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Ein Schwellwertschalter der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art ist aus der US-PS 40 61 932 bekannt. Die Transistoren der ersten Differenzverstärkerstufe arbeiten jedoch im Sättigungsgebiet, so daß sie einen sehr niedrigen Eingangswiderstand haben. Die Stromaufnahme des Schalters ist abhängig vom Schaltzustand.
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Aus der DE-AS 27 48 967 ist ein Schwellwertschalter bekannt, der zur Steuerung einer I 2 L-Schaltung vorgesehen ist. Er ist so ausgelegt, daß er bei einer festen unteren Schwellwertspannung abschaltet und bei einer oberen Schwellwertspannung, die in einem konstanten Abstand zur Betriebsspannung liegt, durchschaltet. Diese Schaltung ist jedoch nur für Abstände der oberen von der unteren Schwellwertspannung (Hysterese) von einigen Volt sinnvoll. Die Schaltung hat ebenfalls je nach Schaltzustand einen unterschiedlichen Stromverbrauch.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden. Insbesondere soll ein Schwellwertschalter der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art angegeben werden, dessen Hysterese im mV-Bereich liegt, dessen Stromverbrauch unabhängig von seinem Schaltzustand konstant ist und der auch als Differenzkomparator mit Hysterese verwendet werden kann.
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Die Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 genannte Erfindung gelöst. Der Schalter gemäß der Erfindung ist vollständig symmetrisch aufgebaut und hat stets den gleichen Stromverbrauch, so daß er mit Vorteil auch in Geräten verwendet werden kann, die über mehr oder weniger lange Zuleitungen gespeist werden. Infolge des konstanten Stromverbrauchs des erfindungsgemäßen Schwellwertschalters erfordert er keinen Speicher- oder Glättungskondensator für die Betriebsspannung. Der Schalter kann außerdem als Differenzkomparator mit Hysterese betrieben werden. Die zu vergleichenden Signale sind dabei, wie bei einem üblichen Differenzverstärker, nicht an ein festes Bezugspotential gebunden sondern können in einem weiten Bereich innerhalb der Betriebsspannung "schwimmen". Die Hystere ist bis auf wenige mV herab auslegbar. Außerdem lassen sich am erfindungsgemäßen Schwellwertschalter komplementäre Signale abgreifen, so daß kein zusätzlicher Inverter erforderlich ist, der eine Unregelmäßigkeit der Stromaufnahme und eine, eventuell unerwünschte, Schaltverzögerung verursachen würde. Durch diese genannten Eigenschaften ist ein diesen erfindungsgemäßen Schwellwertschalter aufweisender Baustein universell einsetzbar.
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Bei Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 2 ist eine I 2 L-Schaltung anschließbar und bei Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 3 eine bipolare Schaltung.
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Die Erfindung wird nun anhand eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt hierzu
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Fig. 1 Schaltbild des Ausführungsbeispiels;
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Fig. 2 Schaltbild einer Ausgangsschaltung für eine I 2 L-Schaltung;
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Fig. 3 Schaltbild einer Ausgangsschaltung für eine bipolare Schaltung.
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In Fig. 1 ist das Schaltbild eines erfindungsgemäßen Schwellwertschalters dargestellt. Die Eingangsklemmen einer ersten Differenzverstärkerstufe mit den Transistoren 11 und 12 vom NPN-Leitfähigkeitstyp, deren gemeinsame Emitter-Zuleitung über eine Konstantstromschaltung 13 mit den negativen Klemme der Betriebsspannung verbunden ist, sind mit E 1 bzw. E 2 bezeichnet. Am Ausgang der ersten Differenzverstärkerstufe liegt zum einen eine aus den Transistoren 14, 15 und 16 bestehende Stromspiegelschaltung. Ferner ist ein als Diode geschalteter Transistor 17 zwischen Kollektor des Transistors 11 und Kollektor des Transistors 12 geschaltet.
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Ein wesentliches Kennzeichen des erfindungsgemäßen Schwellwertschalters ist es, daß am Ausgang der ersten Differenzverstärkerstufe eine zweite Differenzverstärkerstufe mit Transistoren 21 und 22 des komplementären, also hier des PNP-Leitfähigkeitstyps, angeschlossen ist, deren gemeinsame Emitterzuleitung über eine Konstantstromschaltung 23 mit der positiven Klemme der Betriebsspannung verbunden ist.
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Die Transistoren 21 und 22 der zweiten Differenzverstärkerstufe sind als Doppelkollektor-Transistoren ausgebildet.
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Der eine Kollektor C 1 des am Kollektor des Transistors 11 angeschlossenen Doppelkollektor-Transistors 21 ist mit der Basis des Transistors 11 und damit mit dem Eingang E 1 der ersten Differenzverstärkerstufe verbunden. Ebenso ist der eine Kollektor C 3 des am Kollektor des Transistors 12 angeschlossenen Doppelkollektor-Transistors 22 mit der Basis des Transistors 12 und damit mit dem Eingang E 2 der ersten Differenzverstärkerstufe verbunden.
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Der andere Kollektor C 2 des Doppelkollektor-Transistors 21 ist zur Aussteuerung einer Ausgangsschaltung 242 vorgesehen und der andere Kollektor C 4 des Doppelkollektor-Transistors 22 zur Aussteuerung einer Ausgangsschaltung 252.
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Der Eingang E 1 ist außerdem über einen Widerstand 241 und der Eingang E 2 über einen Widerstand 251 mit einem ein konstantes Potential führenden Schaltungspunkt 30 verbunden. Zwischen diesem Punkt und der negativen Klemme der Betriebsspannung sind im Ausführungsbeispiel zwei Dioden 32 in Durchlaßrichtung geschaltet, die von einer an der positiven Betriebsspannungsklemme angeschlossenen Konstantstromschaltung 31 mit konstantem Strom durchflossen werden, so daß mit zwei Dioden der Punkt 30 im Potential um etwa 1,2 V höher liegt als die negative Klemme der Betriebsspannung.
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Ist der Transistor 11 der ersten Differenzverstärkerstufe durch eine Spannung am Eingang E 1 leitend gesteuert und der andere Transistor 12 durch eine niedrigere Spannung als die die am Eingang E 1 anliegt, gesperrt, so steuert die Kollektorspannung des Transistors 11 den Transistor 16 und somit die Transistoren 14 und 15 der Stromspiegelschaltung soweit aus, daß der gesamte Kollektorstrom des Transistors 11 über den Transistor 14 fließt und Transistor 15 niederohmig ist. Die Kollektorspannung des Transistors 12ist folglich höher als die des Transistors 11. Dadurch ist der als Diode geschaltete Transistor 17 gesperrt, der Transistor 21 leitend geschaltet und der Transistor 22 wiederum gesperrt. Die Kollektoren des Transistors 21 führen somit Strom. Dabei bewirkt der Kollektorstrom des einen Kollektors C 1 eine Unterstützung des bereits leitend geschalteten Transistors 11, in dem der Kollektorstrom am Widerstand 241 die Steuerspannung für den Transistor 11 erhöht. Der Kollektorstrom des anderen Kollektors C 2 des Transistors 21 steuert die Ausgangsschaltung 242.
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Wird der Transistor 11 der ersten Differenzverstärkerstufe durch eine niedrige Spannung am Eingang E 1 jedoch gesperrt und der Transistor 12 durch eine höhere Spannung am Eingang E 2 leitend gesteuert, so wird der als Diode geschalteter Transistor 17 leitend und der Kollektorstrom des Transistors 12 teilt sich auf die beiden Transistoren 14 und 15 auf. Die um die Diodenspannung des Transistors 17 höhere Kollektorspannung des Transistors 11 gegenüber der Kollektorspannung des Transistors 12 sperrt nun den Transistor 21 und steuert den Transistor 22 leitend. Dessen einer Kollektor C 3 unterstützt die Aussteuerung des Transistors 12 und sein anderer Kollektor C 4 steuert die Ausgangsschaltung 252.
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Durch die Anschlüsse der Kollektoren C 1 und C 3 an die Eingänge E 1 und E 2 liegt also in beiden Schaltzuständen des Schwellwertschalters eine positive Rückkopplung vor, welche eine Hysterese bewirkt, die abhängig ist von der Größe der Kollektorströme durch die Kollektoren C 1 bzw. C 3. Diese Ströme lassen sich in intergrierter Technik durch die Aufteilung der Kollektorflächen der Kollektoren C 1 und C 2 bzw. C 3 und C 4 in gewünschter Weise einstellen.
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Für die Hysterese gilt folgende Betrachtung: Leitet z. B. der Transistor 22 des zweiten Differenzverstärkerstufe, so fließt über den Kollektor C 3 ein Kollektorstrom I C 3 durch den Widerstand 251, so daß die Basisspannung des Transistors 12 gegenüber dem Schaltungspunkt 30 um den Spannungsbetrag I C 3 · R 251 angehoben ist. Erst wenn die Basisspannung des Transistors 11 am Eingang E 1 höher wird als dieser Spannungsbetrag kippt die Schwellwertschaltung in ihren anderen stabilden Zustand, so daß dann der Transistor 21 der zweiten Differenzverstärkerstufe leitend wird.
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Ist der Transistor 21 leitend gesteuert, so liegt bei offener Klemme E 2 die Basis des Transistors 12 über dem Widerstand 251 auf dem Potential des Schaltungspunktes 30 und erst wenn das Potential am Eingang E 12 und damit an der Klemme E 1 niedriger als das des Punktes 30 wird, kippt die Stufe wieder zurück.
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Ist der Transistor 21 leitend und die Steuerspannung ist am Eingang E 11 über einen Widerstand R 17, der beispielsweise der Innenwiderstand der den Schwellwertschalter ansteuernden Steuerquelle sein kann, angeschlossen, so teilt sich der Kollektorstrom I C 1 des Transistors 21 auf in die Widerstände R&sub2;&sub4;&sub1; und R&sub1;&sub7; und der Rückkippunkt liegt um den Spannungsbetrag I C 1 · R 17 unter dem Potential des Schaltungspunktes 30 (beim Rückkippunkt ist die Basisspannung des Transistors 11 etwa gleich der Spannung des Punktes 30, so daß der Strom durch den Widerstand 241 vernachlässigbar ist.).
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In gleicher Weise kann der Schwellwertschalter über den Eingang E 2 oder von beiden Eingängen E 1 und E 2 her angesteuert werden und zwar sowohl mit als auch ohne Innenwiderstand der ansteuernden Steuerquelle, wobei der Innenwiderstand der Steuerquelle die Größe der Hysterese mitbestimmt.
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Als Ausgangsschaltungen 242 und 252 des Schwellwertschalters kann in einfacher Weise, wie Fig. 2 zeigt, ein I 2 L- Gatter angeschlossen werden. Gemäß Fig. 2 besteht es beispielsweise aus einem Doppelkollektor-Transistor 243, dessen einer Kollektor mit seiner Basis verbunden ist. Zwischen Basis und Emitter des Transistors 243 ist zur sicheren Sperrung des Transistors für den Fall, daß vom Schwellwertschalter über die Anschlüsse a-b kein Strom I C 2 eingespeist wird, ein Widerstand 244 geschaltet. Der Ausgang A 1 der Ausgangsschaltung ist somit hochohmig, wenn zwischen den Anschlüssen a und b kein Strom fließt, andernfalls ist er niederohmig und liegt etwa auf dem Potential des Anschlusses b und damit gemäß Fig. 3 auf dem Potential der negativen Betriebsspannung.
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Soll an den Schwellwertschalter eine bipolare Schaltung angeschlossen werden, so ist eine Ausgangsschaltung gemäß Fig. 3 vorteilhaft. Sie besteht im wesentlichen aus einem bipolaren Transistor 245 mit einem zwischen Basis und Emitter geschaltetem Widerstand 246, dessen Basis über den Anschluß a an einem der beiden anderen Kollektoren C 2 bzw. C 4 des Schwellwertschalters (Fig. 1) angeschlossen ist. Der Transistor 245 ist nur dann leitend, wenn über den Anschluß a ein Strom fließt.
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Welche der in Fig. 2 und 3 gezeigten Ausgangsschaltungen verwendet wird, hängt vom jeweiligen Verwendungszweck des erfindungsgemäßen Schwellwertschalters ab.
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Alle Stufen des erfindungsgemäßen Schwellwertschalters werden von Konstantstromschaltungen 13, 23 und 31 gespeist. Folglich ist in gewünschter Weise die Stromaufnahme völlig unabhängig vom jeweiligen Schaltzustand des Schwellwertschalters. Konstantstromschaltungen sind Schaltungen, die bei kleinem Spannungsabfall einen extrem hohen Innenwiderstand aufweisen, sie können z. B. durch die Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors realisiert werden.