DE2715609B2

DE2715609B2 - Fenster-Diskriminatorschaltung

Info

Publication number: DE2715609B2
Application number: DE2715609A
Authority: DE
Inventors: Karl-Diether Dipl.-Ing. 7101 Oedheim Nutz
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority date: 1977-04-07
Filing date: 1977-04-07
Publication date: 1979-05-23
Also published as: DE2715609A1; DE2715609C3; IT7822054A0; GB1601595A; FR2386938B3; FR2386938A1; IT1094347B; US4184087A

Description

Die Erfindung betrifft eine Fenster-Diskriminatorschaltung, die bei veränderlicher Versorgungsgleichspannung innerhalb eines bestimmten Spannungsbereiches ein definiertes Ausgangssignal abgibt, bei der an die Versorgungsspannungsquelle eine Schaltung angeschlossen ist, die eine von der Versorgungsspannung abhängige Kontrollspannung erzeugt, die einen Schmitt-Trigger b*i Erreichen eines bestimmten unteren Wertes in definierter Weise einschaltet und mit einer weiteren, mit dem Schmitt-Trigger verbundenen Schaltung zur Erzeugung einer im wesentlichen von der Versorgungsspannung unabhängigen Referenzspannung, deren Wert den oberen Kontrollspannungswert bestimmt, bei dessen Erreichen der Schmitt-Trigger umgeschaltet wird.

Derartige Schaltungen sind beispielsweise aus der DE-PS 12 53 305 und der DE-AS 12 »5 M 7 bekannt.

In vielen Anwendungsfällen ist es erforderlich, bestimmten Logik- oder Speicherschaltungen beim Anlegen der Betriebsspannung einen definierten Anfangszustand aufzuzwingen. Als Beispiel sei ein Lichtdimmer erwähnt, der seine Versorgungsspannung über das Netz bezieht Beim Ausfall des Netzes muß gewährleistet sein, daß bei Wiederkehr der Netzspannung der Lichtdimmer abgeschaltet bleibt. Dies bedeutet daß während der Wiederkehr der Netzspannung die in einer Logik gespeicherten Betriebsinformationen für den Lichtdimmer gelöscht werden müssen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine seiir genau arbeitende Fenster-Diskriminatorschaltung anzugeben, die bei wiederkehrender Versorgungsspannung während des Spannungsanstiegs innerhalb eines bestimmten Spannungsbereichs ein definiertes Ausgangssignal abgibt, mit dem beispielsweise die in einer Logikschaltung enthaltenen Speicherinformationen gelöscht werden bzw. ein definierter Anfangszustand wieder hergestellt wird. Die Schaltung soll dabei mit einem möglichst geringen Stromverbrauch auskommen.

Diese Aufgabe wird bei einer Fenster-Diskriminatorschaltung der eingangs beschriebenen Art durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruches I gelöst

Die Versorgungsspannungsquelle ist vorzugsweise ein Kondensator, der über eine Gleichrichterschaltung aus dem Netz aufgeladen wird.

Zur Stromversorgung der Spannungserzeugungs-

schaltungen und des Schmitt-Triggers ist vorzugsweise ein Multikollektor-Transistor vorgesehen, der als Stromspiegelschaltung arbeitet und entsprechend den Größenverhältnissen der verschiedenen Kollektoren einen Versorgungsstrom an die verschiedenen Schaltungsteile abgibt Der Komparator besteht in an sich üblicher Weise aus zwei an den Emitterelektroden miteinander verbundenen Transistoren, wobei diese Emitterelektrooen mit einem Kollektor des Multikollektor-Transistors verbunden sind. Der Basiselektrode des einen Transistors wird die veränderliche Kontrollspannung zugeführt, während an der Basiselektrode des anderen Transistors die feste Referenzspannung anliegt

Die Erfindung und ihre weitere vorteilhafte Ausgestaltung soll im folgenden noch anhand eines Ausführungsbeispieies näher erläutert werden. In der Figur ist ein bevorzugter Schaltungsaufbau in Bipolartechnik dargestellt Diese Schaltung eignet sich besonders für den Einsatz in monolithisch integrierten Schaltungen.

Die Gesamtschaltung ist zwischen die beiden Pole der Versorgungsgleichspannung geschaltet was bedeutet, daß der die Betriebsspannung liefernde Kondensator C der Gesamtschaltung parallel geschaltet ist Am Kondensator Cfällt die Betriebsspannung U_B ab, die bei der Einschaltung des Netzes von der Spannung 0 bis zu einem oberen Spannungswert zunimmt, der durch eine weitere in der Figur nicht dargestellte Schaltung vorgegeben wird

An den einen Pol der Versorgungsspannung ist die Emitterelektrode eines Multikollektor-Transistors Ti geschaltet der im dargestellten Ausführungsbeispiel insgesamt 3 Kollektoren aufweist Eine Kollektorelektrode, die zu gleich mit der Basiselektrode des Multikoilektor-Transistors 71 verbunden ist, ist doppelt so groß wie die beiden anderen Kollektoren. Diese Kollektorelektrode ist mit dem Spannungsteiler verbunden, der die von der Versorgungsspannung abhängige Kontrollspannung liefert Dieser Spannungsteiler besteht in dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus den in Reihe geschalteten Widerstände R\, R₂ und Ry. Der Widerstand R₃ ist mit dem anderen Pol der Versorgungsspannung verbunden.

An die weiteren Kollektoren des Multikollektor-Transistors 71 ist einmal eine Diodenkette aus den in Flußrichtung geschalteten Dioden P\ bis D₄ und zum anderen die Schmitt-Trigger-Schaltung aus den Transistoren T₂, Ti und Γ4 angeschlossen. Die hintereinandergeschalteten Dioden D\ bis D₄ liegen parallel zur Basis-Kollektorstrecke d?s Transistors Ti, so daß die an den Dioden abfallende Flußspannung zugleich die Eingangsspannung für den Transistor Tj bildet. Die Basiselektrode des Transistors T₃ ist an die Widerstände R\ und /?2 angeschlossen. Dieser Transistor T3 weist zwei vorzugsweise gleich große Kollektorelektroden auf, die mit je einer Basiselektrode eines Schalttransistors T₄ bzw. Ti und mit je einem Widerstand R₄ bzw. R-, verbunden sind. Diese Widerstände /J₄ und A₅ überbrükken die Basisemitterstrecke der zugehörigen Schalttransistoren T₄ bzw. Ts. Die Emitterkollektorstrecke des Transistors T₄ überbrückt andererseits den Widerstand Ri des Spannungsteilers, so daß dieser Widerstand bei durchgesteuertem Transistor T₄ kurzgeschlossen wird. An der Kollektorelektrode des Transistors T₅ wird das Ausgangssignal abgenommen. Die Emitterelektroden der Transistoren T₄ und Tj sowie die Kollektorelektrode des Transistors Ti sind mit dem einen Pol der Versorgungsspannungsquelle verbunden.

Die Transistoren T₄ und Tj sind komplementer zu den

Transistorsn T₁ und Ts des Schmitt-Triggers und zu dem Multikollektor-Transistor T\. So sind die Transistoren T₄ und Ts beispielsweise npn-Transistoren, deren Emitterelektroden mit dem Masseanschluß verbunden sind, während die übrigen Transistoren 71, 7} und T₃ pnp-Transistoren sind, wobei die Emitterelektrode des Transistors Ti mit dem positiven Pol der Versorgungsspannungsquelle verbunden ist.
Die dargestellte und im einzelnen beschriebene Schaltung funktioniert wie folgt: Bei Wiederkehr der Netzspannung lädt sich der Kondensator Clangsam auf. Bei sehr kleiner Spannung ist der Betriebszustand der Schaltung nicht definierbar, da der durch den Multikollektor-Transistor Ti fließende Strom nicht ausreicht, um den Ausgangstransistor T5 durchschalten zu können. Bei einem Mindestwert

U_B = U₁

wird der Transistor
destwert ist

durchgesche-tet. Dieser Min-

U₁ = I₁ (R₁ +R₁ + R₃) + U_BET, . (2)

A3 muß hierbei berücksichtigt werden, da der Transistor T₄ sperrt und somit der Strom /1 auch den Widerstand R₃ durchfließt Der Transistor T₁ arbeitet als Stromspiegelschaltung, wobei der Strom durch den Spannungsteiler aufgrund der gewählten Größenverhältnisse der Kollektoren doppelt so groß ist wie die Ströme durch den Schmitt-Trigger bzw. durch die Diodenkette. Es gilt somit

Z₁ = /3 +

Der den Schmitt-Trigger durchfließende Strom teilt sich in einem Betriebszustand auf die Kollektoren des Transistors T3 gleichmäßig auf. Dies bedeutet, daß durch

jeden Kollektor von Tz -± fließt Der Mindeststrom, bei

dem die Transistoren Tt und Ti durchgeschaltet werden, betragt somit

_ Ubet^ U„et_s

'2min DD

Da /3 dann genauso groß ist, gilt gemäß Formel 3

'■ -

wählt man die Widerstände R₄ und R₅ gleich groß und se'zt ·. o.-aus, daß die Basisemttterdurchschaltspannung der Transistoren T₄ und T5 gleich groß ist, so ergibt sich für den Strom l\ der Wert

M min —

41/,

BET,

R₄

bo Setzt man diesen Wert in die Formel 2 ein, so erhält man für die Spannung U₁, bei der der Transistor Tj durchgeschaltet wird, folgenden Wert:

4IW
.. ü. = -IT^ <«i +R₁ + «j) + Übet, · (7)

Wenn die Spannung U_B diesen Wert U\ erreicht, entsteht somit am Ausgang des Transistors 1\ ein

»O«-Signal, durch das beispielsweise eine nachgeschaltete Logik- oder Speicherschaltung eine Vorzugslage einnimmt.

Wenn am Kondensator C die Spannung U\ überschritten wird, reicht der über den Transistor T₃ fließende Strom aus, um die beiden Transistoren Ta und Ti durchzusteuern. Durch diese Maßnahme wird also auch Ri kurzgeschlossen, was bedeutet, daß der Strom /ι durch den Spannungsteiler nun nur noch durch die Widerstände R\ und R? vorgegeben wird und somit anwächst (Schmitt-Trigger-Verhalten). Dieser Zustand bleibt erhalten, bis das Basispotential am Transistor T_} den Wert des ßasispotentials am Transistor T2 erreicht. Dies ist bei der Spannung

(X)

der Fall. Hierfür gilt unter Vernachlässigung der Sättigungsspannung für den Transistor Ti

U₁-

U_fl f U_fl + U_r,

U_e

(9)

Hierbei bedeutet ίΛ·, bis Ur₄ die Flußspannungen der Diodenkette lh bis D₄. Erreicht Un den Wert U₂. wird der Transistor Tj gesperrt, und der Transistor T₂ wird leitend. Wenn Tj sperrt, sperren jedoch auch die Transistoren T₄ und Ti. und das an die Logik abgegebene Ausgangssignal von Ti wird »I«. so daß nun durch weitere der Logik zugeführte Signale aus anderen Schahungsteilen wieder neue Informationen aufgeprägt werden können. Das Basispoteniial an der Steuerelektrode von Ti wird nun wk Jerum durch die Widerstände R\. /?2 und R_} bestimmt. Die Zu- und Abschaltung des Widerstands /?j bewirkt die Hysterese der dargestellten Schaltung, da der Transistor T₅ erst bei einer Spannung

U_n = U₃

HOI

die kleiner als die Spannung U₂ ist, wieder durchgeschaltet wird, sofern die Spannung am Kondensator wieder abnimmt. Für Uj gilt aufgrund der Wirksamkeit aller 3 Widerstände des Spannungsteilers die Formel

^t/( "" R 4 'ff ^{(/?l +} ^Rl ' ^R>) + ^V»", ■ ⁽¹"

Hierbei wird vorausgesetzt, daß die Flußspannungen Ur der 4 Dioden D\ bis D4 gleich groß sind. Die I lysterese der Schaltung wird durch die Spannungsdifferenz zwischen den Werten t^und L/j bestimmt.

Die erfindungsgemäße Schaltung wird beispielsweise bei einem Digital-Lichtdimmcr verwendet, um bei Netzausfall und Spannungswiederkehr der Schaltung einen definierten Anfangszustand aufzuzwingen. Der Kondensator C wird beispielsweise bis zu einer max. Spannung von 8 V aufgeladen. Bei einer Spannung U\ von ca. 2 V wird der Transistor Ti durchgeschaltet. Bei einer Spannung von ca. 5 V wird der Transistor T·, wieder gesperrt. Durch den Ausgangsbefehl, der im Spannungsbereich zwischen 2 und 5 V durch den Transistor T*, abgegeben wird, wird einer nachgeschalteten Logikschaltung eine Vorzugslage aufgezwungen, oder es kann beispielsweise der Speicherinhalt einer Befehlsschaltung gelöscht werden Erst beim Erreichen der Spannung von ca. 8 V wird von einer weiteren, hier nicht beschriebenen Schaltung ein Impuls der Logikschaltung zugeführt, nach dem die Lichtdimmerschaltung durch externe Befehle wieder in einen beliebigen Betriebszustand versetzt werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

'.. Fenster-Diskriminatorschaltung, die bei veränderlicher Versorgungsgleichspannung innerhalb eines bestimmten Spannungsbereichs ein definiertes Ausgangssignal abgibt, bei der an die Versorgungsspannungsquelle eine Schaltung angeschlossen ist, die eine von der Versorgungsspannung abhängige IControllspannung erzeugt, die einen Schmitt-Trigger bei Erreichen eines bestimmten unteren Wertes in definierter Weise einschaltet und mit einer weiteren, mit dem Schmitt-Trigger verbundenen Schaltung zur Erzeugung einer im wesentlichen von eier Versorgungsspannung unabhängigen Referenzspannung, deren Wert den oberen Kontrollspannungswert bestimmt, bei dessen Erreichen der Schmitt-Trigger umgeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmitt-Trigger aus zwei an der. Emitterelektroden miteinander verbundenen und an eine Stromquelle angeschlossenen Transistoren (T₂, Tj) sowie einem dritten Transistor (Ta) besteht, daß die Kontrollspannung an einem mit der Stromquelle verbundenen Spannungsteiler (R\, R₂, Rj) erzeugt und der Basis des ersten Transistors (T₃) des Schmitt-Triggers zugeführt wird, während der Basis des zweiten Transistors (T₂) die Referenzspannung zugeführt wird und daß der über den Kollektorstrom des ersten Transistors (Ts) gesteuerte dritte Transistor (T₄) einen Widerstand (A3) des Spannungsteilers (Ri, Ri, Rj) überbrückt.
2. Fenster-Diskrimirutorscl Jtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsspannungsquelle ein von einer e, ernen Spannungsquelle aufgeladener Kondensator (C)\st.
3. Fenster-Diskriminatorschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Stromquelle ein Multikollektor-Transistor (7Ί) vorgesehen ist, über den die Spannungserzeugungsschaltungen und der Schmitt-Trigger mit Strom versorgt werden.
4. Fenster-Diskriminatorschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dei mit dem Spannungsteiler verbundene erste Transistor (T₃) des Schmitt-Triggers zwei Kollektorelektroden aufweist, an die jeweils die Basiselektrode des dritten Transistors (Ti) und eines weiteren Transistors (7s) und ein mit einem Pol der Versorgungsspannungsquelle verbundener Widerstand (R* bzw. Rs) angeschlossen ist
5. Fenster-Diskriminatorschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektor-Emitterstrecke des dritten Transistors (T₄) einen Widerstand (R₃) des Spannungsteilers überbrückt, während an der Kollektorelektrode des weiteren Schalttransistors (Ts) das Ausgangssignal abgenommen wird.
6. Fenster-Diskriminatorschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die feste Referenzspannung an einer Reihenschaltung aus mehreren in Flußrichtung geschalteten Dioden (Di-A) abfällt und daß diese Diodenkette parallel zur Basiskollektorstrecke des zweiten Transistors (T₂) des Schmitt-Triggers geschaltet ist
7. Fenster-Diskriminatorschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche des Kollektors des Multikollektortransislors (T₁), der mit dem Spannungsteiler (Ri,

R2, Rj) verbunden ist, doppelt so groß wie die Fläche der Kollektoren ist, die mit dem Schmitt-Trigger (T₂, Tj) bzw. der Diodenkette (A—A) verbunden ist.
8. Fenster-Diskriminatorschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kollektoren des Zweikollektortransistors (Ts) im Schmitt-Trigger flächenmäßig gleich groß sind.
9. Fenster-Diskriminatorschaltung nach ehern der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schalttransistoren (T₄, T₅) komplementär zu den Transistoren T₂, Tj des Schmitt-Triggers und zu dem Multikollektor-Transistor (Ti) sind.
10. Fenster-Diskriminatorschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ihre Verwendung zur Abgabe eines Ausgangsbefehls innerhalb eines bestimmten Spannungsbereiches bei wiederkehrender Versorgungsspannung.