DE2856376A1

DE2856376A1 - Stromkomparator

Info

Publication number: DE2856376A1
Application number: DE19782856376
Authority: DE
Inventors: Takashi Okada
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1977-12-28
Filing date: 1978-12-27
Publication date: 1979-07-12
Also published as: GB2011746A; AU528133B2; DE2856376C2; JPS6025743B2; FR2413700B1; NL7812436A; US4401899A; AU4252078A; FR2413700A1; CA1115357A; JPS5492292A; GB2011746B

Description

7-35 Kitashinagawa, 6-chome

Shinagawa-ku Tokio 141 / Japan

Stromkomparator

Die Erfindung betrifft hauptsächlich einen zur Verwendung in verschiedenen Arten von elektronischen Geräten geeigneten Stromkomparator und mehr im einzelnen einen Stromkomparator, der sich mit niedriger Energie oder niedriger Spannung betreiben läßt.

Komparatoren, die in verschiedenen Arten von elektronischen Geräten verwendet werden, führen einen Vergleich meistens auf der Grundlage der Spannung durch, wobei die Spannung Vg eines gelieferten Eingangssxgnals mit einer Bezugsspannüng verglichen wird, um eine ermittelte Spannung zu erhalten. In solch einem Komparator zum Anstellen eines Vergleichs auf der Basis der Spannung muß eine Energiequellenspannung zum Erhalten der Bezugsspannung etwas höher liegen als die Spannung V_g des Eingangssignals. Wenn die Spannung V_a des Eingangssignals groß ist, sollte folglich die Quellenspannung groß gewählt werden, was zu einer Zunahme an elektrischer Energie führt. Daher gibt es eine Grenze für das Antreiben mit niedriger Energie oder niedriger Spannung und das Antreiben mit hoher Frequenz.

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Ein Gegenstand der Erfindung ist die Schaffung eines Stromkomparators, der die obigen Nachteile nicht aufweist und einfach im Aufbau ist.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Schaffung eines Stromkomparators, der zum Antreiben mit niedriger Energie oder niedriger Spannung und zum Antreiben mit hoher Frequenz geeignet ist.

Gemäß dem Merkmal der Erfindung wird ein Stromkomparator geschaffen, der eine Eingangssignalstromquelle, mehrere Paare, die je aus einer Diode und einer Bezugsstromquelle bestehen, sowie eine Vielzahl von Transistoren umfaßt. In diesem Stromkomparator ist jedes Paar von Diode und Bezugsstromquelle mit der Eingangssignalstromquelle verbunden, und jeder Transistor ist mit dem Verbindungspunkt zwischen der Diode und der Bezugsstromquelle eines Paares verbunden, so daß von dem Kollektor des Transistors ein verglichenes Ausgangssignal erhalten werden kann.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:

Figur 1 ein Schaltbild einer Ausfuhrungsform eines Stromkomparator s τ

Figuren 2A bis 2E Diagramme zur Erläuterung der Erfindung; Figuren 3 bis 9 Schaltbilder mit je einem Beispiel einer in dem Stromkomparator verwendeten Konstantotromquelle;

Figuren 10, 11, 12 und 14 Schaltbilder anderer Ausführungsformen des Stromkomparators;

Figuren 13A und 13B Wellenformdiagramme zur Erläuterung des Stromkomparatorsτ und

Figur 15 ein Schaltbild zur Erläuterung des Stromkomparators.

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Nachfolgen! wird eine Ausführungsform eines Stromkomparators anhand von Figur 1 beschrieben.

In der Schaltung der Figur 1 ist eine Eingangssignalstromquelle 1 vorgesehen, deren eines Ende geerdet ist. Das andere Ende der Eingangssignalstromquelle ist über eine Konstantstromquelle 2a mit dem Strom X₁ ebenfalls geerdet und auch mit der Anode einer Diode 2b verbunden. Die Kathode der Diode 2b ist über eine Konstantstromquelle 3a mit dem Strom ip geerdet und auch mit der Anode einer Diode 3b verbunden. Ähnlich ist die Kathode der Diode 3b über eine Konstantstromquelle 4a mit dem Strom i_ geerdet und auch mit der Anode einer Diode 4b verbunden. Die Kathode der Diode 4b ist dann über eine Konstantstromquelle 5a mit dem Strom i₄ geerdet und auch mit der Anode einer Diode 5b verbunden, deren Kathode geerdet ist. Der Verbindungspunkt zwischen der Konstantstromquelle 2a und der Diode 2b, der Verbindungspunkt zwischen der Konstantstromquelle 3a und der Diode 3b, der Verbindungspunkt zwischen der Konstantstromquelle 4a und der Diode 4b und der Verbindungspunkt zwischen der Konstantstromquelle 5a und der Diode 5b sind mit der Basis jeweiliger npn-Transistoren 2c, 3c, 4c bzw. 5c verbunden, die je einen Ermittlungsschaltkreis bilden. Die Emitter dieser Transistoren 2c, 3c, 4c und 5c sind über jeweilige Widerstände 2d, 3d, 4d und 5d geerdet, und die Kollektoren der Transistoren sind mit jeweiligen Ausgangsklemmen 2e, 3e, 4e und 5e verbunden. Die Bezugsströme i.., i„, i.* und i. werden jeweils willkürlich gemäß ermittelten Strömen festgelegt. Beispielsweise können diese Ströme so gewählt werden, daß sie denselben Wert aufweisen.

Wenn bei der obenerwähnten Schaltungsanordnung ein Strom i_o, der mit fortschreitender Zeit zunimmt, wie in Figur 2A qezeigt, von der Eingangssignalstromquelle 1 geliefert wird, <Ή«ϊ Baaispotentiale der Transistoren 2c, 3c, 4c und rt., wie in den jeweiligen Figuren 2B, 2C, 2D bzw.

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2E gezeigt, in denen V_D eine Durchlaßabfallspannung an jeder Diode bedeutet. Wenn der Eingangsstrom i„ kleiner als i., ist, wird der Strom i„ vollständig in die Konstantstromquelle 2a absorbiert, so daß das Basispotential des Transistors 2c null wird, um ihn nichtleitend oder AUS zu machen. In diesem Fall sind all die anderen Transistoren 3c, 4c und 5c ebenfalls nichtleitend, da an deren Basen keine Spannungen anliegen. Wenn sodann der Eingangsstrom i_g erhöht wird und einmal den Strom i.. übersteigt, fließt der Strom über, und der überfließende Strom (ig-i.,) fließt durch die Diode 2b zu der Konstantstromquelle 3a. Das Potential an dem Verbindungspunkt zwischen der Kathode der Diode 2b und der Konstantstromquelle 3a wird bei dem Nullpotential angeklemmt, so daß das Basispotential des Transistors 2c an die Spannung V angeklemmt wird, um ihn dadurch leitend oder EIN zu machen. Wenn der Strom (ig-i.. ) kleiner ist als der Strom i₂, wird dieser Strom vollständig in die Konstantstromquelle 3a absorbiert, so daß die Basisspannung des Transistors 3c null bleibt und ihn AUS macht. Die Transistoren 4c und 5c werden ebenfalls mit keiner Spannung versehen, so daß sie nichtleitend sind. Wenn als nächstes der Strom (i_g-i.. ) den Strom i_ übersteigt, fließt der Strom über, und dieser übergeflossene Strom Ci₃-I₁-I₂) fließt durch die Diode 3b zu der Konstantstromquelle 4a. Das Potential an dem Verbindungspunkt zwischen der Kathode der Diode 3b und der Konstantstromquelle 4a wird an Nullpotential geklemmt, so daß das Basispotential des Transistors 2c an 2V geklemmt wird, wie in Figur 2B gezeigt, und ebenso das Basispotential des Transistors 3c an V_Q geklemmt wird, wie in Figur 2C gezeigt, mit dem Ergebnis, daß die Transistoren 2c und 3c angeschaltet werden. Wenn der Strom (i_g-i..-i_) kleiner ist als der Strom I₃₁ wird dieser Strom vollständig in der Konstantstromquelle 4a absorbiert, so daß das Basispotential des Transistors 4c null wird, um ihn nichtleitend zu machen. Der Transistor 5c ist ebenfalls nichtleitend, da an ihn keine Spannung angelegt wird. Wenn sodann der

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Strom (ⁱs~^l~^2^ ^{den strom} ^-3 übersteigt, fließt der Strom über, und der übergeflossene Strom X₃-I₁-I₂-I₃) fließt durch die Diode 4b zu der Konstantstromquelle 5a. Das Potential an dem Verbindungspunkt zwischen der Kathode der Diode 4b und der Konstantstromquelle 5a wird an Nullpotential geklemmt, so daß das Basispotential der Transistoren 2c, 3c und 4c an jeweils 3V_D, 2V_D und V_. geklemmt wird, wie in den Figuren 2B, 2C bzw. 2D gezeigt, um sie leitend zu machen. Wenn der Strom X₃-X₁-X₂-X₃ kleiner als der Strom ist, wird dieser Strom vollständig in der Konstantstromquelle 5a absorbiert, so daß das Basispotential des Transistors 5c null wird, um ihn nichtleitend zu machen. Wenn als nächstes der Strom X₃-X₁-X₃-X₃ den Strom X₄ übersteigt, fließt der Strom über, und dieser überfließende Strom (X₃-X₁-X₂-X₃-X₄) fließt durch die Diode 5b zur Erde. In diesem Fall werden, da das Kathodenpotential der Diode 5b null ist, die Basispotentiale der Transistoren 2c, 3c, 4c und 5c an jeweils 4V_, 3V_D, 2V_. und V_D geklemmt, wie in den entsprechenden Figuren 2B, 2C, 2D und 2E gezeigt, um diese Transistoren leitend zu machen. Dementsprechend kann der Wert des Eingangssignalstromes i_ durch den EIN- und AUS-Zustand der Transistoren 2c, 3c, 4c und 5c ermittelt werden.

Wie oben beschrieben, wird der Eingangssignalstrom X₃ ermittelt, indem der maximale Eingangssignalsstrom in eine Vielzahl von Bezugsströmen (i^+j^+i^+i^) unterteilt wird. Obwohl der Eingangssignalstrom i_g groß ist, ist daher nur eine kleine Quellenspannung, wie zum Beispiel einige V_, zur Erzeugung der Bezugsströme erforderlich. Demzufolge kann ein Antreiben mit niedriger Energie oder niedriger Spannung und ein Antreiben mit hoher Frequenz erfolgen.

Als Konstantäfcromquellen 2a, 3a, 4a und 5a in Figur 1 können die in den Figuren 3 bis 9 gezeigten verwendet werden. In dem Beispiel der Figur 3 ist der Emitter eines diodengeschalteten pnp-Transistors D_ mit einer Gleichspannungsquellenklemme V_cc verbunden, während der Verbindungspunkt

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des Kollektors und der Basis des Transistors D_ über einen Widerstand R₁ geerdet und auch mit der Basis eines pnp-Transistors Q₃. verbunden ist. Der Emitter des Transistors Q₃. ist mit der Spannungsquellenklemme V verbunden, und sein Kollektor ist mit einer Ausgangsklemme 7a verbunden. Auf diese Weise wird durch den diodengeschalteten Transistor D_Q, den Widerstand R₁ und den Transistor CL ein Stromspiegelschaltkreis gebildet. Wenn in diesem Fall ein Stromverstärkungsfaktor entsprechend den Transistoren D_Q und Q_A als 1 genommen wird, und wenn auch ein Widerstandswert des Widerstandes R₁ und eine an die Klemme V_cc angelegte positive Gleichspannung der Bequemlichkeit halber als R₁ bzw. V_cc angenommen werden, ergibt sich ein Konstantstrom I_R

¹R ⁼ 1[ ^{( V}CC " ^VBE ) '
worin V₇,^ die Basis-Emitter-Spannung des Transistors Q₇. ist.

In dem Beispiel der Figur 4 ist der Emitter eines diodengeschalteten pnp-Transistors D_Q über einen Widerstand R₂ mit der Spannungsquellenklemme V verbunden, während der Kollektor-Basis-Verbindungspunkt des Transistors D- über den Widerstand R₁ geerdet und auch mit der Basis des pnp-Transistors Q₃. verbunden ist. Der Emitter des Transistors Q₃. ist über einen Widerstand R- mit der Spannungsquellenklemme V_,_ verbunden, und der Kollektor dieses Transistors ist mit der Ausgangsklemme 7a verbunden. Dieser Schaltkreis wird durch den Schaltkreis der Figur 3 unter Hinzufügung der Widerstände R- und R- gebildet. Auf die gleiche Art wie bei dem Beispiel der Figur 3 ergibt sich folgender Konstantstrom I_n in dem Schaltkreis der Figur 4:

0 1

τ = _£ i —±— (V-V) R R₁ R₁ ⁺R₂ ^{cc BE}

worin R₂ und R₃ in ähnlicher Weise zur Bequemlichkeit die Widerstandswerte der Widerstände R- und R- angeben.

In den in Figuren 3 und 4 gezeigten Konstantstromquellen ist der Konstantstrom I„ proportional zu (V_,_, - V_o_ ). Wenn

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in diesem Fall die Quellenspannung V-,_c klein ist, ist der Wert von V nicht vernachlässigbar. Da der Wert von (ν-,-,-ν-,ρ) sich mit der Temperatur ändert, ändert sich der

Strom Ι_π ebenfalls mit der Temperatur, und folglich können κ.

diese Schaltkreise nicht immer als Konstantstromquellen mit guten Charakteristiken definiert werden. Wenn deshalb Temperaturcharakteristiken ernstlich in Betracht gezogen werden, sollte eine Konstantstromschaltung erwogen werden, wie in Figur 5 gezeigt. In der Schaltung der Figur 5 ist die Spannungsquellenklemme V^- über den Widerstand R„ mit einem Ende einer Reihenschaltung von m diodengeschalteten pnp-Transistoren 12.. , .... 12 verbunden, während das andere Ende dieser Reihenschaltung mit einem Ende einer Reihenschal tung von η diodengeschalteten pnp-Transistoren IS₁ ....13 verbunden ist. Das andere Ende der Reihenschaltung der Transistoren 13.. ....13 ist dann über den Widerstand R₁

In 1

geerdet. Der Verbindungspunkt P zwischen den zwei obigen Reihenschaltungen ist über eine Serienschaltung von (1-1) diodengeschalteten pnp-Transistoren 14.. ,...., 14, ₁ mit der Basis des pnp-Transistors Q_A verbunden, während der Emitter des Transistors CL über den Widerstand R_ mit der Spannungsquellenklemme V_cc verbunden ist und sein Kollektor mit der Ausgangsklemme 7a verbunden ist. In der Schaltung der Figur 5 wird ein Potential V_p an dem Punkt P folgendermaßen ausgedrückt:

^VP = RTT¹R; L^VCC - <^m+n)VB_El ^{+ nV}BE *

Das Emitterpotential V„ des Transistors Q₇. lautet wie folgt:

^VE - ^VP ^{+ 1V}BE ·
Somit wird der Konstantstrom I_R wie folgt:

V-V V -V - IV ^ CC E _ CC P BE

R * R-, R₃

- R₃" " R₁+R₂ J ^R2^VCC⁺ [ ^(m"^J

BE

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Wenn angenommen wird, daß gilt:

Cm-I)(R^R₂) = R₂(n+m) ,
wird die folgende Gleichung erhalten:

2
τ ₌ £

₌ . ν
R R₃ ^₁ ⁺R₂

Dementsprechend wird der Konstantstrom I_D unabhängig von V_„, und daher kann eine Konstantstromquelle mit guter Temperaturcharakteristik erhalten werden.

Wenn in diesem Fall l=n=l und m=2 angenommen wird, erhält man das folgende Ergebnis:

(2 - 1) (R₁ + R₂) = R₂ (1 + 2) , d.h

= 2R₂

Ein praktisches Beispiel hierfür hat einen Aufbau, wie in Figur 6 gezeigt. Dementsprechend wird in der Schaltung der Figur 6 der Konstantstrom I_n folgendermaßen ausgedrückt:

IV

^R2	1	1	2R₂	^VCC	^ucc ■	^vcc
R	^R2		3R₃
^R3

Auf diese Weise kann eine Konstantstromquelle mit guter Temperaturcharakteristik erhalten werden. Als praktische Anwendung der Schaltung der Figur 6 wird eine Schaltung betrachtet, wie in Figur 7 gezeigt. In der Schaltung der Figur 7 sind die Transistoren 12.. , 12-, 13.. und Q_A der Figur 6 jeweils durch npn-Transistoren ersetzt. Ferner ist der Kollektor des Transistors Q. mit dem Kollektor-Basis-Verbindungspunkt eines pnp-Transistors 15 und auch mit der Basis eines pnp-Transistors 16 verbunden. Dagegen sind die Emitter der Transistoren 15 und 16 jeweils mit der Spannungsquellenklemme V_cc verbunden, und der Kollektor des Transistors

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16 ist mit der Ausgangsklemme 7a verbunden. In dieser Schaltung der Figur 7 kann auf ähnliche Weise ein konstanter Strom mit guter Temperaturcharakteristik erzeugt werden.

Als weiteres Beispiel für eine Konstantstromquelle mit guter Temperaturcharakteristik wird auch eine Schaltung betrachtet, wie in Figur 8 gezeigt. In dieser Schaltung ist die Spannungsquellenklemme V_nn geerdet über eine Reihenschaltung

von m diodengeschalteten pnp-Transistoren 17.«, ... , 17 und den Widerstand R₂. Der Kollektor-Basis-Verbindungspunkt des Transistors 17 , der bei den Transistoren 17., ...,

m im

der Spannungsquellenklemme V-,_ am nächsten ist, ist mit der Basis eines pnp-Transistors 18 verbunden. Ferner ist der Emitter des Transistors 18 mit der Spannungsquellenklemme ^VCC ^vert>unden' ^{und auf} diese Weise wird durch diese Transistoren 18 und 17 ein Stromspiegelschaltkreis gebildet. Der Kollektor des Transistors 18 ist auch mit dem Kollektor-Basis-Verbindungspunkt eines diodenverbundenen pnp-Transistors 19 verbunden, dessen Emitter seinerseits mit der Spannungsquellenklemme ν_,_η verbunden ist. Der Kollektor-Basis-Verbindungspunkt des Transistors 19 ist über den Widerstand R., geerdet und auch mit der Basis eines pnp-Transistors 20 verbunden, dessen Emitter dann mit der Spannungsquellenklemme V_GC und dessen Kollektor mit der Ausgangsklemme 7a verbunden sind. In diesem Fall wird durch diese Transistoren 19 und 20 eine Stromspiegelschaltung gebildet. Es werde nun angenommen, daß diese Transistoren 17^, ....

17 ,18, 19 und 20 die gleichen Charakteristiken haben. Wenn ferner ein durch den Transistor 18 fließender Strom als I₁ angenommen wird, ein durch den Transistor 19 fließender Strom als I_ und ein durch den Widerstand R₁ fließender Strom als I_ , und wenn der Basisstrom jedes Transistors vernachlässigt wird, gelten folgende Beziehungen :

_T ^VCC - ^mVBE
^{1 R}2

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^VCC - ^VBE

^Rl

¹R = ^τ2

Dementsprechend wird der konstante Strom I_ folgendermaßen ausgedrückt:

T-T τ τ ■■- ^VCC-^VBE ^VCC-^mVBE ^XR ^X2 ^X3 ^Xl R₁ R₂

" ^Rl " ^R2 ^{CC R}2 " ^Rl ^BE *

Unter der Annahme, daß R- = HiR₁ gilt, wird folgende Gleichung erhalten:

T-T- Szi - Zcc
^XR ^X2 m R₁

Aus der obigen Beziehung ist ersichtlich, daß der Strom I unabhängig von V₀₁^ ist, und folglich kann eine Konstantstromschaltung mit guter Temperaturcharakteristik erhalten werden. Wenn in dem obigen Beispiel m=2 angenommen wird, kann eine Schaltung gebildet werden, wie in Figur 9 gezeigt. Der Konstantstrom I₁₃ in der Schaltung der Figur 9 wird

JK

^VCC
I₀ = -κ=— , und folglich kann auch hier eine Konstantstromschaltung mit guter Temperaturcharakteristik erhalten werden.

Diese Konstantstromquellen, wie in den Figuren 3 bis 9 gezeigt, können je nach Erfordernis wahlweise verwendet werden. Um die entgegengesetzte Richtung des Ausgangsstroraes I_R in den obigen Schaltungen zu erhalten, kann die Leitfähigkeit der verwendeten Transistoren umgekehrt werden. Die in den Figuren 3 bis 9 gezeigten Schaltungen können grundsätzlich auch als Sxngangssxgnalstromquelle I der Figur 1 verwendet werden. In diesem Fall kann ein konstanter

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Strom entsprechend Eingangssignalen veränderbar gemacht werden. Es erübrigt sich die Bemerkung, daß die in den Figuren 3 bis 9 gezeigten Konstantstromschaltungen in ähnlicher Art auf die Stromkomparatoren angewandt werden können, die nachfolgend beschrieben werden.

Wenn die Grundschaltung der Figur 1 in Schaltungsanordnungen modifiziert wird, wie in den Figuren 10 und 11 gezeigt, können leicht ermittelte Ströme erhalten werden. Als Beispiel werden drei Bezugs-Konstantstromquellen 2a, 3a und 4a in der Schaltung der Figur 10 und vier Bezugs-Konstantstromquellen 2a, 3a, 4a und 5a in der Schaltung der Figur 11 verwendet. In jedem Fall ist die Anzahl dieser Bezugs-Konstantstromquellen vorzugsweise größer als zwei. In den Schaltungen der Figur 10 und Figur 11 sind die den in Figur 1 gezeigten Elementen entsprechenden Elemente durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet.

In der Schaltung der Figur 10 sind der Verbindungspunkt zwischen der Konstantstromquelle 2a und der Diode 2b, der Verbindungspunkt zwischen der Konstantstromquelle 3a und der Diode 3b sowie der Verbindungspunkt zwischen der Konstantstromquelle 4a und der Diode 4b mit den Emittern jeweiliger Transistoren 2c, 3c und 4c verbunden, an deren Basen eine vorbestimmte Vorspannung von einer Batterie 6 angelegt ist. Die anderen Abschnitte der Figur 10 werden auf die gleiche Art wie diejenigen der Figur 1 gebildet.

Wenn in der Schaltung der Figur 10 der Eingangssignalstrom ig null ist, wird der Konstantstrom X₁ durch den Transistor 2c, der Konstantstrom i₂ durch den Transistor 3c und der Konstantstrom X₃ durch den Transistor 4c geliefert, so daß diese Transistoren jeweils eingeschaltet werden. Wenn der Eingangsignalstrom ig im Bereich 0 <ig <X₁ liegt, bleiben die Transistoren 2c, 3c und 4c noch in ihrem EIN-Zustand, ausgenommen , daß der durch den Transistor 2c fließende Strom (i^-ig) wird.

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Wenn der Eingangssignalstrom i_o die Beziehung i^ = ig < (X₁H-X₃) erfüllt, wird der Konstantstrom X₁ der Konstantstromquelle 2a völlig von i_CT eingespeist, und ein Strom (ig-i^) fließt durch die Diode 2b in die Konstantstromquelle 3a. Dementsprechend wird der Transistor 2c ausgeschaltet, und ein durch den Transistor 3c fließender Strom wird X₁H-X₃-X₃ . In diesem Fall hält der Stromfluß i_ durch den Transistor 4c an. Das heißt, wenn der Transistor 2c aus seinem EIN-Zustand abgeschaltet ist, ist zu bemerken, daß der Eingangssignalstrom i„ den Bezugsstrom X₁ überschritten hat.

Wenn der Eingangssignalstrom i_c die Beziehung (X₁H-X₂) = ig < (X₁H-X₃H-X₃) erfüllt, fließt auf ähnliche Weise ein Strom (X₅-X₁-Xp) durch die Diode 3b in die Konstantstromquelle 4a. Das heißt, der Transistor 3c wird aus seinem EIN-Zustand abgeschaltet und zeigt dadurch an, daß der Eingangssignalstrom i_g den Strom (X₁H-X₃) überschreitet. Ähnlich werden, wenn der Eingangssignalstrom i_g den Strom (X₁H-X₃H-X₃) übersteigt, sämtliche Transistoren 2c, 3c und 4c abgeschaltet. Es ist leicht zu verstehen, daß die Schaltung der Figur 10 die gleiche Wirkungsweise hat wie die der Figur 1.

In der Schaltung der Figur 11 ist die Eingangssignalstromquelle 1 geerdet über eine Serienschaltung der Diode 2b und der Konstantstromquelle 2a, eine Serienschaltung der Diode 3b und der Konstantstromquelle 3a, eine Serienschaltung der Diode 4b und der Konstantstromquelle 4a bzw. eine Serienschaltung der Diode 5b und der Konstantstromquelle 5a. Der Verbindungspunkt zwischen der Diode 2b und der Konstantstromquelle 2a ist mit dem Emitter des npn-Transistors 2c verbunden. Ähnlich sind der Verbindungspunkt zwischen der Diode 3b und der Konstantstromquelle 3a, der Verbindungspunkt zwischen der Diode 4b und der Konstantstromquelle 4a und der Verbindungspunkt zwischen der Diode 5b und der

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Konstantstromquelle 5a mit den Emittern jeweiliger npn-Transistoren 3c, 4c und 5c verbunden. An die Basen der Transistoren 2c, 3c, 4c und 5c sind positive Vorspannungs-Gleichspannungen E₁, E», E_ und E. angelegt. In diesem Fall sind die Werte dieser Spannungen so gewählt, daß sie etwas verschieden voneinander sind mit der Beziehung E.< E₂^ E^< E₄ Wenn ferner i_ = 0 , fließen die konstanten Ströme X₁, i_2# i₃ und i. durch die Transistoren 2c, 3c, 4c und 5c, um sie leitend zu machen. Wenn 0 <i_g< X₁ , wird dieser Strom i völlig durch die Diode 2b zu der Konstantstromquelle 2a geliefert mit dem Ergebnis, daß der Ausgangsstrom des Transistors 2c den Wert (i.-ig) annimmt, aber in seinem EIN-Zustand bleibt. Wenn sodann der Eingangssignalstrom x„ im Bereich i.. = i_ ^(i.+i-) liegt, wird der Strom i., durch den Strom i_e geliefert, so daß der Transistor 2c abgeschaltet wird und der Differenzstrom (X₃-X₁) durch die Diode 3b zu der Konstantstromquelle 3a fließt. Dementsprechend wird der durch den Transistor 3c fließende Strom (1..+X₂-Xg), aber der Transistor 2c wird aus seinem EIN-Zustand in den AUS-Zustand umgeschaltet zum Anzeigen, daß der Eingangssignalstrom i_g den Bezugs-Konstantstrom X₁ überstiegen hat. Auf ähnliche und sequentielle Weise wird der Transistor 3c abgeschaltet, um anzuzeigen, daß der Eingangssignalstrom ±„ den Wert (i.,+i₂) überschritten hat, der Transistor 4c wird abgeschaltet, um anzuzeigen, daß der Eingangssignalstrom i_g den Wert (jU+i^+ig) überschritten hat, und der Transistor 5c wird ausgeschaltet, um anzudeuten, daß der Eingangssignalstrom i„ den Wert (i^i.+i3+I₄) überschritten hat. Natürlich hat die Schaltung der Figur 11 die gleiche Wirkungsweise wie die der Figur 1.

Figur 12 zeigt ein Beispiel, in welchem die Erfindung auf eine Schaltung zur automatischen Verstärkungsregelung (AGC) für ein Luminanzsignal eines Videobandrecorders oder dgl. angewandt ist. In der Schaltung der Figur 12 wird als Eingangssignalstromquelle 1 ein Luminanzsignal verwendet,

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— Io —

wie in Figur 13A gezeigt. Die Eingangssignalstromquelle 1 ist an einem Ende mit Erde verbunden und an ihrem anderen Ende mit dem Basis-Kollektor-Verbindungspunkt eines diodenverbundenen npn-Transistors 30, der dann an seinem Emitter geerdet ist. Das andere Ende der Eingangssignalstromquelle 1 ist auch mit dem Kollektor eines pnp-Transistors 31 verbunden, dessen Emitter mit der Spannungsquellenklemme V_ verbunden ist, der eine positive Gleichspannung zugeführt wird. Das andere Ende der Eingangssignalstromquelle 1 ist ferner mit den Basen der npn-Transistoren 32 und 33 verbundden. Die Emitter dieser Transistoren 32 und 33 sind geerdet, und der Kollektor des Transistors 32 ist mit einer Luminanzsignal-Ausgangsklemme 34 verbunden. Dagegen ist der Kollektor des Transistors 33 über die Konstantstromquelle 2a mit dem Strom i^ mit der Spannungsquellenklemme V_cc und auch mit der Kathode der Diode 2b verbunden. Die Anode der Diode 2b ist dann über die Konstantstromquelle 3a mit dem Strom i_ mit der Spannungsquellenklemme V__, und auch mit der Kathode der Diode 3b verbunden. Ferner ist die Anode der Diode 3b über die Konstantstromquelle 4a mit dem Strom i^ mit der Spannungsquellenklemme V_G_ verbunden_o In diesem Fall werden die Werte der Ströme i.,, i_ und i_ gewählt, wie in Figur 13A gezeigt. Anders ausgedrückt, wird i.. als Strom gewählt, der dem festgesetzten Maximalweißwert eines negativ modulierten Luminanzsignals entspricht, i_ wird als ein Strom zwischen dem Schwarzwertpegel und dem festgesetzten Maximalweißwert gewählt, und i_ wird als ein Strom gewählt, der dem Pegel eines Synchronsignals entspricht. Der Verbindungspunkt zwischen der Konstantstromquelle 2a und der Diode 2b, der Verbindungspunkt zwischen der Diode 3b und der Konstantstromquelle 3a sowie der Verbindungspunkt zwischen der Diode 3b und der Konstantstromquelle 4a sind mit den Emittern jeweiliger pnp-Transistoren 2c, 3c und 4c verbunden. Die jeweiligen Basen der Transistoren 2c, 3c und 4c sind über eine Vorspannungsbatterie 6 geerdet. Der Kollektor des Transistors 2c ist mit einer AGC-Signalausgangsklemme 35

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verbunden, während der Kollektor des Transistors 4c mit der Basis eines pnp-Transistors 36 verbunden und auch über eine Konstantstromquelle 37 eines winzigen Stromes geerdet ist. Ferner ist der Emitter des Transistors 36 mit der positiven Elektrode der Batterie 6 verbunden, und sein Kollektor ist mit der Signalausgangsklemme 35 verbunden. Der Transistor 3c ist bei seinem Kollektor mit dem Kollektor eines npn-Transistors 38 verbunden. Der Emitter des Transistors 38 ist geerdet, und seine Basis ist mit einer Steuersignal-Eingangsklemme 38a verbunden, der ein Steuersignal zugeführt wird, wie in Figur 13B gezeigt, so daß der Transistor 38 nur während einer Periode abgeschaltet wird, die der vorderen Schwarzschulter bei dem Schwarzwertabschnitt des Videosignals entspricht. Der Kollektor des Transistors 38 ist auch mit der Basis eines npn-Transistors 39 verbunden, dessen Emitter geerdet ist. Der Kollektor des Transistors 39 ist mit der Basis des Transistors 31 verbunden und auch über einen Kondensator 40 geerdet.

Wenn bei der in Figur 12 gezeigten Schaltungsanordnung das Luminanzsignal i„ im Bereich i^ = i„ < (ϊ,,+ϊ-) liegt, werden die Kollektorströme der Transistoren 32 und 33 durch die Ströme i.. und i₂ geliefert, und da der Transistor 38 normalerweise eingeschaltet ist, fließt durch die Transistoren 3c und 38 ein Strom (i^+i₂~i ) . Zu dieser Zeit sind die Transistoren 39 bzw. 31 AUS wegen des EIN-Zustandes des Transistors 38. Wenn der Transistor 38 ausgeschaltet wird während der Periode, die der vorderen Schwarzschulter des Schwarzwertes entspricht, werden die Transistoren 39 und eingeschaltet, und ein Strom wird über die Transistoren 3c, 39 und 31 den Basen der Transistoren 32 und 33 zugeführt. Folglich nehmen die Kollektorströme der Transistoren 32 und 33 zu, und ein von der Konstantstromquelle 3a zu dem Kollektor des Transistors 33 fließender Strom nimmt zu, so daß ein durch den Transistor 3c fließender Strom abnimmt.

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Das heißt, die Transistoren 3c, 39 und 31 bilden einen negativen Rückkopplungsschaltkreis, und die Kollektorströme der Transistoren 32 und 33 werden während der Schwarzperiode an (i.+i_o) angeklemmt. Wenn der Eingangssignalstrom i_o bei dem Synchronsignalabschnitt (i^+i^+ig) übersteigt, wird der Transistor 4c abgeschaltet, um den Transistor 36 leitend zu machen, so daß an der Ausgangsklemme 35 ein AGC-Signal erhalten wird. Dieses AGC-Signal wird zu dem Luminanzsignalverstärker rückgekoppelt, und folglich wird die Amplitude des Luminanzsignals vermindert und steuert die Transistoren 32 und 33 so, daß sie den gleichen Kollektorstrom (i^+i„+i_) haben. Da jedoch der Schwarzwert an (i^+i«) geklemmt ist, wenn der Pegel des Horizontalsynchronsignals zu i., unterdrückt ist, wird der Spitzenwert oder Maximalpegel des Videosignals an (i..+i₂+i_) angeklemmt. Wenn der Eingangssignalstrom ig niedriger wird als der Pegel i- bei der Weißspitze, wird der Transistor 2c angeschaltet, um das AGC-Signal zu erzeugen, das über die Ausgangsklemme 35 zu dem Lumxnanzsignalverstärker zurückgekoppelt wird, um diesen so zu steuern, daß die Amplitude des Luminanzsignals vermindert wird und der Wert der Weißspitze X₁ wird.

Figur 14 zeigt eine weitere Ausführungsform des Stromkomparators. In der Schaltung der Figur 14 sind die Elemente, die denjenigen in Figur 1 entsprechen, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, wobei ihre Beschreibung übergangen wird. In der Schaltung der Figur 14 ist ein Ende der Eingangssignalstromquelle 1 geerdet. Das andere Ende der Stromquelle 1 ist auch geerdet über eine Serienschaltung, die aus einer Parallelschaltung der Konstantstromquelle 2a mit Strom i., und der Diode 2b, ferner einer Parallelschaltung der Konstantstromquelle 3a mit Strom i₂ und der Diode 3b, einer Parallelschaltung der Konstantstromquelle 4a mit Strom X₃ und der Diode 4b sowie einer Parallelschaltung der Konstantstromquelle 5a mit Strom i. und der Diode 5b besteht. Diese Dioden2b, 3b, 4b und 5b sind auf ihren Anodenseiten

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mit den Basen der jeweiligen npn-Transistoren 2c, 3c, 4c und 5c verbunden, die an ihren Emittern über Widerstände 2d, 3d, 4d und 5d geerdet sind und an ihren Kollektoren mit Ausgangsklemmen 2e, 3e, 4e bzw. 5e verbunden sind. In diesem Fall sind die Werte der Ströme i^, i₂, I₃ und I₄ so gewählt, daß sie die Beziehung i. < i₂<I₃< I₄ erfüllen. Wenn nun der Eingangssignalsstrom i_g kleiner als i., ist, fließt der Strom i_g über die in Serie geschalteten Konstantstromquellen 2a, 3a, 4a und 5a zur Erde, und die Dioden 2b, 3b, 4b und 5b sind AUS. Zu dieser Zeit werden die Spannungen an den entsprechenden Dioden 2b, 3b, 4b und 5b null, da nur der Eingangssignalstrom i_g durch die Konstantstromquellen 2a, 3a, 4a und 5a fließt. Also werden die entsprechenden Basispotentiale der Transistoren 2c, 3c, 4c und 5c null, womit sie alle ausgeschaltet werden.

Wenn der Eingangssignalstrom i_ im Bereich i. <£ i_g < i₂ liegt, fließt ein Strom (ig-i.) durch die Diode 2b, und die anderen Dioden 3b, 4b und 5b bleiben ausgeschaltet. Folglich wird das Basispotential des Transistors 2c zu V_. und schaltet ihn ein. Jedoch bleiben die Basispotentiale der anderen Transistoren 3c, 4c und 5c null, so daß sie alle AUS sind. Mit anderen Worten gibt das Einschalten des Transistors 2c einen Hinweis darauf, daß der Eingangssignalstrom i_g den Wert i., überstiegen hat.

Wenn i- < i_ < i- ist, fließt der Strom (i_c-i., ) durch die

^ pb j ο J.

Diode 2b, und ein Strom (i_g-i₂) fließt durch die Diode 3b, so daß das Basispotential des Transistors 2c 2V_ wird und das des Transistors 3c V_D wird, um beide Transistoren einzuschalten, aber die Transistoren 4c und 5c sind noch AUS. Also werden diese Transistoren 2c und 3c eingeschaltet, um anzuzeigen, daß der Eingangssignalstrom i_g i₂ überschritten hat.

Wenn I₃ < i_g < I₄ ist, werden auf ähnliche Weise die

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Transistoren 2c, 3c und 4c eingeschaltet, und wenn i₄ ^. i_ ist, werden die Transistoren 2c, 3c, 4c und 5c eingeschaltet, so daß festgestellt werden kann, daß i den Wert i₃ oder übersteigt. Natürlich ist die Wirkungsweise der Schaltung der Figur 14 die gleiche wie die der Figur 1.

Wenn in der Schaltung der Figur 14 alle Dioden nichtleitend sind, besteht in dieser eine äquivalente Serienschaltung von Konstantstromquellen. Wenn in diesem Fall ein Konstantstrom I_R1 einer Konstantstromquelle kleiner ist als ein Konstantstrom I_R2 einer anderen Konstantstromquelle, kann die einfache Frage auftreten, wohin der Differenzstrom fließt. Diese Frage wird nachfolgend ausführlich betrachtet.

Als einfaches Schaltungsbeispiel, bei dem zwei Konstantstromquellen in Reihe mit einer Spannungsquelle verbunden sind, wird eine Schaltung betrachtet, wie in Figur 15 gezeigt. In der Schaltung der Figur 15 ist die Spannungsquellenklemme V__c über eine Reihenschaltung einer Diode 26a und eines Widerstandes 26b geerdet. Der Verbindungspunkt zwischen der Diode 26a und dem Widerstand 26b ist mit der Basis eines pnp-Transistors 26 verbunden, dessen Emitter mit der Spannungsquellenklemme V_n verbunden ist, um eine

X-* V^

erste Konstantstromquelle zu bilden. Ferner ist die Spannungsquellenklemme Vp geerdet über eine Serienschaltung eines Widerstandes 27a und einer Diode 27b, und der Verbindungspunkt zwischen diesen ist mit der Basis eines npn-Transistors 27 verbunden, dessen Emitter geerdet ist, um eine zweite Konstantstromquelle zu bilden. Die Kollektoren der Transistoren 26 und 27 sind miteinander verbunden.

Zuerst wird der Fall betrachtet, in dem der Strom I_R1 der ersten Konstantstromquelle kleiner ist als der Strom I_R_ der zweiten Konstantstromquelle. Da in diesem Fall die Kollektor-Emitter-Spannung V des Transistors 27 reduziert worden ist, wird der Transistor 27 in seinen Sättigungsbereich

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getrieben. Folglich wird I₂ vermindert und bei I_R1 = I_R2 ausbalanciert. Anders ausgedrückt, wird der Stromwert der aus dem Transistor 27 bestehenden Konstantstromquelle einer Änderung unterworfen. Wenn andererseits der Strom I_R1 größer ist als der Strom I_R2' erhöht sich das Kollektorpotential des Transistors 27 zu der positiven Gleichspannung V_ hin, so daß der Transistor 26 in seinen gesättigten Bereich getrieben wird. Schließlich wird der Strom I_R1 vermindert und bei I_R? = I₁ ausgeglichen. Anders ausgedrückt, ist der Stromwert der aus dem Transistor 26 bestehenden Konstantstromquelle einer Änderung unterworfen, so daß er automatisch ausgeglichen wird. Das heißt, die in der Erfindung erwähnte Konstantstromquelle bedeutet eine Schaltung, die einen konstanten Strom durch Transistoren bildet, und nicht eine Schaltung, die unter jeglichen vorkommenden Bedingungen einen konstanten Strom liefert.

In der Erfindung sollte die Anzahl der Paare von Konstantstromquelle und Diode zwei oder größer sein. Ferner können in den oben erwähnten Ausführungsformen die Transistoren 2c, 3c, 4c und 5c natürlich durch andere Schaltelemente oder Ermittlungselemente ersetzt werden.

Es ist ersichtlich, daß Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne von dem Rahmen oder dem Gedanken der Erfindung abzuweichen.

Der Patehtan

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Claims

Dipl.-!ng. H. MITSCHERLICH D-SOOC MÜNCHEN 22 Dipl.-Ing. K. GUNSCHMANN Steinsdorfstraße 10 Dr. re, not. W. KÖRBER ^'°89) Dipl.-Ing. J. SCHMIDT-EVERS 2856376 PATENTANWÄLTE 27. Dezember 1978 Sony Corporation 7-35 Kitashinagawa, 6-chome Shinagawa-ku Tokio 141 / Japan Ansprüche:

1.) Stromkomparator mit einer Eingangssignalstromquelle, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Paaren ( 2a, 2b; 3a, 3br 4a,4b;5a,5b), die je aus einer Diode (2b,3b,4b,5b) und einer Bezugsstromquelle (2a,3a,4a,5a) bestehen und mit der Eingangssignalstromquelle (1) verbunden sind, und eine Vielzahl von Komparator-Ausgangsschaltkreisen, jeder von denen mit dem Verbindungspunkt zwischen der Diode und der Bezugsstromquelle je eines Paares verbunden ist.

2. Stromkomparator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Komparator-Ausgangsschaltkreis ein Schaltelement (2c,3c,4c,5c) aufweist, das der Reihe nach gemäß einem St-rompegel von der Eingangssignalstromquelle (1) eingeschaltet wird.

3. Stromkomparator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Paare (2a,2b bis 5a,5b) in Reihe mit der Eingangssignalstromquelle (1) verbunden sind, und daß das Schaltelement (2c bis 5c) ein Transistor ist, dessen Emitter geerdet ist und dessen Basis mit dem Verbindungspunkt zwischen der Diode (2b bis 5b) und der Bezugsstromquelle (2a bis 5a) des jeweiligen Paares verbunden ist, so daß von dem Kollektor des Transistors (2c bis 5c) ein verglichenes Ausgangssignal erhalten werden kann.

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4. Stromkomparator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Paare (2a,2b;3a,3b;4a,4b) in Reihe mit der Eingangssignalstromquelle (1) verbunden sind, und daß das Schaltelement (2c,3c,4c) ein Transistor mit geerdeter Basis ist, dessen Emitter mit dem Verbindungspunkt zwischen der Diode (2b-4b) und der Bezugsstromquelle (2a-4a) des jeweiligen Paares verbunden ist, so daß von dem Kollektor des Transistors (2c-4c) ein verglichenes Ausgangssignal erhalten werden kann.

5. Stromkomparator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Paare (2a,2b bis 5a,5b) parallel mit der Eingangssignalstromquelle (1) verbunden sind, und daß das Schaltelement (2c-5c) ein Transistor mit geerdeter Basis ist, dessen Emitter mit dem Verbindungspunkt zwischen der Diode (2b-5b) und der Bezugsstromquelle (2a-5a) des Paares verbunden ist, so daß von dem Kollektor des Transistors (2c-5c) ein verglichenes Ausgangssignal erhalten werden kann.

6. Stromkomparator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Paare (2a,2b bis 5a,5b) in Reihe mit der Eingangssignalstromquelle (1) verbunden sind, wobei die Diode (2b-5b) und die Bezugsstromquelle (2a-5a) jedes Paares parallel zu der Eingangssignalstromquelle (1) verbunden sind, und daß das Schaltelement (2c-5c) ein Transistor ist, dessen Emitter geerdet ist und dessen Basis mit dem Verbindungspunkt zwischen der Diode und der Bezugsstromquelle des Paares verbunden ist, so daß von dem Kollektor des Transistors (2c-5c) ein verglichenes Ausgangssignal erhalten werden kann.

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