DE2856376C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung wie sie im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegeben ist und die in verschiedenen Arten von elek­ tronischen Geräten zu verwenden ist.

Komparatorschaltungen (Komparatoren), die in verschiedenen Arten von elektronischen Geräten verwendet werden, führen einen Vergleich meistens auf der Grundlage der Spannung durch, wobei die Spannung V _S eines gelie­ ferten Eingangssignals mit einer Bezugsspannung verglichen wird, um eine ermittelte Spannung zu erhalten. In solch einem Komparator zum Anstellen eines Vergleichs auf der Basis der Spannung muß eine Energiequellen­ spannung zum Erhalten der Bezugsspannung etwas höher liegen als die Spannung V _S des Eingangssignals. Wenn die Spannung V _S 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.

Dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 liegt als Stand der Technik die GB-PS 12 76 490, insbesondere Fig. 2, zugrunde, in der eine Komparator­ schaltung mit einer Kette aus Diodenpaaren mit jeweils antiparallelen Dioden gezeigt ist, die in Reihe mit einer Eingangssignal-Stromquelle geschaltet sind. Zu diesen Diodenpaaren gehören Bezugs-Konstantstrom­ quellen und Schalttransistoren, deren Ausgänge mit Auswertematrix verbunden sind.

Aus der GB-PS 12 66 962 ist eine weitere Komparatorschaltung bekannt, die aber erheblich aufwendiger aufgebaut ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Komparatorschaltung anzugeben, die sich mit vergleichsweise zum Stand niedrigerem Energieauf­ wand und niedrigerer Spannung betreiben läßt und zum Antreiben mit hoher Frequenz geeignet ist und die dennoch einfach in ihrem Aufbau ist.

Diese Aufgabe wird mit ein einer Stromkomparatorschaltung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Weiterbildungen dieser Schaltung sind in den Unteransprüchen angegeben.

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

Fig. 1 ein Schaltbild einer Ausführungsform eines Strom­ komparators;

Fig. 2A bis 2E Diagramme zur Erläuterung der Erfindung;

Fig. 3 bis 9 Schaltbilder mit je einem Beispiel einer in dem Stromkomparator verwendeten Konstant­ stromquelle;

Fig. 10, 11, 12 und 14 Schaltbilder anderer Ausfüh­ rungsformen des Stromkomparators;

Fig. 13A und 13B Wellenformdiagramme zur Erläuterung des Stromkomparators; und

Fig. 15 ein Schaltbild zur Erläuterung des Stromkomparators.

Nachfolgend wird eine Ausführungsform eines Stromkomparators anhand von Fig. 1 beschrieben.

In der Schaltung der Fig. 1 ist eine Eingangssignalstrom­ quelle 1 vorgesehen, deren eines Ende geerdet ist. Das andere Ende der Eingangssignalstromquelle ist über eine Konstant­ stromquelle 2 a mit dem Strom i₁ ebenfalls geerdet und auch mit der Anode einer Diode 2 b verbunden. Die Kathode der Diode 2 b ist über eine Konstantstromquelle 3 a mit dem Strom i₂ geerdet und auch mit der Anode einer Diode 3 b verbunden. Ähnlich ist die Kathode der Diode 3 b über eine Konstant­ stromquelle 4 a mit dem Strom i₃ geerdet und auch mit der Anode einer Diode 4 b verbunden. Die Kathode der Diode 4 b ist dann über eine Konstantstromquelle 5 a mit dem Strom i₄ geerdet und auch mit der Anode einer Diode 5 b verbunden, deren Kathode geerdet ist. Der Verbindungspunkt zwischen der Konstantstromquelle 2 a und der Diode 2 b, der Verbindungs­ punkt zwischen der Konstantstromquelle 3 a und der Diode 3 b, der Verbindungspunkt zwischen der Konstantstromquelle 4 a und der Diode 4 b und der Verbindungspunkt zwischen der Konstantstromquelle 5 a und der Diode 5 b sind mit der Basis jeweiliger npn-Transistoren 2 c, 3 c, 4 c bzw. 5 c verbunden, die je einen Ermittlungsschaltkreis bilden. Die Emitter dieser Transistoren 2 c, 3 c, 4 c und 5 c sind über jeweilige Widerstände 2 d, 3 d, 4 d und 5 d geerdet, und die Kollektoren der Transistoren sind mit jeweiligen Ausgangsklemmen 2 e, 3 e, 4 e und 5 e verbunden. Die Bezugsströme i₁, i₂, i₃ und i₄ 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 _S, der mit fortschreitender Zeit zunimmt, wie in Fig. 2A gezeigt, von der Eingangssignalstromquelle 1 geliefert wird, werden die Basispotentiale der Transistoren 2 c, 3 c, 4 c und 5 c verändert, wie in den jeweiligen Fig. 2B, 2C, 2D bzw. 2E gezeigt, in denen V _D eine Durchlaßabfallspannung an jeder Diode bedeutet. Wenn der Eingangsstrom i _S kleiner als i₁ ist, wird der Strom i _S vollständig in die Konstant­ stromquelle 2 a absorbiert, so daß das Basispotential des Transistors 2 c null wird, um ihn nichtleitend oder AUS zu machen. In diesem Fall sind all die anderen Transistoren 3 c, 4 c und 5 c ebenfalls nichtleitend, da an deren Basen keine Spannungen anliegen. Wenn sodann der Eingangsstrom i _S erhöht wird und einmal den Strom i₁ übersteigt, fließt der Strom über, und der überfließende Strom (i _S-i₁) fließt durch die Diode 2 b zu der Konstantstromquelle 3 a. Das Po­ tential an dem Verbindungspunkt zwischen der Kathode der Diode 2 b und der Konstantstromquelle 3 a wird bei dem Null­ potential angeklemmt, so daß das Basispotential des Tran­ sistors 2 c an die Spannung V _D angeklemmt wird, um ihn dadurch leitend oder EIN zu machen. Wenn der Strom (i _S-i₁) kleiner ist als der Strom i₂, wird dieser Strom vollständig in die Konstantstromquelle 3 a absorbiert, so daß die Basis­ spannung des Transistors 3 c null bleibt und ihn AUS macht. Die Transistoren 4 c und 5 c werden ebenfalls mit keiner Span­ nung versehen, so daß sie nichtleitend sind. Wenn als nächstes der Strom (i _S-i₁) den Strom i₂ übersteigt, fließt der Strom über, und dieser übergeflossene Strom (i _S-i₁-i₂) fließt durch die Diode 3 b zu der Konstantstromquelle 4 a. Das Po­ tential an dem Verbindungspunkt zwischen der Kathode der Diode 3 b und der Konstantstromquelle 4 a wird an Nullpoten­ tial geklemmt, so daß das Basispotential des Transistors 2 c an 2V _D geklemmt wird, wie in Fig. 2B gezeigt, und ebenso das Basispotential des Transistors 3 c an V _D geklemmt wird, wie in Fig. 2C gezeigt, mit dem Ergebnis, daß die Transistoren 2 c und 3 c angeschaltet werden. Wenn der Strom (i _S-i₁-i₂) kleiner ist als der Strom i₃, wird dieser Strom vollständig in der Konstantstromquelle 4 a absorbiert, so daß das Basis­ potential des Transistors 4 c null wird, um ihn nichtleitend zu machen. Der Transistor 5 c ist ebenfalls nichtleitend, da an ihn keine Spannung angelegt wird. Wenn sodann der Strom (i _S-i₁-i₂) den Strom i₃ übersteigt, fließt der Strom über, und der übergeflossene Strom (i _S-i₁-i₂-i₃) fließt durch die Diode 4 b zu der Konstantstromquelle 5 a. Das Po­ tential an dem Verbindungspunkt zwischen der Kathode der Diode 4 b und der Konstantstromquelle 5 a wird an Nullpoten­ tial geklemmt, so daß das Basispotential der Transistoren 2 c, 3 c und 4 c an jeweils 3V _D, 2V _D und V _D geklemmt wird, wie in den Fig. 2B, 2C bzw. 2D gezeigt, um sie leitend zu machen. Wenn der Strom i _S-i₁-i₂-i₃ kleiner als der Strom i₄ ist, wird dieser Strom vollständig in der Konstantstromquelle 5 a absorbiert, so daß das Basispotential des Transistors 5 c null wird, um ihn nichtleitend zu machen. Wenn als nächstes der Strom i _S-i₁-i₂-i₃ den Strom i₄ übersteigt, fließt der Strom über, und dieser überfließende Strom (i _S-i₁-i₂-i₃-i₄) fließt durch die Diode 5 b zur Erde. In diesem Fall werden, da das Kathodenpotential der Diode 5 b null ist, die Basis­ potentiale der Transistoren 2 c, 3 c, 4 c und 5 c an jeweils 4V _D, 3V _D, 2V _D und V _D geklemmt, wie in den entsprechenden Fig. 2B, 2C, 2D und 2E gezeigt, um diese Transistoren leitend zu machen. Dementsprechend kann der Wert des Ein­ gangssignalstromes i _S durch den EIN- und AUS-Zustand der Transistoren 2 c, 3 c, 4 c und 5 c ermittelt werden.

Wie oben beschrieben, wird der Eingangssignalstrom i _S er­ mittelt, indem der maximale Eingangssignalstrom in eine Vielzahl von Bezugsströmen (i₁+i₂+i₃+i₄) unterteilt wird. Obwohl der Eingangssignalstrom i _S groß ist, ist daher nur eine kleine Quellenspannung, wie zum Beispiel einige V _D, zur Erzeugung der Bezugsströme erforderlich. Demzufolge kann ein Antreiben mit niedriger Energie oder niedriger Spannung und ein Antreiben mit hoher Frequenz erfolgen.

Als Konstantstromquellen 2 a, 3 a, 4 a und 5 a in Fig. 1 können die in den Fig. 3 bis 9 gezeigten verwendet werden. In dem Beispiel der Fig. 3 ist der Emitter eines diodenge­ schalteten pnp-Transistors D _O mit einer Gleichspannungs­ quellenklemme V _CC verbunden, während der Verbindungspunkt des Kollektors und der Basis des Transistors D _O über einen Widerstand R₁ geerdet und auch mit der Basis eines pnp- Transistors Q _A verbunden ist. Der Emitter des Transistors Q _A ist mit der Spannungsquellenklemme V _CC verbunden, und sein Kollektor ist mit einer Ausgangsklemme 7 a verbunden. Auf diese Weise wird durch den diodengeschalteten Transistor D _O, den Widerstand R₁ und den Transistor Q _A ein Stromspiegel­ schaltkreis gebildet. Wenn in diesem Fall ein Stromverstär­ kungsfaktor entsprechend den Transistoren D _O und Q _A als 1 genommen wird, und wenn auch ein Widerstandswert des Wider­ standes 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

worin V _BE die Basis-Emitter-Spannung des Transistors Q _A ist.

In dem Beispiel der Fig. 4 ist der Emitter eines dioden­ geschalteten pnp-Transistors D _O über einen Widerstand R₂ mit der Spannungsquellenklemme V _CC verbunden, während der Kollektor-Basis-Verbindungspunkt des Transistors D _O über den Widerstand R₁ geerdet und auch mit der Basis des pnp- Transistors Q _A verbunden ist. Der Emitter des Transistors Q _A ist über einen Widerstand R₃ mit der Spannungsquellen­ klemme V _CC verbunden, und der Kollektor dieses Transistors ist mit der Ausgangsklemme 7 a verbunden. Dieser Schaltkreis wird durch den Schaltkreis der Fig. 3 unter Hinzufügung der Widerstände R₂ und R₃ gebildet. Auf die gleiche Art wie bei dem Beispiel der Fig. 3 ergibt sich folgender Konstantenstrom I _R in dem Schaltkreis der Fig. 4:

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

In den in Fig. 3 und 4 gezeigten Konstantstromquellen ist der Konstantstrom I _R proportional zu (V _CC-V _BE). Wenn in diesem Fall die Quellenspannung V _CC klein ist, ist der Wert von V _BE nicht vernachlässigbar. Da der Wert von (V _CC-V _BE) sich mit der Temperatur ändert, ändert sich der Strom I _R ebenfalls mit der Temperatur, und folglich können diese Schaltkreise nicht immer als Konstantstromquellen mit guten Charakteristiken definiert werden. Wenn deshalb Temperaturcharakteristika ernstlich in Betracht gezogen werden, sollte eine Konstantstromschaltung erwogen werden, wie in Fig. 5 gezeigt. In der Schaltung der Fig. 5 ist die Spannungsquellenklemme V _CC über den Widerstand R₂ mit einem Ende einer Reihenschaltung von m diodengeschalteten pnp-Transistoren 12₁, . . . 12 _m verbunden, während das andere Ende dieser Reihenschaltung mit einem Ende einer Reihenschal­ tung von n diodengeschalteten pnp-Transistoren 13₁ . . . 13 _n verbunden ist. Das andere Ende der Reihenschaltung der Transistoren 13₁ . . . 13 _n ist dann über den Widerstand R₁ geerdet. Der Verbindungspunkt P zwischen den zwei obigen Reihenschaltungen ist über eine Serienschaltung von (l-1) diodengeschalteten pnp-Transistoren 14₁, . . . 14 _l-1 mit der Basis des pnp-Transistors Q _A verbunden, während der Emitter des Transistors Q _A über den Widerstand R₃ mit der Spannungsquellenklemme V _CC verbunden ist und sein Kollektor mit der Ausgangsklemme 7 a verbunden ist. In der Schaltung der Fig. 5 wird ein Potential V _P an dem Punkt P folgender­ maßen ausgedrückt:

Das Emitterpotential V _E des Transistors Q _A lautet wie folgt:

V _E = V _P + lV _BE.

Somit wird der Konstantstrom I _R wie folgt:

Wenn angenommen wird, daß gilt:

(m-l) (R₁+R₂)=R₂ (n+m),

wird die folgende Gleichung erhalten:

Dementsprechend wird der Konstantstrom I _R unabhängig von V _BE, und daher kann eine Konstantstromquelle mit guter Temperaturcharakteristik erhalten werden.

Wenn in diesem Fall l=n=1 und m=2 angenommen wird, erhält man das folgende Ergebnis:

(2-1) (R₁+R₂)=R₂ (1+2), d. h. R₁=2R₂.

Ein praktisches Beispiel hierfür hat einen Aufbau wie in Fig. 6 gezeigt. Dementsprechend wird in der Schaltung der Fig. 6 der Konstantstrom I _R folgendermaßen ausgedrückt:

Auf diese Weise kann eine Konstantstromquelle mit guter Temperaturcharakteristik erhalten werden. Als praktische Anwendung der Schaltung der Fig. 6 wird eine Schaltung betrachtet, wie in Fig. 7 gezeigt. In der Schaltung der Fig. 7 sind die Transistoren 12₁, 12₂, 13₁ und Q _A der Fig. 6 jeweils durch npn-Transistoren ersetzt. Ferner ist der Kollektor des Transistors Q _A 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 Spannungs­ quellenklemme V _CC verbunden, und der Kollektor des Transistors 16 ist mit der Ausgangsklemme 7 a verbunden. In dieser Schal­ tung der Fig. 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 betrach­ tet, wie in Fig. 8 gezeigt. In dieser Schaltung ist die Spannungsquellenklemme V _CC geerdet über eine Reihenschaltung von m diodengeschalteten pnp-Transistoren 17₁, . . ., 17 _m und den Widerstand R₂. Der Kollektor-Basis-Verbindungspunkt des Transistors 17 _m , der bei den Transistoren 17₁, . . ., 17 _m der Spannungsquellenklemme V _CC am nächsten ist, ist mit der Basis eines pnp-Transistors 18 verbunden. Ferner ist der Emitter des Transistors 18 mit der Spannungsquellenklemme V _CC verbunden, und auf diese Weise wird durch diese Tran­ sistoren 18 und 17 c ein Stromspiegelschaltkreis gebildet. Der Kollektor des Transistors 18 ist auch mit dem Kollektor- Basis-Verbindungspunkt eines diodenverbundenen pnp-Tran­ sistors 19 verbunden, dessen Emitter seinerseits mit der Spannungsquellenklemme V _CC verbunden ist. Der Kollektor- Basis-Verbindungspunkt des Transistors 19 ist über den Widerstand R₁ geerdet und auch mit der Basis eines pnp- Transistors 20 verbunden, dessen Emitter dann mit der Span­ nungsquellenklemme V _CC und dessen Kollektor mit der Ausgangs­ klemme 7 a verbunden sind. In diesem Fall wird durch diese Transistoren 19 und 20 eine Stromspiegelschaltung gebildet. Es werde nun angenommen, daß diese Transistoren 17₁, . . ., 17 _m , 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 flie­ ßender Strom als I₂ und ein durch den Widerstand R₁ flie­ ßender Strom als I₃, und wenn der Basisstrom jedes Tran­ sistors vernachlässigt wird, gelten folgende Beziehungen:

Dementsprechend wird der konstante Strom I _R folgendermaßen ausgedrückt:

Unter der Annahme, daß R₂=mR₁ gilt, wird folgende Gleichung erhalten:

Aus der obigen Beziehung ist ersichtlich, daß der Strom I _R unabhängig von V _BE ist, und folglich kann eine Konstant­ stromschaltung mit guter Temperaturcharakteristik erhalten werden. Wenn in dem obigen Beispiel m=2 angenommen wird, kann eine Schaltung gebildet werden, wie in Fig. 9 gezeigt. Der Konstantstrom I _R in der Schaltung der Fig. 9 wird und folglich kann auch hier eine Konstantstrom­ schaltung mit guter Temperaturcharakteristik erhalten werden.

Diese Konstantstromquellen, wie in den Fig. 3 bis 9 gezeigt, können je nach Erfordernis wahlweise verwendet werden. Um die entgegengesetzte Richtung des Ausgangsstromes I _R in den obigen Schaltungen zu erhalten, kann die Leit­ fähigkeit der verwendeten Transistoren umgekehrt werden. Die in den Fig. 3 bis 9 gezeigten Schaltungen können grundsätzlich auch als Eingangssignalstromquelle 1 der Fig. 1 verwendet werden. In diesem Fall kann ein konstanter Strom entsprechend Eingangssignalen veränderbar gemacht werden. Es erübrigt sich die Bemerkung, daß die in den Fig. 3 bis 9 gezeigten Konstantstromschaltungen in ähn­ licher Art auf die Stromkomparatoren angewandt werden können, die nachfolgend beschrieben werden.

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

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

Wenn in der Schaltung der Fig. 10 der Eingangssignalstrom i _S null ist, wird der Konstantstrom i₁ durch den Transistor 2 c, der Konstantstrom i₂ durch den Transistor 3 c und der Konstantstrom i₃ durch den Transistor 4 c geliefert, so daß diese Transistoren jeweils eingeschaltet werden. Wenn der Eingangssignalstrom i _S im Bereich 0<i _S<i₁ liegt, bleiben die Transistoren 2 c, 3 c und 4 c noch in ihrem EIN-Zustand, ausgenommen, daß der durch den Transistor 2 c fließende Strom (i₁-i _s ) wird.

Wenn der Eingangssignalstrom i _S die Beziehung i₁≦i _S<(i₁+i₂) erfüllt, wird der Konstantstrom i₁ der Konstantstromquelle 2 a völlig von i _S eingespeist, und ein Strom (i _S-i₁) fließt durch die Diode 2 b in die Konstant­ stromquelle 3 a. Dementsprechend wird der Transistor 2 c ausgeschaltet, und ein durch den Transistor 3 c fließender Strom wird i₁+i₂-i _S. In diesem Fall hält der Stromfluß i₃ durch den Transistor 4 c an. Das heißt, wenn der Tran­ sistor 2 c aus seinem EIN-Zustand abgeschaltet ist, ist zu bemerken, daß der Eingangssignalstrom i _S den Bezugsstrom i₁ überschritten hat.

Wenn der Eingangssignalstrom i _S die Beziehung (i₁+i₂)≦i _S<(i₁+i₂+i₃) erfüllt, fließt auf ähnliche Weise ein Strom (i _S-i₁-i₂) durch die Diode 3 b in die Konstant­ stromquelle 4 a. Das heißt, der Transistor 3 c wird aus seinem EIN-Zustand abgeschaltet und zeigt dadurch an, daß der Eingangssignalstrom i _S den Strom (i₁+i₂) überschreitet. Ähnlich werden, wenn der Eingangssignalstrom i _S den Strom (i₁+i₂+i₃) übersteigt, sämtliche Transistoren 2 c, 3 c und 4 c abgeschaltet. Es ist leicht zu verstehen, daß die Schaltung der Fig. 10 die gleiche Wirkungsweise hat wie die der Fig. 1.

In der Schaltung der Fig. 11 ist die Eingangssignalstrom­ quelle 1 geerdet über eine Serienschaltung der Diode 2 b und der Konstantstromquelle 2 a, eine Serienschaltung der Diode 3 b und der Konstantstromquelle 3 a, eine Serienschaltung der Diode 4 b und der Konstantstromquelle 4 a bzw. eine Serienschaltung der Diode 5 b und der Konstantstromquelle 5 a. Der Verbindungspunkt zwischen der Diode 2 b und der Konstant­ stromquelle 2 a ist mit dem Emitter des npn-Transistors 2 c verbunden. Ähnlich sind der Verbindungspunkt zwischen der Diode 3 b und der Konstantstromquelle 3 a, der Verbindungs­ punkt zwischen der Diode 4 b und der Konstantstromquelle 4 a und der Verbindungspunkt zwischen der Diode 5 b und der Konstantstromquelle 5 a mit dem Emittern jeweiliger npn- Transistoren 3 c, 4 c und 5 c verbunden. An die Basen der Transistoren 2 c, 3 c, 4 c und 5 c sind positive Vorspannungs- Gleichspannungen E₁, E₂, E₃ und E₄ angelegt. In diesem Fall sind die Werte dieser Spannungen so gewählt, daß sie etwas verschieden voneinander sind mit der Beziehung E₁<E₂<E₃<E₄. Wenn ferner i _S=0, fließen die konstanten Ströme i₁, i₂ i₃ und i₄ durch die Transistoren 2 c, 3 c, 4 c und 5 c, um sie leitend zu machen. Wenn 0<i _S<i₁, wird dieser Strom i _S völlig durch die Diode 2 b zu der Konstantstromquelle 2 a geliefert mit dem Ergebnis, daß der Ausgangsstrom des Transistors 2 c den Wert (i₁-i _S) annimmt, aber in seinem EIN-Zustand bleibt. Wenn sodann der Eingangssignalstrom i _S im Bereich i₁≦i _S<(i₁+i₂) liegt, wird der Strom i₁ durch die durch den Strom i _S geliefert, so daß der Transistor 2 c ab­ geschaltet wird und der Differenzstrom (i _S-i₁) durch die Diode 3 b zu der Konstantstromquelle 3 a fließt. Dementsprechend wird der durch den Transistor 3 c fließende Strom (i₁+i₂-i _S), aber der Transistor 2 c wird aus seinem EIN- Zustand in den AUS-Zustand umgeschaltet zum Anzeigen, daß der Eingangssignalstrom i _S den Bezugs-Konstantstrom i₁ überstiegen hat. Auf ähnliche und sequentielle Weise wird der Transistor 3 c abgeschaltet, um anzuzeigen, daß der Eingangssignalstrom i _S den Wert (i₁+i₂) überschritten hat, der Transistor 4 c wird abgeschaltet, um anzuzeigen, daß der Eingangssignalstrom i _S den Wert (i₁+i₂+i₃) überschritten hat, und der Transistor 5 c wird ausgeschaltet, um anzudeuten, daß der Eingangssignalstrom i _S den Wert (i₁+i₂+i₃+i₄) über­ schritten hat. Natürlich hat die Schaltung der Fig. 11 die gleiche Wirkungsweise wie die der Fig. 1.

Fig. 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 Fig. 12 wird als Ein­ gangssignalstromquelle 1 ein Luminanzsignal verwendet, wie in Fig. 13A gezeigt. Die Eingangssignalstromquelle 1 ist an einem Ende mit Erde verbunden und an ihrem anderen Ende mit dem Basis-Kollektor-Verbindungspunkt eines dioden­ verbundenen 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 verbun­ den, dessen Emitter mit der Spannungsquellenklemme V _CC 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 verbun­ den. Die Emitter dieser Transistoren 32 und 33 sind geerdet, und der Kollektor des Transistors 32 ist mit einer Luminanz­ signal-Ausgangsklemme 34 verbunden. Dagegen ist der Kollektor des Transistors 33 über die Konstantstromquelle 2 a mit dem Strom i₁ mit der Spannungsquellenklemme V _CC und auch mit der Kathode der Diode 2 b verbunden. Die Anode der Diode 2 b ist dann über die Konstantstromquelle 3 a mit dem Strom i₂ mit der Spannungsquellenklemme V _CC und auch mit der Kathode der Diode 3 b verbunden. Ferner ist die Anode der Diode 3 b über die Konstantstromquelle 4 a mit dem Strom i₃ mit der Spannungsquellenklemme V _CC verbunden. In diesem Strom werden die Werte der Ströme i₁, i₂ und i₃ gewählt, wie in Fig. 13A gezeigt. Anders ausgedrückt, wird i₁ als Strom gewählt, der dem festgesetzten Maximalweißwert eines negativ modu­ lierten Luminanzsignals entspricht, i₂ wird als ein Strom zwischen dem Schwarzwertpegel und dem festgesetzten Maximal­ weißwert gewählt, und i₃ wird als ein Strom gewählt, der dem Pegel eines Synchronsignals entspricht. Der Verbindungs­ punkt zwischen der Konstantstromquelle 2 a und der Diode 2 b, der Verbindungspunkt zwischen der Diode 3 b und der Konstant­ stromqwuelle 3 a sowie der Verbindungspunkt zwischen der Diode 3 b und der Konstantstromquelle 4 a sind mit den Emittern jeweiliger pnp-Transistoren 2 c, 3 c und 4 c verbunden. Die jeweiligen Basen der Transistoren 2 c, 3 c und 4 c sind über eine Vorspannungsbatterie 6 geerdet. Der Kollektor des Transistors 2 c ist mit einer AGC-Signalausgangsklemme 35 verbunden, während der Kollektor des Transistors 4 c 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 posi­ tiven Elektrode der Batterie 6 verbunden, und sein Kollektor ist mit der Signalausgangsklemme 35 verbunden. Der Transistor 3 c 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 38 a verbunden, der ein Steuersignal zugeführt wird, wie in Fig. 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 Fig. 12 gezeigten Schaltungsanordnung das Luminanzsignal i _S im Bereich i₁≦i _S<(i₁+i₂) liegt, werden die Kollektorströme der Transistoren 32 und 33 durch die Ströme i₁ und i₂ geliefert, und da der Transistor 38 norma­ lerweise eingeschaltet ist, fließt durch die Transistoren 3 c und 38 ein Strom (i₁+i₂-i _S). 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 31 eingeschaltet, und ein Strom wird über die Transistoren 3 c, 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 3 a zu dem Kollektor des Transistors 33 fließender Strom nimmt zu, so daß ein durch den Transistor 3 c fließender Strom abnimmt.

Das heißt, die Transistoren 3 c, 39 und 31 bilden einen negativen Rückkopplungsschaltkreis, und die Kollektorströme der Transistoren 32 und 33 werden während der Schwarzperiode an (i₁+i₂) angeklemmt. Wenn der Eingangssignalstrom i _S bei dem Synchronsignalabschnitt (i₁+i₂+i₃) übersteigt, wird der Transistor 4 c 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 (i₁+i₂+i₃) haben. Da jedoch der Schwarzwert an (i₁+i₂) geklemmt ist, wenn der Pegel des Horizontalsynchronsignals zu i₃ unter­ drückt ist, wird der Spitzenwert oder Maximalpegel des Videosignals an (i₁+i₂+i₃) angeklemmt. Wenn der Eingangs­ signalstrom i _S niedriger wird als der Pegel i₁ bei der Weißspitze, wird der Transistor 2 c angeschaltet, um das AGC-Signal zu erzeugen, das über die Ausgangsklemme 35 zu dem Luminanzsignalverstärker zurückgekoppelt wird, um diesen so zu steuern, daß die Amplitude des Luminanzsignals vermin­ dert wird und der Wert der Weißspitze i₁ wird.

Fig. 14 zeigt eine weitere Ausführungsform des Stromkom­ parators. In der Schaltung der Fig. 14 sind die Elemente, die denjenigen in Fig. 1 entsprechen, mit denselben Bezugs­ zeichen bezeichnet, wobei ihre Beschreibung übergangen wird. In der Schaltung der Fig. 14 ist ein Ende der Eingangs­ signalstromquelle 1 geerdet. Das andere Ende der Stromquelle 1 ist auch geerdet über eine Serienschaltung, die aus einer Parallelschaltung der Konstantstromquelle 2 a mit Strom i₁ und der Diode 2 b, ferner einer Parallelschaltung der Konstant­ stromquelle 3 a mit Strom i₂ und der Diode 3 b, einer Parallel­ schaltung der Konstantstromquelle 4 a mit Strom i₃ und der Diode 4 b sowie einer Parallelschaltung der Konstantstrom­ quelle 5 a mit Strom i₄ und der Diode 5 b besteht. Diese Dioden 2 b, 3 b, 4 b und 5 b sind auf ihren Anodenseiten mit den Basen der jeweiligen npn-Transistoren 2 c, 3 c, 4 c und 5 c verbunden, die an ihren Emittern über Widerstände 2 d, 3 d, 4 d und 5 d geerdet sind und an ihren Kollektoren mit Ausgangsklemmen 2 e, 3 e, 4 e bzw. 5 e verbunden sind. In diesem Fall sind die Werte der Ströme i₁, i₂, i₃ und i₄ so gewählt, daß sie die Beziehung i₁<i₂<i₃<i₄ erfüllen. Wenn nun der Eingangssignalstrom i _S kleiner als i₁ ist, fließt der Strom i _S über die in Serie geschalteten Konstant­ stromquellen 2 a, 3 a, 4 a und 5 a zur Erde, und die Dioden 2 b, 3 b, 4 b und 5 b sind AUS. Zu dieser Zeit werden die Spannungen an den entsprechenden Dioden 2 b, 3 b, 4 b und 5 b null, da nur der Eingangssignalstrom i _S durch die Konstant­ stromquellen 2 a, 3 a, 4 a und 5 a fließt. Also werden die entsprechenden Basispotentiale der Transistoren 2 c, 3 c, 4 c und 5 c null, womit sie alle ausgeschaltet werden.

Wenn der Eingangssignalstrom i _S im Bereich i₁<i _S<i₂ liegt, fließt ein Strom (i _S-i₁) durch die Diode 2 b, und die anderen Dioden 3 b, 4 b und 5 b bleiben ausgeschaltet. Folglich wird das Basispotential des Transistors 2 c zu V _D und schaltet ihn ein. Jedoch bleiben die Basispotentiale der anderen Transistoren 3 c, 4 c und 5 c null, so daß sie alle AUS sind. Mit anderen Worten gibt das Einschalten des Tran­ sistors 2 c einen Hinweis darauf, daß der Eingangssignal­ strom i _S den Wert i₁ überstiegen hat.

Wenn i₂<i _S<i₃ ist, fließt der Strom (i _S-i₁) durch die Diode 2 b, und ein Strom (i _S-i₂) fließt durch die Diode 3 b, so daß das Basispotential des Transistors 2 c 2V _D wird und das des Transistors 3 c V _D wird, um beide Transistoren einzu­ schalten, aber die Transistoren 4 c und 5 c sind noch AUS. Also werden diese Transistoren 2 c und 3 c eingeschaltet, um anzuzeigen, daß der Eingangssignalstrom i _S i₂ überschritten hat.

Wenn i₃<i _S<i₄ ist, werden auf ähnliche Weise die Transistoren 2 c, 3 c und 4 c eingeschaltet, und wenn i₄<i _S ist, werden die Transistoren 2 c, 3 c, 4 c und 5 c eingeschaltet, so daß festgestellt werden kann, daß i _S den Wert i₃ oder i₄ übersteigt. Natürlich ist die Wirkungsweise der Schaltung der Fig. 14 die gleiche wie die der Fig. 1.

Wenn in der Schaltung der Fig. 14 alle Dioden nichtleitend sind, besteht in dieser eine äquivalente Serienschaltung von Konstantstromquellen. Wenn in diesem Fall ein Konstant­ strom I _{R 1} einer Konstantstromquelle kleiner ist als ein Konstantstrom I _{R 2} einer anderen Konstantstromquelle, kann die einfache Frage auftreten, wohin der Differenzstrom fließt. Diese Frage wird nachfolgend ausführlich betrachtet.

Als einfaches Schaltungsbeispiel, bei dem zwei Konstant­ stromquellen in Reihe mit einer Spannungsquelle verbunden sind, wird eine Schaltung betrachtet, wie in Fig. 15 ge­ zeigt. In der Schaltung der Fig. 15 ist die Spannungsquel­ lenklemme V _CC über eine Reihenschaltung einer Diode 26 a und eines Widerstandes 26 b geerdet. Der Verbindungspunkt zwischen der Diode 26 a und dem Widerstand 26 b ist mit der Basis eines pnp-Transistors 26 verbunden, dessen Emitter mit der Spannungsquellenklemme V _CC verbunden ist, um eine erste Konstantstromquelle zu bilden. Ferner ist die Span­ nungsquellenklemme V _CC geerdet über eine Serienschaltung eines Widerstandes 27 a und einer Diode 27 b und der Verbin­ dungspunkt 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 _{R 1} der ersten Konstantstromquelle kleiner ist als der Strom I _{R 2} der zweiten Konstantstromquelle. Da in diesem Fall die Kollektor-Emitter-Spannung V _CE des Transistors 27 reduziert worden ist, wird der Transistor 27 in seinen Sättigungsbereich getrieben. Folglich wird I _{R 2} vermindert und bei I _{R 1}=I _{R 2} ausbalanciert. Anders ausgedrückt, wird der Stromwert der aus dem Transistor 27 bestehenden Konstantstromquelle einer Änderung unterworfen. Wenn andererseits der Strom I _{R 1} größer ist als der Strom I _{R 2}, erhöht sich das Kollektor­ potential des Transistors 27 zu der positiven Gleichspannung V _CC hin, so daß der Transistor 26 in seinen gesättigten Bereich getrieben wird. Schließlich wird der Strom I _{R 1} vermindert und bei I _{R 2}=I _{R 1} ausgeglichen. Anders ausge­ drückt, ist der Stromwert der aus dem Transistor 26 bestehen­ den Konstantstromquelle einer Änderung unterworfen , so daß er automatisch ausgeglichen wird. Das heißt, die in der Erfindung erwähnte Konstantstromquelle bedeutet eine Schal­ tung, die einen konstanten Strom durch Transistoren bildet, und nicht eine Schaltung, die unter jeglichen vorkommenden Bedingungen einen konstanten Strom liefert.

Claims (5)

1. Stromkomparatorschaltung mit einer Eingangssignal- Stromquelle (1),
mit einer Vielzahl von Dioden-Bezugsstromquellen- Paaren (2 a, 2 b; 3 a, 3 b; 4 a, 4 b; 5 a, 5 b), die jeweils eine Diode (2 b, 3 b, 4 b, 5 b) und eine Bezugsstromquelle (2 a, 3 a, 4 a, 5 a) umfassen und die mit der Eingangssignal- Stromquelle (1) verbunden sind, und mit einer Vielzahl von Komparator-Ausgangsschal­ tungen (2 c, 3 c, 4 c, 5 c), die jeweils einen Schalttransistor mit einer Steuerelektrode, einer gemeinsamen Elektrode und einer Ausgangselektrode umfassen, wobei der jeweilige Schalttransistor (2 c, 3 c, 4 c, 5 c) mit einer Elektrode an dem Verbindungspunkt zwischen der Diode (2 b, 3 b, 4 b, 5 b) und der Bezugsstromquelle (2 a, 3 a, 4 a, 5 a) des jeweiligen Dioden-Bezugsstromquellen-Paares angeschlossen ist und mit der gemeinsamen Elektrode (Emitter) an einer Vorspannungseinrichtung liegt, und wobei die Ausgangselektroden der Schalt­ transistoren (2 c, 3 c, 4 c, 5 c) mit einer Auswerteein­ richtung verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Dioden-Bezugsstromquellen-Paar (2 a, 2 b; 3 a, 3 b; 4 a, 4 b; 5 a, 5 b) lediglich eine Diode (2 b, 3 b, 4 b, 5 b) aufweist und daß die Stromquellen (2 a, 3 a, 4 a, 5 a) der Dioden-Bezugs­ stromquellen-Paare jeweils als Stromsenke betrieben sind.

2. Stromkomparatorschaltung nach Anspruch 1, bei der die Dioden-Bezugsstromquellen-Paare (2 a, 2 b; 3 a, 3 b; 4 a, 4 b; 5 a, 5 b) in Reihe mit der Eingangssignalstromquelle (1) verbunden sind, gekennzeichnet dadurch, daß der Emitter des Schalttransistors (2 c, 3 c, 4 c 5 c) geerdet ist und daß dessen Basis mit dem Verbindungspunkt zwischen der Diode (2 b bis 5 b) und der Bezugsstromquelle (2 a bis 5 a) des jeweiligen Paares verbunden ist, so daß von dem Kollektor dieses Schalttransistors (2 c bis 5 c) ein verglichenes Ausgangssignal zu erhalten ist (Fig. 1).

3. Stromkomparatorschaltung nach Anspruch 1, bei der die Dioden-Bezugsstromquellen-Paare (2 a 2 b; 3 a, 3 b; 4 a, 4 b; 5 a, 5 b) in Reihe mit der Eingangssignalstromquelle (1) verbunden sind, gekennzeichnet dadurch, daß die Basis des Schalttransistors (2 a-5 a) geerdet ist und daß dessen Emitter mit dem Verbindungspunkt zwischen der Diode (2 b-4 b) und der Bezugsstromquelle (2 a-4 a) des jeweiligen Paares vebunden ist, so daß von dem Kollektor dieses Schalttransistors (2 c-4 c) ein verglichenes Ausgangssignal zu erhalten ist (Fig. 10).

4. Stromkomparatorschaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Dioden-Bezugsstromquellen-Paare (2 a, 2 b bis 5 a, 5 b) parallel mit der Eingangsstromquelle (1) verbunden sind, und daß die Basis des Schalttransistors (2 c-5 c) geerdet ist und daß dessen Emitter mit dem Verbindungspunkt zwischen der Diode (2 b-5 b) und der Bezugsstromquelle (2 a-5 a) des Paares verbunden ist, so daß von dem Kollektor des Schalt­ transistors (2 c-5 c) ein verglichenes Ausgangssignal zu erhalten ist (Fig. 11).

5. Stromkomparatorschaltung nach Anspruch 1, bei der die Dioden-Bezugsstromquellen-Paare (2 a, 2 b; 3 a, 3 b; 4 a, 4 b; 5 a, 5 b) in Reihe mit der Eingangssignalstromquelle (1) verbunden sind, gekennzeichnet dadurch, daß die Diode (2 b-5 b) und die Bezugsstromquelle (2 a-5 a) jedes Paares parallel zu der Eingangssignalstromquelle (1) verbunden sind, und daß der Emitter des Schalttransistors (2 c-5 c) geerdet ist und daß dessen Basis mit dem Verbindungspunkt zwischen der Diode und der Bezugsstromquelle des Paares verbunden ist, so daß von dem Kollektor des Transistors (2 c-5 c) ein verglichenes Ausgangssignal zu erhalten ist (Fig. 14).