsleitung an einen invertierenden Eingang 10 eines Operationsverstärkers 11. In gleicher Weise befindet sich eine Verbindungsleitung zwischen dem Verbindungspunkt der beiden Widerstände 8 und 9 und dem nichtinvertierenden Eingang 12 des Operationsverstärkers. Ein Ausgang 13 des Operations-

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Verstärkers steht über einen Widerstand 14 mit der Basis eines Transistors 15 in Verbindung. Zwischen dem Ausgang 13 des Operationsverstärkers 11 und der positiven Klemme der Betriebsspannungsquelle befindet sich ein Widerstand 16. Mit derselben Klemme ist der Emitter des Transistors 15 verbunden. Zwei in Reihe geschaltete Widerstände 17 und 18 stellen eine Verbindung zwischen dem Kollektor des Transistors 15 und Masse her. An den Verbindungspunkt zwischen den beiden Widerständen 17 und 18 ist die Basis eines Transistors 19 angeschlossen. Während der Emitter dieses Transistors auf dem Massepotential liegt, steht der Kollektor des Transistors über einen Elektromagneten 20 mit der positiven Klemme der Betriebsspannungsquelle in Verbindung.

Kollektor und Emitter des Transistors 19 sind durch eine Zenerdiode 21 überbrückt. Zwischen der positiven Klemme der Betriebsspannungsquelle und Masse liegt noch ein weiterer Spannungsteiler aus drei in Reihe geschalteten Widerständen 22, 23 und 24, von denen der Widerstand 24 als Einstellwiderstand ausgebildet ist. Die Widerstände 23 und 24 überbrückt eine Referenzdiode 25, deren Anode mit Masse verbunden ist. Dem Widerstand 24 ist ein Widerstand 26 parallelgeschaltet, der ebenfalls als Einstellwiderstand ausgebildet ist. Ein Verbindungspunkt zwischen den beiden Widerständen 23 und 24 ist mit der Basis des Transistors 7 verbunden. Ein Kondensator 27 liegt parallel zu den Klemmen der Betriebsspannungsquelle .

Ein durch gestrichelte Linien angedeuteter Rückkopplungswiderstand 28 verbindet den Ausgang 13 des Operationsverstärkers 11 mit dem nichtinvertierenden Eingang 12, falls ein Hystereseverhalten des Schwellwertsehalters gewünscht wird.

Die Wirkungsweise der vorstehend beschriebenen Schaltungsanordnung ist folgende:

Liegt zwischen den Eingangsklemmen 1 und 2 des Schwellwertschalters eine positive Signalspannung von z. B. 500 mV, die eine nicht dargestellte λ-Sonde liefert, so bewirkt die Basis-Emitter-Spannung

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des ersten Transistors 4 eine Anhebung der Signal spannung auf einen über 1 V liegenden Wert, der zur Ansteuerung des Operationsverstärkers 11 ausreicht.

Mit dem Einstellwiderstand 24 (G-robregelung) und dem Einstellwiderstand 26 (Peinregelung) läßt sich, der Sollwert H₈₀-Q voreinstellen, der durch die Referenzdiode 25 stabilisiert wird» Für den Fall, daß die Signalspannung kleiner ist als die Sollspannung, liegt an dem nichtinvertierenden Eingang 12 des Operationsverstärkers 11 eine größere Spannung als an dem invertierenden Eingang 10. Damit gi"bt der Ausgang 13 des Operationsverstärkers eine positive Spannung ab, die den Transistor 15 in den Sperrzustand überführt. Als Folge davon ist auch der Transistor 19 gesperrt und somit der Elektromagnet 20 stromlos.

Überschreitet dann zu irgendeinem Zeitpunkt die Signalspannung die eingestellte Sollspannung, so gibt der Operationsverstärker 11 eine negative Spannung ab. Dadurch v/erden die Transistoren 15 und 1.9 leitend und· der Elektromagnet 20 erregt. Der Transistor 15 ist deshalb vorgesehen, weil die Ausgangsleistung des Operationsverstärkers 11 nicht ausreicht, den Transistor 19 direkt anzusteuern. Die Zenerdiode 21 soll verhindern, daß die beim Abschalten bzw. Stromloswerden des Elektromagneten 20 auftretende Spannungsspitze den Transistor 19 gefährdet. Mit dem Kondensator 3 werden Störungen unterdrückt, die bei hochohmiger Signalquelle auf den Eingang des Schwellwertschalters gelangen können. Der gestrichelt eingezeichnete Rückkopplungswiderstand 28 wird vorgesehen, wenn der Schwellwertschalter ein Hystereseverhalten aufweisen soll, wodurch das Umschalten des Schwellwertschalters beschleunigt wird.

Der Kondensator 27 verhindert das Entstehen von Schwingungen, die auf das Ein- und Ausschalten des Elektromagneten 20 zurückzuführen sind·

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In einem Anwendungsbeispiel des Schwellwertschalters (vgl. Position 29 in Fig. 2) gehört der Elektromagnet 20 zu einem Sekundärluft-Ventil 30. Bei nicht erregtem Elektromagnet 20 nimmt das als Dreiwege-Ventil ausgebildete Sekundärluft-Ventil 30 seine Grundstellung ein. Daher gelangt keine Sekundärluft über die Sekundärluftleitung 33 in die mit der Abgasseite eines Vergasermotors verbundene Abgasleitung 34-· Ist dagegen der Elektromagnet 20 erregt, so gelangt Sekundärluft in die Abgasleitung 34·· Das mit der Sekundärluft gemischte Abgas durchströmt einen Katalysator-Behälter 35\ in welchem das Abgas nachverbrannt wird, bevor es ausströmt. Eine an dem Katalysator-Behälter 35 angebrachte Λ-Sonde misst den Sauerstoffgehalt des nachverbrannten Abgases. Die von der λ.-Sonde 36 abgegebene und der jeweiligen Luftzahl des Abgases entsprechende Sondenspannung wird dem Schwellwertschalter 29 zugeführt. Die Sondenspannung einer bekannten 3, -Sonde hat unterhalb der Luftzahl λ = 1,0 einen Wert von 800 mV und oberhalb der Luftzahl X= 1,0 einen Wert von weniger als 50 mV. Wenn die Verbrennung im Motor bei einer Luftzahl stattfindet, die kleiner als 1 ist, dann sorgt der als Zweipunktregler wirkende Schwellwertschalter 29 dafür, dass das dem Katalysator-Behälter 35 zugeführte Gas eine Luftzahl λ. von annähernd gleich 1,0 hat.

Es sei noch erwähnt, dass der Schwellwertschalter gemäss Fig. 1 durch die Anwendung der Brückenschaltung eine verhältnismässig hohe Temperaturstabilität hat. Die Widerstände 5 und 8 bzw. . die Widerstände 6 und 9 haben vorzugsweise gleiche Widerstandswerte. . ·

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Claims

Robert Bosch GmbH R.

Stuttgart

Ansprüche

Schwellwertschalter mit einem Operationsverstärker und einer Referenzspannungsquelle, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ansteuern des Schwellwertschalters mit einer Signalspannung, deren Wert kleiner als der untere Grenzwert der Eingangsspannung des Operationsverstärkers sein kann, eine gleichstromgespeiste Brückenschaltung mit je einem Emitterfolger (4-, 7) pro Längszweig vorgesehen ist, dass der eine Emitterfolger (z.B. 4·) mit der Signalspannungsquelle und der andere Emitterfolger (z.B. 7) mit einer Referenzspannungsquelle (23 bis 27) verbunden ist und dass der Operationsverstärker (11) mit seinen Eingängen (10, 12) im Querzweig der Brückenschaltung liegt.
2. Schwellwertschalter nach Anspruch 1," dadurch gekennzeichnet, dass die Längszweige der Brückenschaltung je eine Reihenschaltung, bestehend aus zwei Widerständen^, 6 bzw. 8, 9) und der Emitter-Kollektor-Strecke des betreffenden EmitterfolgerTransistors (4, 7) aufweisen und dass der Verbindungspunkt zwischen den beiden Widerständen (5, 6) des ersten Längszweiges der Brückenschaltung und der Verbindungspunkt zwischen den beiden Widerständen (8, 9) des zweiten Längszweiges je einen Anschluss für je einen Eingang (10, 12) des Operationsverstärkers (11) bilden.

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3· Schwellwertschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzspannungsguelle ein ein Referenzspannungselement (25) aufweisender Spannungsteiler ist.
4· Schwellwertschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (13) des Operationsverstärkers (11) über einen Rückkopplungswider stand (28) mit dem nichtinvertierenden Eingang (12) des Operationsverstärkers verbunden ist.
5. Schwellwertschalter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß am Eingang des Schwellwertschal-•fcers Störspannungen unterdrückende Mittel (z, B. 3) vorgesehen sind.
6. Schwellwertschalter nach einem der Ansprüche 2 bis 5, gekennzeichnet durch die Verwendung als Zweipunktregler für die abgasseitige Regelung der Luftzahl λ unter Anwendung einer λ -Sonde (36) als Signalspannungsquelle.
7. Schwellwertschalter nach Anspruch 1,3 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzspannungsquelle mit Mitteln (z. B. 24, 26) zum Einstellen einer dem Sollspannungswert (TJ -,-,) des Zweipunktreglers entsprechenden Referenzspannung aufweist.
8. Schwellwertschalter nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Λ -Sonde (36) in der Abgasleitung (34) des /

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Motors angeordnet und mit dem Ziveipunktregler (29) verbunden ist und daß der Ausgang des Zweipunktreglers mit einem elektromagnetisch betätigbaren Sekundärluft-Ventil (30) verbunden ist, mit dem Sekundärluft in die Abgasleitung zwischen dem Motor und einem Katalysator-Behälter (35) eingeblasen werden kann,
9. Schwellwertschalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Betriebsspannungsquelle für den Zweipunktregler (29) ein durch das Schalten des Zweipunktreglers auftretende Schwingungen unterdrückender Kondensator (27) parallelgeschaltet ist.

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