DE2553764C2

DE2553764C2 - Nulldurchgangsdetektor

Info

Publication number: DE2553764C2
Application number: DE2553764A
Authority: DE
Inventors: Karl-Diether Dipl.-Ing. 7100 Heilbronn Nutz
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority date: 1975-11-29
Filing date: 1975-11-29
Publication date: 1983-01-13
Also published as: JPS5268475A; US4132909A; JPS5928266B2; DE2553764A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Nulldiirchgangsdetektor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs I.

Ein derartiger Nulldurchgangsdetektor ist aus der Zeitschrift »IBM Technical Disclosure Bulletin« Vol. 12, No. 8, Jan. 1970, Seite 1177 bekannt. Die bekannte Schaltung hat den Nachteil, daß mehrere Betriebsspannungsquellen benötigt werden und daher die Schaltzeitpunkte von den Spannungsrelationen abhängig sind. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Nulldurchgangsdetektor anzugeben, der völlig symmetrisch arbeitet, mit einer einzigen Versorgungsspannung lu auskommt und für einen integrierten Schaltun_tsaufbau geeignet ist

Nulldurchgangsdetektoren werden beispielsweise zur Ansteuerung von Zweiwegthyristoren (Triacs) verwendet. Der Triac soll während des Nulldurchganges eines Wechselstromsignals angesteuert werden, um die durch das Schalten verursachten Störungen im Wechselstromnetz auf ein Minimum zu reduzieren. Außerdem benötigt man Nulldurchgangsdetektoren etwa auch für Phasenanschnittssteuerschaltungen zur Synchronisation von Sägezahngeneratorea

Die genannte Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Da bei der genannten Schaltung der von der

Konstantstromquelle gelieferte Strom sowohl in der

:■; positiven als auch in der negativen Halbwelle des Wechselstromsignals stets beim gleichen Stromwert über den einen bzw. den anderen Strompfad abgeleitet wird, ist sichergeteilt, daß die Impulsbreite der Ausgangsimpulse gleichmäßig auf die positive und

ω negative Halbwelle des Wechselstromsignals verteilt ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in

den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung und vorteilhafte Ausgestaltungen sollen im weiteren anhand eines Ausführungsbeispiels υ gemäß der Figur näher erläutert werden.

Die Schaltung enthält eine Konstantstromquelle K.

deren Aufbau im einzelnen nicht dargestellt ist, da solche Schaltungen hinreichend bekannt sind. Die Konstantstromquelle liefert einen Strom Ik. der über

4« drei verschiedene Strompfade abfli"(Jen kann. Der eine Strompfad führt über den Transistor Tt. Dieser Transistor T, besitzt drei Kollektoren, von denen der eine K-.' mit der Konstantstromquelle AC verbunden ist.

Die beiden anderen Kollektoren ACi". AC.'" sind mit der Basis des Transistors T kurzgeschlossen und an den Signaleingang für den Wechselstrom angeschlossen.

Der Emitter £'. des Transistors T ist. da es sich um einen pnp-Transistor handelt, mit Masse verbunden. Die Konstantstromquelle K ist dagegen an den - tVPol

so der Gleichspannungsquelle angeschlossen. Der zweite Strompfad führt über den Transistor T,. Dieser weist zwei Kollektoren auf. von denen der eine K₁' an die Konstantstromquelle AC angeschlossen ist. Der zweite Kollektor ACi" ist mit der Basis kurzgeschlossen und mit

5i Masse verbunden, während der Emitter E, an den Signaleingang für den Wechselstrom angeschlossen ist.

Der dritte Strompfad, der fur die Auskopplung des

Signals in den Nulldurchgangsphasen vorgesehen ist.

führt über den Transistor T>. Dieser Transistor Ti weist zwei Kollektoren auf. von denen der eine AC/' mn der Basis kurzgeschlossen und an die Konstantstromquelle K angeschlossen ist. Der andere Kollektor Ki ist über einen Kollektorwiderstand R₂ mit dem negativen Pol — [/ader Gleichspannungsquelle verbunden. Der Emit· ter Ei ist wiederum an Masse angeschlossen.

Bei allen Transistoren handelt es sich um pnp-Transistoren. Das Schaltprinzip kann jedoch in sinngemäßer Weise auch mit npn-Transistoren realisiert werden.

Die Schaltung arbeitet wie folgt:

In der negativen Halbwelle des Wechselstromsignals /y„ wird der Strom Ik über den Kollektor Ki' des Transistors Ti abgeführt. Es sei angenommen, daß der Strom /κ=10μΑ groß ist. Dann muß aus Symmetriegründen bei der Durchsteuening des Transistors Γι über alle drei KolLktoren ein Strom von 10 μΑ fließen. Der Transistor 71 schaltet daher dann durch, wenn l_sy„~ den Wert 20 μΑ (zuzüglich des zunächst vernachlässigbaren Wertes für Ib) erreicht hat

In der positiven Halbwelle muß über den Emitter E₃ des Transistors Tj gleichfalls ein Strom von 20 μΑ fließen, damit über die Kollektoren Kj und Ki" je 10 μΑ fließen können. Somit wird in der positiven Halbwelle der über Ki führende Strompfad für den Strom Ik dann durchgeschaitet, wenn I_syn~ den Wert 20 μΑ erreicht hat.

Bei Stromwerten, die betragsmäßig größer als 20 μΑ sind, ist daher stets einer der beiden Strompfade über Ti bzw. Tj durchgeschaltet, während der Transistor T2 gesperrt bleibt Nur in den Nulldurchgangsphasen, in denen der Stromwert des Wechselstromsignals betragsmäßig unter 2OuA liegt, steuert der Strom ,'_K den Transistor Ti durch. Dann fließt über K{' und somit aus Symmetriegründen auch über K₂' ein Strom von 10 μΑ und das Potential am Kollektor von Ki wird auf den Wert Ri: 10 μΑ angehoben. Es sei darauf hingewiesen, daß die angeführten Stromwerte von 10 bzw. 20 μΑ nur beispielhaft genannt wurden und die Funktionsweise der Schaltung für jeden von der Konstantstromqueile K gelieferten Strom gleich ist.

Es sei aber erwähnt, daß der an sich vernachlässigbar Kleine Basistrom der Transistoren beim Transistor 7Ϊ größer ist als beim Transistor T_}. Dies rührt daher, daß beim Transistor Ti der Gesamtkollektorstrom 3 χ I_K und beim Transistor T₁ nur 2 χ 1_K beträgt. Will man die sich daraus ergebende, extrem kleine Unsymmetrie noch kompensieren, so kann dies durch eine entsprechende geometrische Aufteilung der Teiikol'ektoren von T erfolgen. Bei einer Stromverstärkung von ß=30 ergibt

n sich, daß eine absolute Symmetrie dann erreicht wird, wenn die Gesamtfläche der beiden Kollektoren K\" und Ki'" das l,96fache der Fläche des Kollektors K\ beträgt. Auch die Kollektoren der Transistoren T₁ und Ti sind mit K₁' flächengleich. Dieses Flächenverhältnis ergibt sich aus der Gleichung

F_x., + Fr·"·

25 + !
fi+1

wobei F_K die Fläche des jeweiligen Kollektors bei Ausführung als Multikollektor pnp-Transistor bedeute;.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Nulldurchgangsdetektor für integrierte Schaltungen aus zwei so mit bipolaren Transistoren versehanen, parallel geschalteten Strompfaden, daß in der einen Halbwelle eines Wt.chselstromsignals ein von einer Konstantstromquelle gelieferter Gleichstrom über den einen Strompfad und in der anderen Halbwelle der Gleichstrom über den anderen Strompfad abfließt und nur in den Nulldurchgangsphasen des Wechselstromsignals beide Strompfade gesperrt sind, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem der beiden Strompfade ein als Stromspiegel ausgebildeter Transistor (Tt bzw. Tj) vorgesehen und so ausgebildet und geschaltet ist, daß sowohl in der positiven als auch in der negativen Halbwelle des Wechselstromsignals (]_iyn) stets beim gleichen Stromwert der von der Konstantstromquelle (K) gelieferte Strom über den einen bzw. den anderen Strompfad abgeleitet wird und JJi zur Auskopplung des den Nulldurchfang markierenden Signals ein dritter Transistor (Tj) an die Konstantstromquelle (K) angeschlossen ist, über den in den Nulldurchgangsphasen des Wechselstromsignals (J,,„) der von der Ko.istantitromquelle (Abgelieferte Strom (/^fließt

2. Nulldurchgangsdetektor nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß alle Transistoren (Ti. T₂. Γι) die gleiche Zonenfolge aufweisen.

3. Nulldurchgangsdetektoi nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei beiden als Stromspiegr' wirksamen Transistoren (Ti, Tt) so ausgebildet und geschaltet sind, daß jeder der Transistoren in der lh η ι /ugeo.dneten Halbwelle des Wechselstromsignals ()„·,„' bei einem Stromwert durchschaltet, der doppelt so g oß ist. wie der von der Konstantsiromquelle (Abgelieferte Strom (I_K).

4. Nulldurc'igangsdetektor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor (T₁) im einen Strompfad drei Kollektoren aufweist, von denen der eine (Ki') mit der Konstantstromquelle (K)und die beiden anderen (Ky". Κ,"') mit der Basis kurzgeschlossen und mi', dem Eingang für das Wechselstromsignal (l„_n) verbunden sind, während der Emitter (Et) mit dem einen Pol der Gleichspannungsquelle verbunden ist. und daß der Transistor (Ti) im anderen Strompfad zwei Kollektoren aufweist, von denen der eine (Ki) mit der Konstantstromquelle (K) und der andere (Kt") mit der Basis kurzgeschlossen und mit dem genannten Pol der Gleichspannungsquelle verbunden ist. während der Emitter (E,) des Transistors (Ti) an den Eingang für das Wechselstromsignal (/«„) angeschlossen ist.

5. Nulldurchgangsdetektor nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß der Auskoppeltransiktor (T₁) zwei Kollektoren aufweist, von denen der eine (K₁") mit der Basis kurzgeschlossen und an die Konstantstromquelle (K)angeschlossen ist. während der zweite Kollektor (Kj) über einen Ausgangswiderstand (Ri) an den anderen Pol (- Ur) und der Emitter (E₂) an den einen Pol der Gleichspannungsquelle angeschlossen ist.