DE2727537A1

DE2727537A1 - Schwellwert-detektor

Info

Publication number: DE2727537A1
Application number: DE19772727537
Authority: DE
Inventors: Otto L Apfelbeck; David A Fox
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1976-06-21
Filing date: 1977-06-18
Publication date: 1977-12-29
Also published as: JPS5649463B2; IT1080843B; CA1089939A; FR2356149A1; GB1556289A; US4086503A; NL7705137A; JPS52156588A

Description

Dr-In₉. Ernst Stratmann 272753/

Patentanwalt

4 Düsseldorf 1 · Schadowplatz 9

Düsseldorf, 16. Juni 1977

Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pa., V. St. A.

Schwellwert-Detektor

Die Erfindung bezieht sich auf Schwellwert-Detektoren, insbesondere auf solche Detektoren, die in der Lage sind, den Antrieb einer spannungsabhängigen Einrichtung wie einer eingangslichtemittierenden Diode eines optischen Isolators zu steuern.

Es sind verschiedene Einrichtungen bekannt, um auf ein steuerndes Eingangssignal in der Weise zu reagieren, daß ein spannungsempfindliches Element angetrieben wird, wenn der Eingang eine ausreichende Größe aufweist. Beispielsweise verwenden zahlreiche Steuerschaltkreise optische Isolatoren, die auf der Eingangsseite eine lichtemittierende Diode aufweisen, die auf eine angelegte Spannung durch Strahlungsemission reagiert, auf die eine Ausgangsfotodiode oder ein Fototransistor reagiert. Bei einigen Anwendungen tritt die Erregung der lichtemittierenden Diode erstrebenswerterweise nur dann auf, wenn sich das steuernde Eingangssignal oberhalb eines festgelegten Schwellwertpegels befindet. Unter den verwendeten Anordnungen befinden sich solche, bei denen ein Spannungsbegrenzer wie eine Zener-Diode den Schwellwertpegel festlegt. Derartige Anordnungen sind für einige Zwecke zufriedenstellend, jedoch sind zwei Merkmale ihres Betriebes

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bei gewissen Anwendungen von Nachteil. Erstens bedeutet die Anwendung einer Zener-Diode als wesentliches spannungsbegrenzendes Element, daß der Eingangswiderstand unterhalb des Umkehrpunktes sehr hoch ist, was die Einrichtung gegenüber Hochimpedanz-Rauschimpulsen empfindlich macht. Außerdem wird bei verhältnismäßig hohen Eingangsspannungspegeln der Eingangsstrom und damit der Leistungsverbrauch übermäßig hoch.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen verbesserten Schwellwert-Detektor zu schaffen, der die oben angegebenen Nachteile der bekannten Einrichtungen nicht mehr aufweist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst. Die Erfindung liegt also in einem Schwellwert-Detektor, der aus einem Paar Eingangsanschlüssen besteht, um ein Spannungssignal aufzunehmen. Außerdem sind Einrichtungen vorhanden, die auf die Spannung durch eine bestimmte Antwort reagieren, wenn das Spannungssignal sich auf zumindest einem vorbestimmten Wert befindet. Des weiteren sind Einrichtungen vorgesehen, um das Spannungssignal an den Eingangsanschlüssen zu veranlassen, die spannungsempfindliche Einrichtung zu umgehen, wenn nicht das Spannungssignal von zumindest der vorbestimmten Größe ist. Erfindungswesentlich ist nun, daß eine Spannungsbegrenzende Einrichtung vorgesehen ist, die durch das Spannungssignal verursachten Strom veranlaßt, in einem ersten Weg zu fließen und die spannungsempfindliche Einrichtung zu umgehen, solange wie das Signal sich unterhalb der vorbestimmten Größe befindet, und daß die spannungsbegrenzende Einrichtung leitend wird und den von dem Spannungssignal erzeugten Strom veranlaßt, in einem zweiten Weg zu der spannungsempfindlichen Einrichtung zu fließen, wenn das Signal von zumindest der vorbestimmten Größe ist.

Gemäß einer vorzugsweisen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Schwellwert-Detektor-Schaltkreis zum Antrieb einer optischen Isolationseinheit o. dgl. geschaffen, und zwar nur dann, wenn ein Eingangssignal von zumindest einer bestimmten

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Größe ist. Der Schwellwert-Detektor zeigt unterhalb des Schwellwertpegels einen Widerstandseingang und eine Konstantstrom-Charakteristik oberhalb des Schwellwertes. Für diesen Zweck wird eine Transistoranordnung vorgesehen, um den optischen Isolator unterhalb des Schwellwertes zu umgehen und den optischen Isolator oberhalb des Schwellwertes mit im wesentlichen konstantem Strom anzutreiben.

Der Schwellwert-Detektor verwendet eine Zener-Diode, um den Schwellwertleitpegel eines bestimmten transistorisierten Teiles des Schaltkreises zu erzeugen. Vor der Auslösung des Leitens dieses Teiles des Schaltkreises ist ein getrennter transistorisierter Teil des Schaltkreises leitend und liefert einen Widerstandseingang (d. h. mit einem mit der Spannung linear ansteigenden Strom), welcher den Schaltkreis gegenüber Hochimpedanz-Rauschimpulsen weniger empfindlich macht. Wenn der Zener-Dioden-Schwellwert erreicht ist und dar erste genannte transistorisierte Schaltkreisteil leitend wird, um die lichtemittierende Diode des optischen Isolators anzutreiben, wird die Stromhöhe auf eine im wesentlichen gleichförmige Größe begrenzt, um so einen niedrigeren Leistungsverbrauch zu ermöglichen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, das in den Zeichnungen dargestellt ist.

Es zeigt:

Fig. 1 ein Schaltdiagramm des Schwellwert-Detektors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 2 eine Kennlinie, die den Betrieb des Schwellwert-Detektors der Fig. 1 erläutert.

In Fig. 1 ist ein Schaltkreis mit einem Steuereingangsanschluß zur Aufnahme eines Eingangssignals, beispielsweise eines Eingangssignals, das bestimmte Systemzustände anzeigt, dargestellt.

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Zwischen dem Steuereingangsanschluß und einem Steuermassenanschluß (oder Bezugspotentialanschluß) ist ein erster Schaltkreiszweig mit einer spannungsbegrenzenden Einrichtung angeschlossen, die in diesem Beispiel eine Zener-Diode CR1 mit einer charakteristischen Durchbruchspannung ist, die verglichen mit der nominalen Steuerspannung verhältnismäßig hoch ist. CR1 dient als Schutzeinrichtung für den Rest der Schaltung.

Ein zweiter Kreiszweig zwischen den Anschlüssen umfaßt den Widerstand R1, einen Spannungsbegrenzer (Zener-Diode CR2) und Widerstand R2. R1 ist mit dem Eingang und über Basis und Kollektor eines ersten Transistors Q1 (in diesem Beispiel NPN) angeschlossen. R2 liegt zwischen Masse und der Basis eines zweiten Transistors Q2 (ebenfalls NPN). CR2 ist zwischen den Basen von Q1 und Q2 angeschlossen. Q1 liegt mit seinem Emitter über einen Widerstand R3 am Kollektor von Q2 und der Basis eines dritten Transistors (ebenfalls MPN) Q3. Q2 ist mit seinem Emitter direkt mit dem Emitter von Q3 verbunden und ebenfalls über Widerstand R4 mit Masse. Der Widerstand R5 liegt mit seinem einen Anschluß am Emitter von Q1 und mit seinem anderen Anschluß am Kollektor von Q3 und außerdem an der Anode der lichtemittierenden Diode der optischen Isolatoreinheit P1. Der optische Isolator P1 besitzt auf seiner Ausgangsseite eine Fotodiode, die Strahlung von der lichtemittierenden Diode aufnimmt und auf diese Strahlung reagiert, um einen zweiten Schaltkreis (nicht dargestellt) zu beeinflussen.

Der Schwellwert des Schaltkreises wird durch den Spannungsbegrenzer CR2 in Serie mit der Basis von Q2 bestimmt. Unterhalb des Schwellwertpunktes ist CR2 nichtleitend, so daß der gesamte Strom durch R1 daher in die Basis von Q1 hineinfließt. Q2 ist während dieser Zeit abgeschaltet. Mit eingeschaltetem Q1 fließt Strom durch R3 und in die Basis von Q3. Q3 wird somit eingeschaltet, wodurch der Strom von R5 weg vom Isolator P1 durch R4 an Masse nebengeschlossen wird. Unterhalb des Schwellwertes von CR2 sind Strom und Spannung des Schaltkreises so wie in Teil A der Kennlinie von Fig. 2 dargestellt, während der Strom

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- 7 der P1-Diode Null ist (Teil B).

Am Schwellwert beginnt CR2 zu leiten und schaltet Q2 ein und Q3 ab. Der Strom durch R5 fließt dann durch P1 und schaltet die lichtemittierende Diode ein. Der Widerstand R4 ist von einer Größe, die einen kleinen Hysteresewert im Aufnahmepunkt liefert, um eine saubere Schaltwirkung zu liefern, ohne die Möglichkeit einer Oszillation oder von Zwischenzuständen im Ausgang.

Die Kennlinie der Fig. 2 zeigt, wie der Gesamtkreisstrom im Teil C ansteigt, während der Strom des optischen Isolators im Teil D ausläuft.

In dem folgenden Beispiel werden Bauteile angegeben, die eine Kombination ergeben, die zur Anwendung als Schwellwert-Detektor gemäß der Erfindung geeignet ist. Der angegebene Schaltkreis liefert einen Einschaltpunkt zwischen 8 und 12V Gleichspannung in einem System, bei dem die Nennversorgungsspannung 28 V Gleichstrom beträgt, mit einem zulässigen Ruhespannungswert von bis zu 34 V Gleichspannung. Die in der Kennlinie der Fig. 2 angegebenen Werte stellen die Betriebswerte eines derartigen Schaltkreises dar.

Zener-Diode CR1 68 V Durchbruchspannung

Zener-Diode CR2 8,2V Durchbruchspannung

Transistoren Q1, Q2 und Q3 2 N 3019

Widerstand R1 10.000 0hm

Widerstand R2 47.000 Ohm

Widerstand R3 30.000 0hm

Widerstand R4 100 Ohm

Widerstand R5 1.000 Ohm

Optischer Isolator P1 MCD2

ES/jn 3

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Leerseite

Claims

pjtentonwull

4 Dusseldo.f ' Schadowplatz 9

Düsseldorf, 16. Juni 1977

46,603
7733

Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pa., V. St. A.

Patentansprüche

Schwellwert-Detektor, mit einem Paar von Eingangsanschlüssen zur Aufnahme eines Spannungssignals, Einrichtungen, die auf die Spannung reagieren, um eine bestimmte Antwort zu erzeugen, wenn das Spannungssignal zumindest eine vorbestimmte Größe erreicht, und mit Einrichtungen, um das Spannungssignal an den Eingangsanschlüssen zu veranlassen, die spannungsempfindliche Einrichtung zu umfließen, wenn nicht sich das Spannungssignal auf zumindest der vorbestimmten Höhe befindet, dadurch gekennzeichnet, daß eine spannungsbegrenzende Einrichtung (CR2) vorgesehen ist, um den vom Spannungssignal erzeugten Strom zu veranlassen, durch einen ersten Weg zu fließen, der die spannungsempfindliche Einrichtung umfließt, solange wie das Signal sich unterhalb der vorbestimmten Größe befindet, und daß die Spannungsbegrenzungseinrichtung leitend wird und den vom Spannungssignal erzeugten Strom veranlaßt, durch einen zweiten Weg zu der spannungsempfindlichen Einrichtung zu fließen, wenn das Signal zumindest den vorbestimmten Wert besitzt.
2. Schwellwert-Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die spannungsempfindliche Einrichtung eine lichtemittierende Diode einer optischen Isolatoreinheit ist und daß die Spannungsbegrenzungseinrichtung eine Zener-Diode ist. 709852/1078

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ORIGINAL
3. Schwellwert-Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Transistor (Q3) in dem ersten Leitweg bei Anlegen eines Eingangsspannungssignals unterhalb der vorbestimmten Größe vorgesehen ist, der den Strom weg von der spannungsempfindlichen Einrichtung leitet, und daß ein zweiter Transistor (Q2) vorgesehen ist, der leitend wird, wenn das Eingangsspannungssignal den vorbestimmten Wert überschreitet, wodurch der erste Transistor zum Abschalten gebracht wird.
4. Schwellwert-Detektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Widerstand (R2) in Serie mit der Zener-Diode (CR2) über den Eingangsanschlüssen liegt, wobei der Verbindungspunkt zwischen diesen Elementen an den zweiten Transistor angeschlossen ist, um diesen einzuschalten, wenn das Eingangsspannungsignal den vorbestimmten Wert überschreitet.

Beschreibung;

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