DE3015771A1

DE3015771A1 - Schmitt-trigger mit signalabhaengiger hysterese

Info

Publication number: DE3015771A1
Application number: DE19803015771
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl.-Ing. 7150 Backnang Ruthemann
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Bosch Telecom GmbH
Priority date: 1980-04-24
Filing date: 1980-04-24
Publication date: 1981-10-29
Also published as: DE3015771C2

Description

Schmitt-Trigger mit signalabhängiger Hysterese Die Erfindung betrifft eine Anordnung eines Schmitt-Triggers der aus einem Operationsverstärker aufgebaut ist, dessen invertierender Eingang den Signaleingang bildet, und bei dem eine Rückführung vom Ausgang.auf den nichtinvertierenden Eingang durch einen Spannungsteiler hergestellt ist, wobei zwischen dem Ausgang und dem nichtinvertierenden Eingang ein Widerstand des Spannungsteilers geschaltet ist.
Der Schmitt-Trigger ist eine bistabile Schaltung, die beim Überschreiten einer bestimmten Eingangsspannung umkippt und beim Unterschreiten einer bestimmten Eingangsspannung wieder zurückkippt.
Solche Schaltungen, die aus einem linearen Verstärker aufgebaut sind, bei dem durch die äußere Beschaltung eine positi ve Rückkopplung eingestellt wird, und zwar für einen großen Frequenzbereich, wobei der Fall X = Q eingeschlossen ist, sind z.B. aus dem Buch "Halbleiter-Schaltungstechnik" von U. Tietze/ Ch. Schenk, Springer Verlag 1969, S. 316 - 320 bekannt.
Aus dieser Literaturstelle ist es beispielsweise bekannt, parallel zum Rückkopplungswiderstand R1 einen Kondensator zu schalten. Dieser Kondensator hat die Aufgabe, die Flan kensteilheit zu vergrößern und damit die Schaltgeschwindigkeit zu vergrößern. Die Kapazität des Kondensators darf dabei nur relativ kleine Werte annehmen, um die gewünschte Funktion zu erreichen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung der eingangs genannten Art anzugeben, bei der die Schalthysterese von der Amplitude der Eingangsspannung abhängt, wobei sich bei kleinem bzw. verschwidendem Eingangssignal eine Hysterese H einstellen soll, welche sich bei Ansteuerung mit einem genügend großen Eingangssignal auf eine Hysterese H' verkleinert.
Die Aufgabe wird gelöst, wie im Anspruch 1 beschrieben. Der Unteranspruch gibt eine vorteilhafte Ausgestaltung an.
Im folgenden sei die Erfindung anhand eines Ausführungsbei spiels näher erläutert.
Die Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung, die FRgur 2 zeigt eine Schalthysterese.
Mit der in Figur 1 dargestellten Anordnung erhält man einen Schmitt-Trigger, bei welchem die Hysterese H gemäß Figur 2 abhängig wird von der am invertierenden Eingang anliegenden Signalspannung U1(t). Dazu ist die Schaltung so zu bemessen, daß bei Ansteuerung mit einer Spannung U1(t) = A1 sind t die Ungleichung 1 3 C erfüllt ist, das bedeutet, daß die Kapazität des Kondensators möglichst groß zu wählen ist. Für eine einwandfreie Arbeitsweise empfiehlt es sich außerdem, dafür zu sorgen, daß für die auf Masse bezogenen Ausgangsspannungen des Verstärkers die Bedingung ItJ3+1 = 1u3~1 möglichst gut eingehalten wird.
Durch die positive Rückkopplung des Schmitt-Triggers wird bewirkt, daß die Ausgangsspannung U3(t) nur die beiden Potentiale U3+ und U3 annehmen kann. Ein Umkippen der Schaltung von U3 auf U und umgekehrt ist nur möglich, wenn die Eingangsspannung U1(t) in der Lage ist, die zugehörige Schaltschwelle S zu überschreiten. Setzt man voraus, daß die Spannung U1(t) für eine Zeit to # R3. C hinreichend klein war, so ergibt sich die Schaltschwelle S dem Betrag nach zu Dabei wird die am Kondensator C anstehende Spannung zu Nimmt man an, daß die in Figur 1 gezeigte Anordnung nun längere Zeit mit einer Spannung Ul(t) = A1 sinw1 . t angesteuert wird, wobei gelten soll, daß die Amplitude A A1 >|S| ist, so folgt aus den zu Masse symmetrischen Spannungen iJ3+ und U3 ein ständiges Umkippen der Schaltung im Takt der Eingangsspannung. Hierdurch wird der Kondensator C fortwährend gleichmäßig umgeladen, so daß sich nach einer durch die Schaltung bedingten Zeitkonstante die Spannung Uc dem Wert Null nähert. Als Folge ändert sich nun das für die Rückkupplung wirksame Teilerverhältnis des Spannungsteilers, wodurch sich die Schaltschwelle S verkleinert. Es wird: Daher darf sich nun auch die Amplitude A1 der Fingangsspant nung bis zur neuen Schaltschwelle S' verringern, ohne daß sich das Ausgangssignal U3(t) ändert, so daß die Funktion der Schaltung durch eine verkleinerte Hysterese H' bestimmt wird. Das Verhältnis H' lautet dabei: H Als Anwendungsbeispiel sei ein Begrenzerverstärker besehriehen, dem ein erfindungsgemäßer Schmitt-Trigger nachgeschaltet Ist. Die Eingangsspannung sei eine näherurigsweisc sinusförmige Sigalspannung, die additiv durch Rauschen gestört ist.
Aufgabe des Schmitt-Triggers ist es, die Flankensteilheit der Ausgangsspannung a zu erhöhen, und außerdem durch die beschriebene Wirkungsweise einen Abschalteffekt bei fehlendem Nut zsignal zu bewirken. Dazu sei angenommen, daß die Verstänkung der ersten Teilschaltung so groß ist, daß das Nutzsignal an ihrem Ausgang zwar begrenzt wird, jedoch seine Flankensteilheit nicht allzu hoch ist. Es bietet sich somit die Signaiverbesserung durch den Schmitt-Trigger an. Aus verschiedenen Gründen kann man dabei aber die Hysterese (hier mit H' bezeichnet) nicht zu groß wählen. Bleibt nun das Nutzsignal aus, so besteht die Gefahr, daß das weiterhin vorhandene Rauschen in der Lage ist, die Schaltschwelle des Triggers zu überschreiten und Störungen der Ausgangsspannung zu verursachen. Diesem Umstand tritt jedoch hier der Trigger entgegen, indem bei fehlendem Nutzsignal die Hysterese H genügend weit erhöht wird. Dies ist insofern möglich, als nach dem Ausbleiben des Nutzsignals die Schwelle des Triggers zwar für eine Zeit von to R3.C noch in der Größenordnung von bleibt, der Kondensator C jedoch mit Sicherheit aufgeladen wird, da die Rauschspannung zufallsbedingt den Trigger unsymmetrisch aussteuert. Es ergibt sich also wieder eine vergrößerte Hysterese H.
In der Praxis ergibt sich als weiterer Vorteil, daß die Gesamtschaltung bei erfindungsgemäßer Ausführung des Schmitt-Triggers weniger zu ungewolltem Schwingen neigt.

Claims

Patentansprüche Anordnung eines Schmitt"Triggers, der aus einem Diffen renzverstärker oder einem Operationsverstärker aufgebaut ist, dessen invertierender Eingang den Signaleingang bildet, und bei dem eine Rückführung vom Ausgang auf den nichtinvertierenden Eingang durch einen Spannungsteiler hergestellt ist, wobei zwischen dem Ausgang und dem nichtinvertierenden Eingang ein Widerstand des Spannungsteilers geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem nichtinvertierenden Eingang und Masse die Reihenschaltung aus einem ersten Widerstand (R2) und der Parallelschaltung aus einem zweiten Widerstand (R3) und einem Kondensator (C) geschaltet ist (Figur 1).
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Widerstand (R2) so niederohmig ist, daß gilt: R2 « R1 R2 « R3