DE2355407A1 - Schmitt-trigger - Google Patents
Schmitt-triggerInfo
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- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K3/00—Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
- H03K3/02—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
- H03K3/26—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use, as active elements, of bipolar transistors with internal or external positive feedback
- H03K3/28—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use, as active elements, of bipolar transistors with internal or external positive feedback using means other than a transformer for feedback
- H03K3/281—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use, as active elements, of bipolar transistors with internal or external positive feedback using means other than a transformer for feedback using at least two transistors so coupled that the input of one is derived from the output of another, e.g. multivibrator
- H03K3/286—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use, as active elements, of bipolar transistors with internal or external positive feedback using means other than a transformer for feedback using at least two transistors so coupled that the input of one is derived from the output of another, e.g. multivibrator bistable
- H03K3/2893—Bistables with hysteresis, e.g. Schmitt trigger
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Description
S chmi tt-Trigger
Die Erfindung betrifft einen Schmitt-Trigger.
Die Erfindung betrifft einen Schmitt-Trigger.
Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf einen Schmitt-Trigger mit niedriger Hysterespannung, welcher Transistoren
Q1 und Q2/ deren Emitter über einen gemeinsamen Emitterwiderstand
an Masse liegen, wobei der Kollektor des Transistors Q1 an die Basis des Transistors Q2 angeschlossen ist und die
Kollektoren der Transistoren jeweils über Lastwiderstände mit einer Spannungsquelle verbunden sind und einen Transistor
Q3 aufweist, dessen Kollektor an die Spannungsquelle angeschlossen
ist, wobei dessen Emitter mit dem Emitterwiderstand und dessen Basis beispielsweise mit einer Bezugsspannungsquelle
verbunden sind.
Die Schmitt-Triggerschaltung wird als Monitorschaltung für
die obere und die untere Grenze von Spannungen sowie als Schaltung zum Umwandlung eines Analogsignals in ein Digitalsignal verwendet» Außerdem wird eine Schmitt-Triggerschaltung
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auch in einer Impulsformsehaltung usw. verwendet. Die
Schmitt-Triggerschaltung ist eine elektronische Schaltung mit großer Anwendungsmöglichkeit.
Der Schmitt-Trigger bzw. die Schmitt-Triggerschaltung liefert ein digitales Signal "EIN" oder "AUS" als Ausgangssignal
in Abhängigkeit davon, ob die Eingangsspannung höher oder niedriger als eine bestimmte Stellspannung ist. Die
Eingangsspannung der Schaltung zur "EIN"-Schaltung und die Eingangsspannung für diese Schaltung zur "AUS"-Schaltung
sind nicht gleich und weisen notwendigerweise eine Differenz
auf. Dies wird als Hysterese-Phänomen bezeichnet. Eine Schaltung mit reduziertem Hysterese-Phänomen wird für die
oben erwähnten Verwendungszwecke erwünscht.
Die bekannte Schmitt-Triggerschaltung besitzt den Nachteil, daß die Widerstände jedesmals geändert werden müssen, wenn
die Bezugsspannung geändert wird, wie sich dies auch aus der. nachstehenden Erläuterung ergibt.
Eine Schaltung mit niederiger Hysterese ist bereits vorgeschlagen worden, bei der eine Diode einer Vorwärtsspannung
ausgesetzt ist; die Emitterspannung ist im wesentlichen dadurch konstant gehalten, daß die Tatsache ausgenützt
wird, daß die Spannungsänderungen aufgrund der Stromänderungen auf der Basis der Spannungs-Stromcharakteristik der Diode
geringfügig sind; der Durchlaßwiderstand der Diode wird als Emitterwiderstand verwendet. Vom gleichen Erfinder wurde
bereits ein Schmitt-Trigger vorgeschlagen, der die Emitterspannung im wesentlichen dadurch konstant halten soll, daß
die Spannungs-Stromcharakteristik einerZenerdiode in Sperrrichtung
ausgenützt wird. Beide Schaltungen zeigen eine kleine
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Hysterese. Sie besitzen jedoch den Nachteil, daß die Bezugsspannung
nicht willkürlich geändert werden kann. Insbesondere wird bei der bereits vorgeschlagenen Schaltung,
welche die Durchlaßrichtungsverbindung der Diode benützt, die Bezugsspannung auf nahezu 0 Volt begrenzt.
Der Erfindung liegt vor allem die Aufgabe zugrunde, eine Schmitt-Triggerschaltung zu schaffen, die die vorstehenden
Probleme löst, bei der das Hysteresephänomen gering ;ist
und die ein sicheres Festsetzen bzw. Einstellen der Bezugs- Spannungen
erleichtert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
Transistoren Q und Q2 über einen gemeinsamen Emitterwiderstand
R an Masse liegen, daß der Kollektor des Transistors
Q, an die Basis des Transistors Qj, die Kollektoren der
Transistoren Q und Q jeweils über einen Lastwiderstand Rcl bzw. R_2 an eine Spannungsquelle angeschlossen sind
und daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die einen Stromfluß
in der gleichen Richtung wie der Stromfluß durch den Emitterwiderstand R^ hervorruft und daß diese Einrichtung
an den Emitter des Transistors Q. bzw. Q_ angeschlossen ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist
vorgesehen, daß als Einrichtung zur Hervorrufung eines Stromflusses
in den Emitterwiderstand ein Transistor Q., vorgesehen
ist, dessen Kollektor mit der Spannungsquelle und dessen Emitter mit dem Emitterwiderstand RE verbunden ist,
daß die Basis des Transistors Q. einen Eingangsanschluß
darstellt, der Kollektor des Transistors einen Ausgangsanschluß darstellt und daß die Basis des Transistors einen
Anschluß für eine Bezugsspannung bildet.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor,
daß die Basis des Transistors Q1 einen Anschluß für eine
Bezugsspannung, der Kollektor des Transistors Q2 einen
Ausgangsanschluß und die Basis des Transistors Q_ einen Eingangsanschluß darstellen.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Schaltungsanordnung eines erfindungsgemäßen Schmitt-Triggers,
Fig. 2 eine abgewandelte Schaltungsanordnung,
Fig. 3 eine Darstellung der Eingangs-Ausgangsspannungscharakteristik
der Schaltung gemäß Fig. 1,
Fig. 4 eine Darstellung der Eingangs-Ausgangsspannungscharakteristik
der Schaltung gemäß Fig. 2 und
Fig. 5 eine Schaltungsanordnung zur Veranschaulichung des Grundaufbaues von Schmitt-Triggern.
Der Grundaufbau eines Schmitt-Triggers bzw. einer Schmitt-Triggerschaltung
ist in Fig. 5 veranschaulicht. Der Schmitt-Trigger weist Transistoren Q und Q auf, deren Emitter über
einen gemeinsamen Emitterwiderstand R^ an Masse liegen.
Der Kollektor des Transistors Q ist an die Basis des Transistors Q2 angeschlossen. Die Kollektoren der Transistoren
Q. und Q_ sind über Lastwiderstände R^. bzw. R „ an eine
Leistungsquelle angeschlossen. Ein Zustand, in dem der Transistor ausgeschaltet bzw. gesperrt und der Transistor Q eingeschaltet
bzw. durchgeschaltet ist, entspricht dem Fall, .in
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dem die Eingangsspannung niedriger ist als die Bezugsspannung. Eine Eingangsspannung V-/ bei der der Transistor
Q vom AUS-Zustand in den EtN~Zustand verbracht wird, ist
nachstehend berechnet; .
VCC * ftdlBlB + VBE2
Eb BE1 (2)
Aus (1) ergibt sich:
1B - = (VCC - VBE2)/(RC1
(4) wobei hf„ den Stromverstärkungsfaktor des an Masse liegenden
Xj
Emitters des Transistors Q„ bei Sättigung darstellt.
Eine Spannung V_, bei der der Transistor Q vom "EIN"-Zustand
in den "AUS"-Zustand schaltet und der Transistor Q2 vom
"AUS"-Zustand in den "EIN"-Zustand verlagert wird, wird
nachstehend in ähnlicher Weise berechnet:
VB = (VCC - VCE (Sat) >; *e' {RC1 + V + VBE1
wobei V_,_ (Sat) die Kollektor-Emittersättigungsspannung des
Transistors Q angibt.
Die Hysteresespannung wird durch V - V ausgedruckt^ die
sich, wie nachstehend angegeben t ergibt:
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VA - V = VhfE(VCC - VBE2>/(RC1 + VhfE>
• - {VCC - VCE} V(RC1 + V (6)
Da iVCC ~ VCE} * (VCC " VBE2)f müssen hier Vergleiche zwischen
R E*hfE/(R cl + Rg'hfg) und 51E^ ^RC1 + RE^ angestellt
werden. .
Somit ergibt sich offensichtlich, daß der Emitterwiderstand Rg relativ zum Lastwiderstand Rp, gleich gemacht werden muß,
um die Hysterese-Spannung klein zu gestalten. Um jedoch eine hohe Bezugsspannung einzustellen, muß das Verhältnis des
Emitterwiderstand R zum Lastwiderstand R groß gemacht
werden. Dies führt unausweichlich zu einer großen Hysteresespannung. Bislang war es allgemein üblich, daß das Verhältnis
des Emitterwiderstands zum Lastwiderstand bei einem Schmitt-Trigger groß gemacht wurde und daß zur Reduzierung
des Hysterese-Phänomens bei einer eingestellten Bezugsspannung die Basisspannung des Transistors Q durch Hinzufügung eines
Vorwiderstands dicht an die Emitterspannung des Zustand, in dem der Transistor Ql "EIN"-geschaltet ist, herangebracht
wurde.
Der vorgeschlagene Schmitt-Trigger besitzt somit den Nachteil, daß die Widerstände jedesmal geändert werden müssen, wenn die
Bezugsspannung geändert wird.
In Fig. 1 ist eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Schmitt-Triggers veranschaulicht. Gemäß Fig. 1 sind Transistoren Q1, Q2 und Q-, vorgesehen, die über einen gemeinsamen
Emitterwiderstand R an Masse liegen; der Kollektor des Transistors Q ist an die Basis des Transistors Q_ angeschlossen, die Kollektoren der Transistoren Q. bzw. Q2 sind
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über Lastwiderstände R bzw. R0 mit einer Spannungsquelle
Vv JL \*>£
Vcc und der Kollektor des Transistors Q3 mit der Spannungsquelle V „ verbunden. In der Schaltung liegt die Basis des
Transistors Q am Eingangsanschluß IN, der Kollektor des Transistors Q am Ausgangsanschluß OUT und die Basis des
Transistors Q3 an der Bezugsspannung Vg an. In Abhängigkeit
von der Größe der Eingangsspannung befindet sich die Schaltung entweder in dem Zustand, in dem der Transistor Q. eingeschaltet
oder in dem Zustand, in dem der Transistor Q_ eingeschaltet
ist. Damit der Transistor Q2 ständig einen Stromfluß zu dem Emitterwiderstand R unabhängig von den Zuständen verursacht,
ist der Widerstand R^ auf einen angemessenen kleinen
Wert eingestellt.
An diesem Zeitpunkt bewirken die Transistoren Q und Q3 eine
Betriebsweise, die derjenigen eines Differentialverstärkers
ähnlich ist und die Schaltungszustände werden durch eine geringfügige Änderung des Eingangs umgekehrt. Daher tritt
das Hysteresephänomen nur geringfügig in Erscheinung. Die Bezugsspannung wird in solcher Richtung erhalten, daß der
durch den Transistor Q-_ verursachte Strom in der gleichen
Richtung fließt, wie der durch den Transistor Q, oder Q,
verursachte Strom, der durch den Emitterwiderstand R^
fließt.
Aufgrund der Einführung einer Methode, durch die die Bezugsspannung V an die Basis des Transistors Q angelegt wird,
kann der durch die Bezugsspannungsquelle zu liefernde Strom klein sein. Daher ist der Einfluß der inneren Impedanz der
Bezugsspannungsquelle klein. Die Lieferung einer stabilen Bezugsspannung V kann somit vergleichsweise einfach gemacht
bzw. durchgeführt werden.
Die Charakteristiken bzw. Kennlinien der Eingangs- und Aus-
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gangsspannungen bei V = 7,5 V, V = 5 V, R und Rc2 =
IO kOhm und Rg = 4,3 kOhm in der Schaltung dieser Ausführungsform
werden durch Experimente berechnet. Die Ergebnisse der Eingangs-Ausgangs-Kennlinien sind in Fig. 3 veranschaulicht.
Eine Spannungsdifferenz aufgrund des Hysterese-Phänomens in Fig. 3 beträgt etwa 0,01 V.
Wie zuvor in Verbindung mit der Ausfuhrungsform dargestellt
wurde, kann die Erfindung ihre Aufgabe erfüllen und kann ihre Wirkungen hervorbringen. Der Grund dafür ist nachstehend
angegeben.
Wie zuvor erläutert wurde, liegt einer der Gründe des Hysterese-Phänomens in dem Emitterwiderstand. I» Übereinstimmung
mit der Erfindung wird dsr Emitterwiderstand bis zu einem gewissen Grade klein gemacht, wodurch das Hysterese-Phänomen
reduziert wird. Was die Referenzspannung angeht, so wird die Spannungsquelle auf neue Weise geliefert. Im
Fall der bereits vorgeschlagenen Anordnung müssen die Widerstände, die an verschiedenen Teilen benützt werden, jedesmal,
wenn die Bezugsspannung gesetzt wird, berechnet bzw. abgeschätzt werden. Demgegenüber kann erfindungsgemäß die
Schaltungsanordnung die gleiche für jede Referenz- bzw. Bezugsspannung sein. Außerdem ist das Hysterese-Phänomen
klein. Auf diese Weise wird die Lieferung von stabilen Bezugsspannungen'vergleichsweise einfach möglich.
Zusätzlich zu der vorstehenden Ausführungsform kann die
vorliegende Erfindung einen Gesichtspunkt einer Ausführung besitzen, wie er nachstehend beschrieben ist.
Wie in Fig. 2 dargestellt ist, ist die Basis des Transistors
Q. (vergl. die Schaltung nach Fig. 1), zum Bezugsspannungs-
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Anschluß gemacht; der ,Kollektor des Transistors Q2 stellt
wieder den Ausgangsanschluß dar und die Basis des Transistors Qo stellt den Eingangsanschluß dar. Sogar in diesem Fall
kann jedoch genau der gleiche Effekt, wie bei der vorstehenden
Ausführungsform, erreicht werden.
In Übereinstimmung mit·.der Schaltungsanordnung wird der
Transistor Q nicht gesättigt, wenn nicht ein beträchtlich
großes Eingangssignal angelegt wird, da der Kollektor des Transistors Q an die Leistungs- bzw. Spannungsquelle V
angeschlossen ist.
Infolgedessen ist die Eingangsimpedanz, von dem Eingangsanschluß her gesehen, in dieser Schaltung groß. Sogar wenn
die innere Impedanz bzw. der Innenwiderstand einer Signalquelle hoch ist, kann.eine Erniedrigung der effektiven Eingangsimpedanz, die an den Eingangsanschluß angelegt wird,
,verhindert werden. .
In Fig.· 4 sind die Relationen zwischen den· ,Eingangs Spannungen
und Ausgangsspannungen der vorstehenden rSchaltung bei V „ =
7,5 V, Vg = 5 V, R und Rc2 = 10 kQhnvund R^ ^ 4,3 kOhm
veranschaulicht. Bei, der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist die Polarität des Ausgangs entgegengesetzt zur Polarität bei
der Ausführungsform gemäß Fig. 1. Das Hysterese-Phänomen
weist - wie im Falle der Ausführungsform gemäß Fig. 1 einen
kleinen Wert von nahezu 0,01 V auf.
Der Transistor Q-- kann auch über einen Widerstand an die
Spannungsquelle angeschlossen sein. Ein Widerstand oder dergleichen kann zwischen den Kollektor des Transistors Q1
und die Basis des Transistors Q2 eingeschaltet sein, so daß
der Transistor .Q2 ausgeschaltet bzw. gesperrt wird/ohne
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zu versagen bzw. auszusetzen, sogar wenn die Sättigungsspannung des Transistors Q_ hoch ist. Der Transistor Q-kann
außerdem in einer Darlington-Verbindung vorgesehen sein. Ein geeigneter Widerstand kann außerdem an dem Eingangsanschluß
angeschlossen sein. Ferner kann ein Feldeffekttransistor auch an Stelle des Transistors Q_ verwendet
werden. :.
Bei den Anordnungen der vorliegenden Erfindung kann die Bezugsspannung natürlich mit einer geeigneten Stromquelle
neben dem Verfahren erhalten werden, bei dem - wie bei
den Ausführungsbeispielen veranschaulicht wurde - der
Stromfluß in den Emitterwiderstand durch Verwendung des Transistors verursacht wird. Da die Schaltung eine positive Rückkopplungsschaltung ist, können darüberhinaus die
Eingangs- und Ausgangsanschlusse an anderen geeigneten
Stellen alsmoxstehend erläutert wurde, herausgeführt
werden.
den Ausführungsbeispielen veranschaulicht wurde - der
Stromfluß in den Emitterwiderstand durch Verwendung des Transistors verursacht wird. Da die Schaltung eine positive Rückkopplungsschaltung ist, können darüberhinaus die
Eingangs- und Ausgangsanschlusse an anderen geeigneten
Stellen alsmoxstehend erläutert wurde, herausgeführt
werden.
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Claims (3)
- Pa te η t a n- Sprüche.Schmitt-Trigger,-g ekenn ze ichnet durch einen ersten und einen zweiten Transistor (Q1 bzw. Q2), deren Emitter über einen gemeinsamen Emitterwiderstand an Masse liegen und der Kollektor des ersten Transistors (Q,) an die Basis des zweiten Transistors (Q^) angeschlossen ist, wobei die Kollektoren des ersten und zweiten Transistors jeweils über einen ersten und zweiten Lastwiderstand (RC1 bzw. Rpo) an eine Spannungsquelle angeschlossen sind und durch eine Einrichtung (Q^) zur Hervorrufung eines Stromflusses in den Emitterwiderstand (R„) in der gleichen Richtung, wie der Stromfluß durch den Emitterwiderstand, wobei diese Ein- . richtung an einen der Emitter des ersten und zweiten Transistors angeschlossen ist. '
- 2. Schmitt-Trigger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (Qo) zur Hervorrufung eines Stromflusses in den Emitterwiderstand ein dritter Transistor ist, dessen Kollektor an die Spannungsquelle und dessen Emitter an den Emitterwiderstand (RE) angeschlossen ist, daß die Basis des ersten Transistors einen Eingangsanschluß, der Kollektor des zweiten Transistors einen Ausgangsanschluß und die Basis409820/1079■ - 12 -- dritten Transistors einen Bezugsspannungsanschluß darstellen.
- 3. Schmitt-Trigger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (Q.J zur Hervorrufung eines Stromflusses in den Emitterwiderstand ein dritter Transistor ist/ dessen Kollektor an die Spannungsquelle und dessen Emitter an den Emitterwiderstand (Rg) angeschlossen sind, und daß die Basis des ersten Transistors einen Bezugsspannungsanschluß, der Kollektor des zweiten Transistors einen Ausgangsanschluß und die Basis des dritten Transistors einen Eingangsanschluß darstellen.40a820/1079Leerseite
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP47111164A JPS4969057A (de) | 1972-11-08 | 1972-11-08 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE2355407A1 true DE2355407A1 (de) | 1974-05-16 |
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Family Applications (1)
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---|---|---|---|
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Families Citing this family (2)
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---|---|---|---|---|
JP2578886B2 (ja) * | 1988-03-08 | 1997-02-05 | 日本電気株式会社 | シュミット・トリガ回路 |
JP5762376B2 (ja) * | 2012-09-21 | 2015-08-12 | 日本特殊陶業株式会社 | 配線基板及びその製造方法 |
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1972
- 1972-11-08 JP JP47111164A patent/JPS4969057A/ja active Pending
-
1973
- 1973-10-24 FR FR7337871A patent/FR2205781A1/fr not_active Withdrawn
- 1973-11-06 DE DE19732355407 patent/DE2355407A1/de active Pending
- 1973-11-07 NL NL7315266A patent/NL7315266A/xx unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
NL7315266A (de) | 1974-05-10 |
JPS4969057A (de) | 1974-07-04 |
FR2205781A1 (de) | 1974-05-31 |
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