DE2706428B2 - Fensterkomparatorschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eh.s Fensterkomparatorschaltung zur Überwachung der Diffe* nz zwischen zwei Eingangssignalen und Anzeige, wenn die Differenz einen von zwei vorbestimmten Grenzwerten übersteigt.

Nach dem Stand der Technik enthält ein Fensterkomparator zwei Vergleichsschaltungen, die mit Bezug auf zwei Eingänge so angeordnet sind, daß jeweils an einen Eingang angelegte Eingangssignale mit einer eigenen festen Bezugsspannung verglichen werden. Da die Eingangssignale immer mit den festen Bezugsspannungen verglichen werden, sind die bekannten Schaltungen im Prinzip unsymmetrisch und können Gleichtaktschwankungen in den Eingangssignalen nicht unterdrükken, während sie eine feste Differenz zwischen zwei Grenzwerten der Eingangssignale aufrecht erhalten. Bei Verwirklichung in Form einer integrierten Schaltung benötigen die bekannten Fensterkomparatoren einen großen Flächenbereich des Halbleiterplättchens.

Zur Überwachung von Gleichspannungen innerhalb einer vorgegebenen Toleranzgrenze ist auch bereits eine Transistorschaltung bekannt (DE-AS 12 75117), bei der die Kollektor-Emitter-Strecken von zwei Transistoren in Reihe an der Betriebsspannung liegen und die zu überwachende Gleichspannung dem ersten Transistor als Basisspannung zugeführt wird. Der Emitter dieses Transistors und die Basis des zweiten Transistors sind so vorgespannt, daß der zweite Transistor nur innerhalb des zu überwachenden Toleranzbereiches der Gleichspannung leitet.

Bekannt ist auch eine weitere Schaltungsanordnung zur Überwachung des oberen und unteren Grenzwertes einer Gleichspannung (DE-AS 1130 922) mit zwei bi-stabilen Kippschaltungen unterschiedlichen Ansprechpegels, denen die Gleichspannung parallel zugeführt ist. Die Differenz zwischen zwei Eingangsspan nungen laßt sich mit diesen bekannten Schaltungsanordnungen nicht überwachen. Außerdem ist der Aufwand für die genaue Vorspannung der Transistoren bzw. die bi-stabilen Kippschaltungen hoch.

ϊ Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fensterkomparatorschaltung zu schaffen, nut der die Differenz zwischen zwei Eingangssignalen auch bei Vorhandensein eines Gleichtaktsignals auf Idas Überschreiten von zwei Grenzwerten hin bei kleinem

Ui Aufwand und einfacher Verwirklichungsmög'lichkeit in Form einer integrierten Schaltung überwacht werden kann. Zur Lösung geht die Erfindung aus von einem Fensterkomparator der eingangs genannten Art und ist gekennzeichnet durch eine Eingangsschaltung mit einer

Oifferenzschaitung, die zwei unabhängig variable Ströme l\ und h führt, und mit einer Stromquelle, die einen Strom /gleich der Summe von I₁ und I₂ liefert und durch eine Ausgangsschaltung mit zwei Stromquellen, die je einen vorbestimmten Strom größer als 1/2 liefern und je an eine Seite des Ausgangs der Differenzschaltung angeschlossen sind, und mit zwei Transistoren, die auf diejenige Seite des Augangs der Differenzschaltung, weiche mehr als den vorbestimmten Strom führt, ansprechen und anzeigen, daß die Differenz zwischen den Eingangssignalen einen der beiden vorbestimmten Grenzwerte übersteigt

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß der Emitter jedes Transistors der Ausgangsschaltung an einen gemeinsamen Anschluß der Stromquellen gelegt

jo ist, daß die Basis der Transistoren jeweils an eine andere Seite der Eingangsschaltung angeschlossen ist, und daß der Kollektor jeweils mit dem Kollektor des anderen Transistors verbunden ist.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeich-

r. nung näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 das Schaltbild eines Ausführungsbeispiels für einen Fensterkomparator nach der Erfindung,

Fig.2 und 3 Diagramme mit Arbeitskennlinien für den Komparator nach Fig. 1;

4ii F i g. 4 das Schaltbild eines alternativen Ausführungsbeispiels eines Fensterkomparators;

Fig.5, 6 und 7 Diagramme mit Betriebskennlinien des Komparator nach F i g. 4.

In F i g. 1 ist als Beispiel das Schallbild eines

Fensterkomparators 12 dargestellt, der anzeigt, wenn die Differenz zwischen zwei Eingangssignalen zwischen zwei vorbestimmten Grenzwerten L 1 und L 2 ist, die in den F i g. 2 und 3 gezeigt sind. Das Eingangssignal des Fensterkomparator.» wird über Eingangsanschlüsse 18 und 19 einem Differenzspannungskomparator mit Transistoren 30 und 31 zugeführt. Eine Stromquelle 32 dient als Emitterstromquelle für den Differenzspannungskomparator. Der über die Stromquelle 32 führende Strom l_s ist gleich der Summe der Kollektor-

■">) ausgangsströme /1 und 12. In den Kollektorausgangskreis der Transistoren 30 und 31 sind Stromquellen 34 bzw. 35 eingeschaltet. Jede dieser Stromquellen 34, 35 liefert einen Strom Iy Dieser Wert //. ist auf der vertikalen Achse in F i g. 2 eingetragen. Der Strom //. ist

W) größer als der von jedem der Transistoren 30, 31 geführte Strom, wenn der Differenzverstärker symmetrisch ist, und er ist kleiner als der über die Emitterstromquelle 32 geführte Strom Is. Unter diesen Bedingungen arbeiten die Stromquellen 34 und 35 in

·>■> Form von Transistoren in der Sättigung, und zwei Ausgangsschalitransistoren 37 und 38 sind ausgeschaltet, weil ihnen im symmetrischen Betrieb kein Basisstrom zugeführt wird. Der gesamte, für die

Transistoren 30 und 31 benötigte Kollckiorsirom wird von den Stromquellen 34 und 35 geliefert.

Der Fensterkomparator spricht auf Spannungsunlerschiede zwischen den Eingangsanschlüsser: 18 und 19 an. Wenn das Eingangssignal ein sich ändernder Strom ist, so kann er dadurch in eine Differenzspannung umgewandelt werden, daß der Strom über einen zusätzlichen Widerstand 22 zwischen den Eingangsanschlüssen 18 und 19 geführt wird. Der durch den über den Widerstand 22 fließenden Strom erzeugte Spannungsabfall steuert dann den Fensterkomparator.

Entsprechend der Darstellung in Fi g. 2 und 3 arbeitet der Fensterkomparator in drei verschiedenen Zuständen in Abhängigkeit von unterschiedlichen Spannungsdifferenzen zwischen den Eingangsanschlüssen 18 und 19. Wenn das Differenzssignal zwischen den vorbestimmten Grenzwerten liegt, erzeugt der Fensterkomparator keinen Ausgangsstrom auf einer Ausgangsleitung 40. Die Leitung 40 führt einen hohen Strom /40, wenn das Differenzsignal zwischen den Eingangsanschiüssen einen der Grenzwerte L 1 öder L 2 übersteigt

Wenn entsprechend F i g. 2 und 3 die Spannungsdifferenz zwischen den Eingangsanschlüssen Null is', so ist der Differenzspannungskomparator symmetrisch und die Komparatorströme /1 und /2 sind gleich. Da der Differenzverstärker in diesem Zustand symmetrisch ist, sind die Stromquellen 34 und 35 in Form von Transistoren gesättigt und die Transistoren 37 und 38 abgeschaltet Es fließt daher kein Ausgangsstrorn über einen der Transistoren 37 und 38 oder die Ausgangsleitung 40. Dadurch wird angezeigt, daß die Differenzeingangsspannung zwischen den vorbestimmten Grenzwerten L 1 und L 2 liegt

Wenn die Spannungsdifferenz zwischen den Eingangsanschlüssen den Differenzverstärker mit den Transistoren 30 und 31 unsymmetrisch macht, fließen ungleiche Ströme /1 und /2 über deren Kollektorausgangskreise. Wenn beispielsweise die Unsymmetrie so klein ist, daß der Transistor 30 mit der höheren Eingangsspam.ung nicht so viel Strom führt wie seine Kollektorstromquelle 34 liefern kann, bleiben beide Transistoren 37 und 38 ausgeschaltet. Das gilt auch, wenn der Transistor 31 die höhere Eingangsspannung hat, aber keinen so großen Strom führt, wie seine Stromquelle 35 liefern kann. In beiden Fällen fließt kein Strom übercJie Leitung 40. Dieser Zustand bedeutet wie der oben beschriebene symmetrische Zustand, daß die Differenzeingangsspannung zwischen den Grenzwerten L 1 und L 2 des Fensters liegt

Wenn die Spannungsdifferenz zwischen den Eingangsanschlüssen den Differenzverstärker mit den Transistoren 30 und 31 ausreichend unsymmetrisch macht, führt einer dieser Transistoren einen größeren Strom, als die die Stromquelle in seinem Kollektorkreis liefern kann. Nimmt man an, daß die Eingangsspannung am Anschluß 19 um so viel größer ist als die Spannung am Anschluß 18, daß der Transistor 31 einen größeren Strom als Il führt, so fließt der zusätzliche Strom über die Basis-Emitter-Strecke des Transistors 38, der dadurch eingeschaltet wird. Der Transistor 38 liefert dann einen Ausgangsstrom /40 über die Leitung 40, der iingibt, daß die Differenzeingangsspannung größer als der G renzwert L 2 des Fensters ist.

Wenn im anderen Fall die an den Anschluß 18 angelegte Eingangsspannung wesentlich größer als die Spannung am Anschluß 19 ist, so daß der Transistor 30 einen größerem Strom jIs //. führt, so wird ein Basis-Emitterstrom über den Transistor 37 geführt, der dann einschaltet. Der Transistor 37 liefert dann einen Ausgangssirom /40 über die Leitung 40, der angibt, dall die Eingangsspannungsdifferenz größer als der Grenzwert L 1 des Fensters ist

·-, In Fig.4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Fensterkomparator 50 gezeigt, der angibt, wenn die Differenz zwischen zwei Eingangssignalen zwischen zwei vorbestimmten Grenzwerten ist Die Eingangssignale werden über Eingangsanschlüsse 51 und 52 einer

ίο Eingangsschaltung 55 zugeführt, die zwei miteinander verbundene Differenzschaltungen enthält

Die erste Differenzschaltung enthält die Transistoren

61 und 62, deren Emitterkreise zusammen an einer Emitterstromquelle 65 liegen. Der Emitter des Transi- ·-, stors 61 liegt direkt an der Stromquelle 65 und zwischen den Emitter des Transistors 62 und die Stromquelle 65 ist ein einen Spannungsabfall bewirkender Widerstand 66 gelegt.

Die zweit- Differenzschaltung enthält die Transistoren 71 und 72, deren Emitter zusamme an eine weitere Emiüersiromqueüe 75 angeschlossen snd. Zwischen den Emitter des Transistors 71 und die Stromquelle 75 ist ein weiterer Widerstand 76 geigt während der Emitter des Transistors 72 direkt mit der Stromquelle 75 verbunden ist

Die Eingangsschaltungen der beiden Differenzschaltungen sind miteinander verbunden. Eine Leitung 78 verbindet die Basis-Eingangselektroden der Transistoren 61 und 71 miteinander und mit de.n Eingangsan-

jo Schluß 51. Eine Leitung 79 verbindet die Basis-Eingangselektroden der Transistoren 62 und 72 mit einander und mit dem Eingangsanschluß 52.

Die Ausgänge der beiden Differenzschaltungen sind ebenfalls miteinander verbunden. Eine Leitung 81

!', verbindet die Kollektoren der Transistoren 62, 71 und eine Leitung 82 die Kollektoren der Transistoren 61,72. Die Ausgangsströme /3 und /4 der Eingangsschaltung ergibt sich durch eine Summierung de/ über die Eingangsschaltung 55 geführten Ströme. Der Strom /3

;ii ist die Summe der über die Transistoren 71 und 62 fließenden Ströme. Der Strom /4 ist die Summe der über die Transistoren 61 und 72 fließenden Ströme. Diese Ausgangsströme werden über einen Ausgangsstromspiegel mit den Transistoren 85 und 86 geführt.

f. Der Emitter des Transistors 86 ist so bemessen, daß er bei gleicher Stromdichte etwa den dreifachen Strom wie der Transistor 85 leitet

Die Spannungsabfallwiderstände 66 und 76 sind in die Emitterstrecken der Transistoren 62 und 71 zur

-,ο Herstellung der Grenzwerte L 1 und L 2 des Fensters eingeschaltet. Der Wert dieser Widerstände stellt zusammen mit der Größe der von den Stromquellen 65 und 75 geführten Ströme und dem Verhältnis der Emitterbemessung zwischen den Transistoren 85 und 86

■τ; die Grenzwerte L 1 und L 2 her.

Die Arbeitsweise der Schaltung nach F i g. 4 soll jetzt anhand der Fig.5, 6 und 7 erläutert werden. Man beachte, daß die differentiellen Eingangssignale an den Eingangsanschlüsseii 51 und 52 beiden Differenzschal-

hi) tungen zugeführt werden. Die Ströme, die die Transistoren 62 und 71 führen, sind in Fig.5 gezeigt, und die Ströme der Transistoren 61 und 72 in Fi g. 6.
F i g. 5 zeigt die Änderung des von den Transistoren

62 und 71 geleiteten Stromes als Funktion der ι,· Spannungsdifferenz zwischen den Anschlüssen 51 und

52. Fig.6 zeigt die Änderung des Stromes über die Transistoren 61 und 72 in Abhängigkeit von der Spannungsdifferenz zwischen den Anschlüssen 51 und

52. Der horizontale Maßstab gibt clic Änderungen der differentiellcn Eingangsspannung an, wobei beginnend von links der Anschluß 51 wesentlich positiver als der Anschluß 52 ir.t. In Richtung nach rechts auf der Horizontalen kreuzt man einen Punkt, bei dem die Eingangsspannung symmetrisch ist, d. h., die Differenzsjiannung Null ist. Weiler nach rechts ist dann der Anschluß 52 wesentlich positiver als der Anschluß 51. Demgemäß nehmen die über die Transistoren 71 und 61 geführten Ströme /71 und /61 von links nach rechts ab. Umgekehrt nehmen die über die Transistoren 62 und 72 geführten Ströme /62 und /72 von links nach rechts zu.

Der Ausgangsstrom /3, der in I" ig. 4 als Pfeil dargestellt ist, ist in F-" i g. 5 als Summe der Ströme /62 und /71 angegeben. Man beachte, daß der Strom /3 ein Minimum zwischen den Grenzwerten Ll und 1.2 des Fensters hai.

Der Ausgangsstrom /4, der in Fig. 4 als Pfeil gezeigt is:, wird in I' i g. b als Summe der Ströme /61 und /72 dargestellt. Man beachte, daß der Strom /4 ein Maximum zwischen den Grenzwerten L 1 und /. 2 hat.

In F ig. 4 ist außerdem ein Ausgangsschalttransistor 88 gezeigt, der auf Änderungen des Verhältnisses zwischen den Strömen /3 und /4 anspricht. Die Basis des Transistors 88 ist an die Leitung mit dem Strom /3 und der Emitter des Transistors 88 an eine positive .Spannungsquelle angeschaltet. Der Kollektor des Transistors 88 liegt an einer Ausgangslcitung 90.

Der Transistor 85 ist so ausgelegt, daß er in der Sättigung arbeitel und den von den Transistoren 62 und 71 benötigten Strom bis zu einem Wert liefert, der etwa gleich einem Drittel des Stromes /4 ist. Wenn die F.ingangsspannung an einem der Fingangsanschlüssc 51 und 52 wesentlich höher als die Spannung am jeweils

'· anderen Eingangsansehluß ist, also dann, wenn die Eingangsspannungsdifferenz einen der Grenzwerte I^ I und L 2 übersteigt, so überschreitet die Höhe des von den Transistoren 62 und 71 benötigten Stromes /3 ein Drittel des Stromes /4. Dadurch wird ein Strom über

t<> die Basis-F.mitterstrccke des Transistors 88 geführt, der dann einen Aiisgangsslrom /90 liefert, der in I i g. 7 dargestellt ist. Zwischen den Grenzwerten /. 1 und 1.2 liegen die Spannungen an den Anschlüssen 51 und 52 verhältnismäßig dicht beieinander, und der Strom /3 ist

!> kleiner als ein Drittel des durch den Transistor 85 bestimmten Stromes /4. Im Ergebnis wird kein Ausgangsstrom über die Basis Fmitterstrccke des Transistors 88 geführt. Dieser fehlende Ausgan>>sstrom des Transistors 88 ist in ("ig. 7 zwischen den

.'» Grenzwerten I. 1 und /^dargestellt.

Der Ausgangstransislor 88 spricht auf das sich ändernde Verhältnis zwischen der Höhe der Ströme /3 und /4 an. Der Ausgangsstrom /90 ist hoch, wenn das Verhältnis /3//4größeralsein Drittel ist,und ist niedrig

.'■> oder Null, wenn das Verhältnis 13/14 kleiner als ein Drittel ist.

Das Verhältnis, bei dem der Ausgangstransistor 88 umschaltet, ist ein skalarcs Vielfaches, das der Konstrukteur festlegen kann. Zur F^:.rläuterung ist der

ι· Wert ein Drittel zweckmäßig.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Fensterkomparatorschaltung zur Überwachung der Differenz zwischen zwei Eingangssignalen und Anzeige, wenn die Differenz einen von zwei vorbestimmten Grenzwerten übersteigt, gekennzeichnet durch eine Eingangsschaltung(30,31, 32) mit einer Differenzschaltung (30, 31), die zwei unabhängig variable Ströme /ι und h führt, und mit einer Stromquelle (32), die einen Strom / gleich der Summe l\ und h liefert und durch eine Ausgangsschaltung (34, 35, 37, 38, 40) mit zwei Stromquellen (34,35), die je einen vorbestimmten Strom größer als 112 liefern und je an eine Seite des Ausgangs der Differenzschaltung angeschlossen sind, und mit zwei Transistoren (37, 38), die auf diejenige Seite des Ausgangs der Differenzschaltung, welche mehr als den vorbestimmten Strom führt, ansprechen und anzeigen, daß die Differenz zwischen den Eingangssignalen einen der beiden vorbestimmten Grenzwerte übersteigt

2. Fensterkomparatorschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter jedes Transistors (37,38) der Ausgangsschaltung an einen gemeinsamen Anschluß der Stromquellen (34, 35) gelegt ist, daß die Basis der Transistoren jeweils an eine andere Seite der Eingangsschaltung angeschlossen ist, und daß der Kollektor jeweils mit dem Kollektor des anderen Transistors verbunden ist.