DE2455656B1

DE2455656B1 - Schwellwertstufe

Info

Publication number: DE2455656B1
Application number: DE2455656A
Authority: DE
Inventors: Alfred Schulz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-11-25
Filing date: 1974-11-25
Publication date: 1975-09-11

Description

Die in F i g. 1 dargestellte Schwellwertstufe Sbesteht aus zwei als Differenzserstärker oder Operationsverstärker ausgebildeten Verstärkern VI oder VIund zwei Dioden Di und D2. Den nichtinvertierenden Kanälen der Verstärker V1 und VI wird das Eingangssignal S1 zugeführt. Dem invertierenden Kanal des Differenzverstärkers V1 wird als erster Schwellwert Ul eine erste Gleichspannung zugeführt. Dem invertierenden Kanal des Differenzverstärkers VL wird als zweiter Schwellwert U2 eine zweite Gleichspannung zugeführt, die kleiner ist als die erste Gleichspannung. Am Ausgang der Schwellwertstufe wird ein ternäres Ausgangssignal S2 abgegeben, das einen ersten Wert annimmt, wenn das Eingangssignal den Schwellwert U1 überschreitet, das einen zweiten Wert annimmt, wenn das Eingangssignal S1 den Schwellwert ul unterschreitet und das den Wert 0 annimmt, wenn das Eingangssignal S1 weder den Schwellwert U1 über- noch den Schwellwert U2 unterschreitet.
Weitere Einzelheiten der Schwellwertstufe S werden zusammen mit den in Fig.2 dargestellten Signalen beschrieben.
Bei den in F i g. 2 dargestellten Signalen sind in Abszissenrichtung die Momentanwerte des Eingangssignals S1 und in Ordinatenrichtung die Momentanwerte eines Signals S3 am Ausgang des Verstärkers V1, eines Signals M am Ausgang des Verstärkers VI und des Ausgangssignals S2 am Ausgang der Schwellwertstufe Sdargestellt.
Wenn der Momentanwert des Eingangssignals S1 unterhalb der Schwelle U2 liegt, haben die Signale S3 und M negative Polarität. Die Diode Di ist gesperrt und die Diode Dl ist leitend. Vom Ausgang der Schwellwertstufe fließt ein Strom zum Verstärker VI, und das Ausgangssignal S2 hat ebenfalls negative Polarität.
Wenn das Eingangssignal St den Schwellwert U2 überschreitet, nimmt das Signal 51 positive Polarität an, und die Diode Dl wird gesperrt. Am Ausgang der Schwellwertstufe fließt kein Strom mehr, und das Ausgangssignal s2 nimmt den Wert 0 an. Die Diode D1 bleibt gesperrt, da das Signal S3 immer noch negative Polarität hat.
Wenn das Eingangssignal S1 den Schwellwert U1 überschreitet, der größer ist als der Schwellwert U1, nimmt auch das Signal S3 eine positive Polarität an, und die Diode D1 wird leitend.
Vom Verstärker V1 fließt ein Strom zum Ausgang der Schwellwertstufe, und das Ausgangssignal S2 hat ebenfalls positive Polarität.
Bei den in F i g. 3 dargestellten Zeitdiagrammen der Signale S1 bis S4 ist in Abszissenrichtung die Zeit t dargestellt und in Ordinatenrichtung sind die Momen- tanwerte der Signale dargestellt. Es wird angenommen, daß als Eingangssignal S1 ein sinusförmiges Signal an den Eingang der Schwellwertstufe angelegt wird, das zeitweise sowohl den Schwellwert Ui überschreitet als auch den Schwellwert U2 unterschreitet.
Zum Zeitpunkt t1 überschreitet das Eingangssignal S1 den Schwellwert U1, und das Signal s3nimmt positive Polarität an. Die Diode Di wird leitend, und das Ausgangssignal S2 hat ebenfalls positive Polarität. Zum Zeitpunkt t4 unterschreitet das Eingangssignal S1 wieder den Schwellwert U1. Das Signal S3 nimmt negative Polarität an, und die Diode Di wird gesperrt.
Da gleichzeitig auch die Diode Dl gesperrt ist, nimmt das Ausgangssignal S2den Wert 0an.
Zum Zeitpunkt t3 unterschreitet das Eingangssignal S1 auch den Schwellwert ul. Das Signal S4 nimmt damit negative Polarität an, und die Diode Dl wird leitend. Das Ausgangssignal s2 nimmt damit ebenfalls negative Polarität an. Zum Zeitpunkt t4 überschreitet das Eingangssignal S1 wieder den Schwellwert U2. Das Signal S4 nimmt wieder positive Polarität an, und die Diode Dl wird wieder gesperrt. Da gleichzeitig auch die Diode D1 gesperrt ist, nimmt das Ausgangssignal s2 wieder den Wert 0 an. Anschließend wiederholt sich derselbe Vorgang wie zwischen den Zeitpunkten d und t4.
Die in F i g. 4dargestellte Schwellwertstufe Sbesteht aus den beiden Differenzverstärkern Vi und VI, den Dioden Di und Dl und neun Widerständen R1 bis R9.
Das Eingangssignal S1 wird über je einen Vorwiderstand R1 und R2 den den nichtinvertierenden Kanälen zugeordneten Eingängen E2 bzw. E4 der beiden Verstärker V1 und V2 zugeführt. Über einen aus den Widerständen R3 bis R5 gebildeten Spannungsteiler werden Gleichspannungen erzeugt und diese als Schwellwerte U1 bzw. U2 den den invertierenden Kanälen zugeordneten Eingängen E1 bzw. E3 der Verstärker V1 bzw. VI zugeführt. Die Verstärker V1 und VIsind mit Mitkopplungswiderständen R6 bzw. R7 versehen, die das Schaltverhalten verbessern.
Die Signale S3 und 51 werden über jeweils einen Widerstand R8 bzw. R9 und eine Diode Dibzw. Dldem Ausgang der Schwellwertstufe zugeführt und dort als Ausgangssignal S2 abgegeben. Die Anode der Diode D1 ist über den Widerstand R8 mit dem Ausgang des Verstärkers Vi verbunden, und die Kathode der Diode Dl ist über den Widerstand R9 mit dem Ausgang des Verstärkers V2 verbunden. Das Signal S2 wird am Verbindungspunkt zwischen der Kathode der Diode D1 und der Anode der Diode Dlabgegeben.

Claims

Patentansprüche: 1. Schwellwertstufe, der ein Eingangssignal zugeführt wird und die ein Ausgangssignal abgibt, das einen ersten bzw. zweiten Wert annimmt, wenn das Eingangssignal einen ersten Schwellwert überschreitet bzw. einen zweiten, kleineren Schwellwert unterschreitet und das einen dritten Wert annimmt, wenn das Eingangssignal weder den ersten Schwellwert überschreitet noch den zweiten Schwellwert unterschreitet, gekennzeichnet durch jeweils einen ersten und einen zweiten Differenzverstärker (Vl, W denen an jeweils gleichen ersten Eingängen (E2, E4) das Eingangssignal (ist) zugeführt wird und denen an jeweils gleichen zweiten Eingängen (El, E3) derersteSchwellwert (U1)bzw.

der zweite Schwellwert (()2)zugeführt werden und durch eine erste Diode (D1) bzw. zweite Diode, die zwischen den Ausgängen des ersten bzw. zweiten Differenzverstärkers (Vl bzw. VI) und einem Punkt angeordnet sind, an dem das Ausgangssignal abgegeben wird und die nur dann leitend sind, wenn das Eingangssignal (Sl)den ersten Schwellwert (U1) überschreitet oder den zweiten Schwellwert (U2) unterschreitet.
2. Schwellwertstufe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alls erste Eingänge (E2, E4)die den nichtinvertierenden Kanälen und als zweite Eingänge (El, ß) die den invertierenden Kanälen der Differenzverstärker (V1, 1v2) zugeordneten Eingänge vorgesehen sind und daß die Anode der ersten Diode (D1) mit dem Ausgang des ersten Differenzverstärkers (V1) und die Kathode der zweiten Diode mit dem Ausgang des zweiten Differenzverstärkers (VL)verbunden sind.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schwellwertstufe, der ein Eingangssignal zugeführt wird und die ein Ausgangssignal abgibt, das einen ersten bzw. zweiten Wert annimmt, wenn das Eingangssignal einen ersten Schwellwert überschreitet bzw. einen zweiten, kleineren Schwellwert unterschreitet und das einen dritten Wert annimmt, wenn das Eingangssignal weder den ersten Schwellwert überschreitet noch den zweiten Schwellwert unterschreitet.

Es wäre denkbar, eine derartige Schwellwertstufe aus zwei als Operationsverstärker ausgebildeten Verstärkern und einem nachgeschalteten Summationsnetzwerk aufzubauen. Dem nichtinvertierenden Eingang des ersten Verstärkers wird das Eingangssignal zugeführt, und am invertierenden Eingang liegt der erste Schwellwert in Form einer Gleichspannung an. Solange das Eingangssignal den ersten Schwellwert nicht überschreitet, gibt der Ausgang des ersten Verstärkers ein erstes Signal mit negativer Polarität ab. Wenn das Eingangssignal den Schwellwert überschreitet, nimmt das erste Signal positive Polarität an. In ähnlicher Weise wird dem nichtinvertierenden Eingang des zweiten Verstärkers das Eingangssignal zugeführt, und am invertierenden Eingang liegt der zweite Schwellwert an.

Solange das Eingangssignal den zweiten Schwellwert nicht unterschreitet, gibt der zweite Verstärker ein zweites Signal mit positiver Polarität ab. Wenn das Eingangssignal den zweiten Schwellwert unterschreitet, nimmt das zweite Signal negative Polarität an.

Den beiden Verstärkern ist ein Summationsnetzwerk nachgeschaltet, das die Signale an den Ausgängen der Verstärker addiert und ein Signal abgibt, das eine positive Polarität hat, wenn das Eingangssignal den ersten Schwellwert überschreitet, eine negative Polarität hat, wenn das Eingangssignal den zweiten Schwellwert unterschreitet und das Null ist, wenn das Eingangssignal weder die erste Schwelle über- noch die zweite Schwelle unterschreitet.

Eine derartige Schwellwertstufe hat jedoch den Nachteil, daß das am Ausgang des Summationsnetzwerks abgegebene Signal nicht den vollen Signalhub hat. Außerdem hat sie den Nachteil, daß Summationsnetzwerke, die sehr genau arbeiten, einen großen Aufwand erfordern. Das Summationsnetzwerk läßt sich außerdem nur schwer als integrierter Schaltkreis herstellen. Weiterhin darf der Ausgang des Summationsnetzwerks wegen seines großen Ausgangswiderstands nur gering belastet werden. Falls ein aktives Summationsnetzwerk verwendet wird, ist ein weiterer Verstärker erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache Schwellwertstufe anzugeben, an deren Ausgang ein Ausgangssignal mit dem vollen Hub abgegeben wird. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der Schwellwertstufe der eingangs genannten Art gelöst durch einen ersten und einen zweiten Differenzverstärker, denen an jeweils gleichen ersten Eingängen das Eingangssignal zugeführt wird und denen an jeweils gleichen zweiten Eingängen der erste Schwellwert bzw.

der zweite Schwellwert zugeführt werden und durch eine erste Diode bzw. zweite Diode, die zwischen den Ausgängen des ersten bzw. zweiten Differenzverstärkers und einem Punkt angeordnet sind, an dem das Ausgangssignal abgegeben wird und die nur dann leitend sind, wenn das Eingangssignal den ersten Schwellwert überschreitet oder den zweiten Schwellwert unterschreitet.

Die Schwellwertstufe hat die Vorteile, daß sie einen besonders geringen Aufwand erfordert, mit großer Genauigkeit arbeitet und sehr einfach als integrierter Schaltkreis hergestellt werden kann. Das an ihrem Ausgang abgegebene Ausgangssignal hat, abgesehen von den Durchlaßspannungen der Dioden, den vollen Hub der Signale an den Ausgängen der Verstärker.

Um sicherzustellen, daß das Ausgangssignal eine positive Polarität hat, wenn das Eingangssignal den ersten Schwellwert überschreitet, ist es vorteilhaft, wenn als erste Eingänge die den nichtinvertierenden Kanälen und als zweite Eingänge die den invertierenden Kanälen der Differenzverstärker zugeordneten Eingänge vorgesehen sind und wenn die Anode der ersten Diode mit dem Ausgang des ersten Differenzverstärkers und die Kathode der zweiten Diode mit dem Ausgang des zweiten Differenzverstärkers verbunden sind.

Im folgenden wird an Hand von Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Schwellwertstufe gemäß der Erfindung erläutert. Es zeigt F i g. 1 ein vereinfachtes Schaltbild einer Schwellwertstufe, F i g. 2 Signale an verschiedenen Punkten der Schwellwertstufe als Funktion der Momentanwerte der Eingangssignale, F i g.
3 Zeitdiagramme von Signalen an verschiedenen Punkten der Schwellwertstufe, F i g. 4ein Schaltbild der Schwellwertstufe.