DE3143740C2 - Elektrischer Komparator - Google Patents

Abstract

Bei einem elektrischen Komparator ist der eine Eingang (1) des Komparators über einen ersten Widerstand (3) mit dem einen Eingang eines Differenzverstärkers (4) verbunden, und der andere Eingang (2) des Komparators ist über einen zweiten Widerstand (2) mit dem anderen Eingang des Differenzverstärkers (4) verbunden. Überschreitet die veränderliche Eingangsspannung (U ↓x) die einstellbare Schwellenspannung (U ↓w) des Komparators, so erzeugt ein Hilfsstrom (I ↓H), der über einen (3) der beiden Widerstände fließt, einen Spannungsabfall, der sich der veränderlichen Eingangsspannung (U ↓x) additiv überlagert. Aufgrund dieser Maßnahme ist die Ausschaltspannung des Komparators kleiner als seine Einschaltspannung, wobei die an dem Widerstand (3) abfallende Spannung gleich der Hysterese des Komparators ist. In dem Hilfsstromkreis liegen außer dem bereits erwähnten Widerstand (3) ein weiterer Widerstand (8), ein Konstantspannungsgeber (7) sowie ein von dem Ausgang des Differenzverstärkers (4) gesteuerter Schalter (6). Die Größe der Hysterese ist durch entsprechende Dimensionierung des Hilfsstromkreises auf einfache Weise einstellbar.

Description

eines Konstantspannungsgebers 7 sowie der Reihenschaltung des Widerstandes 3 und eines weiteren Widerstandes 8 ergibt Der Spannungsabfall Uh - In ■ Rs, den der Hilfsstrom Ih an dem Widerstand 3 erzeugt, addiert sich zu der veränderlichen Eingangsspannung U_x. Fällt die Spannung U_x jetzt, so springt die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 4 von der negativen Versorgungsspannung — U auf die positive Versorgungsspannung + i/erst dann, wenn die Differenz zwischen den bejden den Eingängen des Differenzverstärkers 4 zugeführten Spannungen zu Null geworden ist. Dies ist für U_x + Un - U_w der Fall, d. h. die Ausschaltspannung U_x,us - Uw-Un, während die Einschaltspannung U_x «„gleich U,. ist Die Spannung Un bestimmt also die Größe der Hysterese zwischen Einschaltspannung Uxcia und Ausschaltspannung U_XHUS des !Comparators. Bezeichnet man die Spannung des Konstantspannungsgebers mit Un, so ergibt sich für die Spannung Un die folgende Beziehung:

gleich der Spannung L/„ geworden ist. Von dem Bezugspotential fließt jetzt ein Strom über die lichtemittierende Diode 14a des Opto-Kopplers 14, die Zenerdiode 13 und den Widerstand 12 zum Ausgang des Differenzverstärker» 4. Dem Steuereingang des Feldeffekttransistors 11 ist jetzt eine negative Spannung zugeführt, die sich aus der Flußspannung der lichteinitiierenden Diode 14a und der Durchlaßspannung der Zenerdicde 13 ergibt. Diese Spannung liegt zwischen —2 V und —3 V. Der

ίο Feldeffekttransistor ist leitend, und über den Widerstand 3 fließt ein Hilfsstrom, für den die folgende Beziehung gilt:

^Z 1

Aufgrund dieser Beziehung kann der Fachmann bei der Einstellung der Hysterese den für den jeweiligen Anwendungszweck günstigsten Parameter verändern. Der Widerstand 5 dient zur Kompensation des Offsetstroms des Differenzverstärkers und wird gleich groß wie der Widerstand 3 gewählt. Die Rückführung des jeweiligen Schaltzustandes auf den Komparaioreingarg zur Erzeugung einer Schalthysterese (die bei bekannten Komparatoren üblicherweise durch Widerstände realisiert wird) macht den Schaltpunkt des erfindungsgemäßen !Comparators zusätzlich temperaturabhängig.

Die F i g. 2 zeigt einen Komparator nach der Erfindung, der aus elektronischen Bauelementen aufgebaut ist. Als Konstantspannungsgeber dient eine Zenerdiode 9, die über einen Widerstand 10 mit der positiven Versorgungsspannung + U verbunden ist. Der Stromkreis für die Versorgung der Zenerdiode 9 schließt sich über die in den Zeichnungen nicht dargestellte Schaltungsanordnung, die die veränderliche Eingangsspannung L/, liefert und deren Ausgang mit dem Eingang 1 des Komparators verbunden ist. Als gesteuerter Schalter dient ein Feldeffekttransistor 11. Der Ausgang des Differenzverstärkers 4 ist über einen Widerstand 12, eine Zenerdiode 13 und einen Opto-Koppler 14 mit dem Bezugspotential (0 Volt) verbunden. Eine Diode 15 dient zur Begrenzung der Sperrspannung der lichtcmitticrenden Diode 14a des Opto-Kopplers 14. Der Fototransistor 14b des Opto-Kopplers 14 bildet in diesem Fall den Ausgang des Komparators. Ist die Spannung U_s mindestens um die von dem Zusatzstrom /« an dem Widerstand 3 erzeugte Spannung Uh kleiner als die Spannung Uw, so ist die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 4 praktisch gleich der positiven Versorgungsspannung + U. Das heißt von dem Ausgang des Differenzverstärkers 4 fließt über den Widerstand 12, die Zenerdiode 13 und die Diode 15 ein Strom zum Bezugspotential. Dem Steuereingang des Feldeffekttransistors 11 ist eine positive Spannung zugeführt, die sich aus der Zenerspannung Un der Zenerdiode 13 und der Flußspannung der Diode 15 ergibt, und der Feldeffekttransistor 11 ist gesperrt, d.h. es fließt kein Hilfsstrom über den Widerstand 3. Steigt die Spannung U_x jetzt an, so springt die Ausgangsspannung des Differen/.verstärkers 4 von der positiven Versorgungsspannung + L/auf die negative Versorgungsspannung — U, wenn die Spannung U_x In dieser Beziehung ist die Spannung der Zenerdiode 9 mit U,-\ bezeichnet und der Widerstand des leitenden Feldeffekttransistors 11 mit Rflt-

Wähl! man die Widerstände 3 und β so aus, daß ihre Summe wesentlich größer als der Widerstand des leitenden Feldeffekttransistors 11 ist. so kann der Einfluß dieses Widerstandes auf die Höhe des Hilfsstromes vernachlässigt werden. Fällt die Spannung U_x jetzt, so springt die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 4 von der negativen Versorgungsspannung — U auf die positive Versorgungsspannung + U, wenn die Summe der Spannungen U_x und Uh gleich der Spannung U_w geworden ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Elektrischer Komparator, dessen einem Eingang eine veränderliche Eingangsspannung und dessen anderem Eingang eine einstellbare Schwellenspannung zugeführt ist. mit einem Differenzverstärker, dessen einer Eingang über einen ersten Widerstand mit dem einen Eingang des Komparators und dessen anderer Eingang über einen zweiten Widerstand mit dem anderen Eingang des Komparators verbunden ist, bei dem der von einem Hilfsstrom erzeugte Spannungsabfall an einem der beiden Widerstände zur Erzeugung einer einstellbaren Hysterese zwischen Einschaltspannung und Ausschaltspannung dient, dadurch gekennzeichnet,

— daß parallel zu einem der beiden Widerstände (3; 5) die Reihenschaltung eines Konstantspan· nungsgebers (7; 9), eines dritten Widerstandes (8) sowie eines gesteuerten Schalters (66; 11) geschaltet ist, und

— daß der Ausgang des Differenzverstärkers (4) mit dem Steuereingang des gesteuerten Schalters (Sb; 11) verbunden ist.

2. Elektrischer Komparator nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Konstantspannungsgeber eine Zenerdiode (9) ist, deren einer Anschluß mit dem zugehörigen Eingang (1) des Komparators und dessen anderer Anschluß über einen dritten Widerstand (10) an eine Versorgungsspannung ( + U) geschaltet ist.

3. Elektrischer Komparator nach Anspruch I oder Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet,

— daß der gesteuerte Schalter ein Feldeffekttransistor (II) ist und

— daß die beiden anderen mit dem Feldeffekttransistor (U) in Reihe geschalteten Widerstände (3; 8) zusammengenommen größer sind, als der Widerstand des Feldeffekttransistors (11) im leitenden Zustand.

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Komparator gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs t.

Ein derartiger Komparator ist aus der DE-AS 01 572 bekannt. Die F i g. 3 dieser Druckschrift zeigt einen elektrischen Komparator, dessen einem Eingang eine veränderliche Eingangsspannung und dessen anderem Eingang eine einstellbare Schwellcnspannung zugeführt ist. Dereine Eingang des elektrischen Komparators ist über einen ersten Widerstand mit dem einen Eingang eines Differenzverstärkers verbunden und der andere Eingang des elektrischen Komparators ist mit dem anderen Eingang des Differenzverstärkers verbunden. Der Komparator enthält weiterhin zwei Stromquellen, von denen die zweite einen Strom abgibt, der doppelt so groß ist wie derjenige, den die erste abgibt. Wie insbesondere die Figur 4 der DF-AS 26 01572 zeigt, schaltet der Komparator ein, wenn die veränderliche Eingangsspannung bei steigender Spannung einen vorgebbaren Wen über der einstellbaren Schwellcnspannung erreicht hut. Der Komparator schaltet aus, wenn die veränderliche F.ingangsspannung bei sinkender Spannung die einstellbare Schwellenspannung erreicht hat. Die Spannung zwischen Einschaltpunkt und Ausschaltpunkt ergibt sich aus dem Produkt des Ausgangsstroms der ersten Stromquelle und dem Widerstand zwischen demjenigen Eingang des Komparators, dem die veränderliche Eingangsspannung zugeführt ist, und dem entsprechenden Eingang des Differenzverstärkers. Diese Spannung läßt sich durch Dimensionierung der Stromquellen oder des Eingangswiderstandes R\ vanieren. Dabei bestimmen sie die Einschaltspannung des Komparators, jedoch nicht dessen Ausschaltspannung. Der Differenzverstärker erfordert einen speziellen Aufbau, es lassen sich nicht handelsübliche integrierte Differenzverstärker verwenden.

is Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Komparator der eingangs genannten Art zu schaffen, der die Verwendung handelsüblicher Differenzverstärker erlaubt und eine freie Verknüpfung von Schwellenspannung und Hysteresespannung zu Einschaltspannung und Ausschaltspannung erlaubt

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Komparators nach Anspruch 1 sind in den Patentansprüchen 2 und 3 gekennzeichnet

Die Erfindung wird im folgenden mit ihren weiteren Einzelheiten und Vorteilen anhand von zwei in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert

jo Es zeigt

Fig. 1 das Schaltbild eines ersten Komparators nach der Erfindung und

F i g. 2 das Schaltbild eines zweiten Komparators nach der Erfindung.

J5 Gleiche Teile sind in den Zeichnungen mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Die Fig.I zeigt einen ersten Komparator nach der Erfindung. Die beiden Eingänge des !Comparators sind mit den Bezugszeichen 1 und 2 versehen. Dem Eingang 1 ist eine veränderliche Eingangsspannung LZ₁ zugeführt und dem Eingang 2 eine einstellbare Schwellenspannung Uw Der Eingang 1 ist über einen Widerstand 3 mit dem invertierenden Eingang eines Differenzverstärkers 4 verbunden, und der Eingang 2 ist über einen weiteren Widerstand 5 mit dem nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers 4 verbunden. Der Ausgang des Differenzverstärkers 4 ist über ein Relais 6 an die positive Versorgungsspannung + U angeschlossen. Das Relais 6 weist zwei Kontakte 6a und 6b auf, von denen der Kontakt 6a den Ausgang des Komparators bildet. Im folgenden wird zunächst davon ausgegangen, daß die Spannung U_x kleiner als die Spannung U_w ist und daß der Kontakt 6b — wie in der F i g. I dargestellt — geöffnet ist. Da die Spannung am nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers 4 größer ist als diejenige um invertierenden Eingang, steht am Ausgang des Differenzverstärkers 4 praktisch die positive Versorgungsspannung + U an, und das Relais 6 ist abgefallen. Das heißt der Kontakt 6a befindet sich in der linken Stellung, und der Kontakt 6b ist geöffnet. Steigt die Spannung (Λ jetzt an, so springt die Ausgangsspannung des Differcn/.verstärkers 4 von der positiven Vcrsorgungsspannung + (/ auf die negative Versorgungsspannung — U, wenn die Spannung U_x gleich der Spannung U„ gcwor-

trt den ist. Das Relais 6 zieht jetzt an. Damit befindet sich der Kontakt 6a in der rechten Stellung, und der Kontakt f>b ist geschlossen. Über den Widerstand 3 fließt jetzt ein Hilfsstrom ///, dessen Höhe sich aus der Spannung