DE3146958C1 - Verfahren zur Erzeugung einer Referenzspannung bei einem Komparator - Google Patents

Description

• Durch geeignete Bemessung der Verteilung des von der Konstantstromquelle gelieferten eingeprägten Stromes auf die beiden Widerstände, kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung erreicht werden, daß bei jedem der beiden Komparatorausgangspotentiale je- weils einer der beiden Widerstände (R 1, R2) abwechselnd stromlos geschaltet ist.
• Dies kann z. B. vorteilhaft durch Einfügen einer Diode zwischen den Ausgang des Komparators und den Referenzeingang des Komparators bewirkt werden, wobei diese Diode sperrt, wenn das Potential am Ausgang des Komparators den einem Signalpegel am Signaleingang entsprechenden Wert annimmt Auf diese Weise wird in dem einen Zustand des Komparators der gesamte Strom der Konstantstromquelle zur Speisung des mit dem Signaleingang des Komparators verbundenen Widerstands verwendet, und der von diesem Strom verursachte Spannungsabfall an dem genannten Widerstand bestimmt nun das Referenzpotential und damit die negative Schwelle des Komparators. In entsprechender Weise wird beim anderen Zustand des Komparators die positive Schwelle gebildet Durch geeignete Bemessung der beiden zwischen dem Referenzeingang und dem Signaleingang des Komparators liegenden Widerstände ist es dabei leicht möglich, die beiden Referenzpotentiale so festzulegen, daß gegenüber dem Signalnullpegel und dem Signalpegel jeweils optimale Schwellwerte vorhanden sind, wobei eine symmetrische oder unsymmetrische Hysterese gebildet werden kann.
• Anhand eines in einer Figur dargestellten Prinzipschaltbildes wird die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens nachstehend noch näher erläutert Die von einem Schaltungseingang E zum Signaleingang 2 des Komparators Op führende Signalleitung 1 überträgt Signale, die durch Potentialänderungen gebildet werden. Diese Potentialänderungen haben z. B.
• ein Ausmaß von ca. 25 mV.
• Der Signalnullpegel auf der Signalleitung 1 kann dabei z. B. den Wert 0 V gegenüber dem Schaltungsbezugspunkt (Masse) haben.
• Die Signalleitung 1 transportiert die Signale von einem in der Figur nicht dargestellten Signalverstärker, der mit seinem Ausgang an den Eingang E angeschlossen zu denken ist, zu dem invertierenden Eingang 2 des Komparators Op.
• Ein strichliert angedeuteter Widerstand 3, der die Signalleitung 1 mit dem Schaltungsbezugspunkt verbindet, soll den relativ niederohmigen Ausgangswiderstand des Signalverstärkers symbolisieren.
• Ein nichtinvertierender Eingang 4 (Referenzeingang) des Komparators Op ist über die Serienschaltung zweier Widerstände R 1, R 2 mit dem Signaleingang 2 des Komparators verbunden.
• Außerdem ist der Eingang 4 auch noch an den Ausgang A des Komparators Op über einen Widerstand R 4 angeschlossen. In Serie zu diesem Widerstand R 4 kann auch eine Diode 5 angeordnet sein, wobei diese Diode mit ihrer Anode dem Ausgang A zugewandt ist Der Komparator op, geeignet ist hierzu z. B. der High Speed Differential Comparator LM361 der Firma National Semiconductor, ist so ausgelegt, daß an seinem Ausgang A ca. 0 V vorhanden sind, wenn das Potential am Eingang 2 über dem Potential am Eingang 4 liegt, und ein Potential von +5V, wenn das Potential am Eingang 2 das Potential am Eingang 4 unterschreitet Ein mit dem Ausgang A verbundener, strichliert angedeuteter Widerstand 6 symbolisiert den relativ niederohmigen Ausgangswiderstand des Komparators Op.
• An den Verbindungspunkt 7 der beiden Widerstände R 1, R 2 ist eine Konstantstromquelle I angeschlossen.
• Zum Beispiel kann diese durch einen Widerstand von 5 kOhm, der an den Verbindungspunkt der Widerstände R 1 und R 2 angeschlossen ist, und eine Spannung von -5V, die an dem von den Widerständen R 1, R2 abgewandten Ende 8 des genannten Widerstandes wirksam ist, gebildet sein.
• Die Widerstände R 1, R2 haben z.B. beide einen Wert von 25 Ohm. Der Widerstand R 1 kann aber auch kleiner oder größer sein, als der Widerstand R 2.
• Die Spannung am Punkt 8 muß einen Wert haben, der bei Ruhespannung (Signalnullpegel) auf der Leitung 1 die sichere Funktion der Konstantstromquelle I garantiert, z. B. V.
• Der Wert des inneren Widerstandes der Stromquelle Iund der Wert des Widerstandes R 4 muß gegenüber dem Wert der Widerstände R 1 und R 2 sehr viel größer sein. Der innere Widerstand der Stromquelle Ikann z. B.
• den Wert 5 kOhm und R 4 denselben Wert haben.
• Die Konstantstromquelle 1 speist in den Schaltungspunkt 7 einen Strom von ca 1 mA ein Im Ruhezustand der Anordnung, in welchem das Ausgangspotential des Komparators Op etwa den Wert 0 V hat, fließt dieser Strom durch den Widerstand R 1.
• Dieser Strom nimmt dann seinen Weg über den Widerstand 3. Dieser Strom bewirkt am Widerstand R 1 einen Spannungsabfall von ca 25 mV. Auf diese Weise liegt am Referenzeingang ein Potential, das um ca.
• 25 mV niedriger ist, als das Potential am Signaleingang 2 Ein Potentialsprung auf der Leitung 1 muß daher eine Amplitude haben, die -25 mV überschreitet, um als Signal das Ausgangspotential des Komparators Op zu ändern.
• Tritt ein-solches Signal auf der Leitung 1 auf, so nimmt das Ausgangspotential des Komparators den Wert von ca. +5 V an. Der Strom der Konstantstromquelle Iwird jetzt von dem Widerstand R 1 auf den Widerstand R2 umgeleitet Es fließt also nun der gesamte Strom der Konstantstromquelle von ca 1 mA über den Widerstand R 2. An diesem fallen daher ca 25 mV ab. Dadurch ist aber am Referenzeingang 4 nun ein um 25 mV gegenüber dem Signaleingang 2 positiveres Potential vorhanden. Mithin kann das Ausgangspotential des Komparators Op erst wieder zum Wert 0 V zurückkehren, wenn auf der Leitung 1 ein Potentialhub auftritt, der den Wert +25 mV überschreitet Dies zeigt, daß der Komparator sehr empfindlich gemacht, also auf sehr kleine Potentialänderungen auf der Leitung 1 reagieren kann, ohne daß dadurch die Betriebssicherheit der Komparatorschaltung beeinträchtigt wird.
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Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zur Erzeugung einer am nichtinvertierenden Eingang (Referenzeingang) eines Komparators wirksamen Referenzspannung, wobei die Referenzspannung in Abhängigkeit von den beiden möglichen Komparatorausgangspotentialen zwischen zwei verschiedenen Werten, die einerseits dem Signalnullpegel, andererseits dem Signalpegel zugeordnet sind, umschaltbar ist, d a d u r c h g e -kennzeichnet, daß zur Umschaltung der Referenzspannung zwischen den beiden Werten ein von einer Konstantstromquelle (I) gelieferter und zwei in Serie zwischen die beiden Komparatoreingänge (2, 4) geschalteten Widerständen (R 1, R2) über deren Verbindungspunkt (7) zugeführter Strom durch eine vom Komparatorausgangspotential bewirkte Steuerung in seiner Verteilung auf die beiden Widerstände (R 1, R2) derart geändert wird, daß zumindest ein Teil des bei dem einen Komparatorausgangspotential über den mit dem Referenzeingang (4) des Komparators (Op) verbundenen Widerstand (R 2) fließenden Stromes bei dem anderen Komparatorausgangspotential auf den mit dem Signaleingang (2) verbundenen Widerstand (R 1) umgeleitet wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei jedem der beiden Komparatorausgangspotentiale jeweils einer der beiden Widerstände (R 1, R2) abwechselnd stromlos geschaltet ist.

   Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung einer am nichtinvertierenden Eingang (Referenzeingang) eines Komparators wirksamen Referenzspannung, wobei die Referenzspannung in Abhängigkeit von den beiden möglichen Komparatorausgangspotentialen zwischen zwei verschiedenen Werten, die einerseits dem Signalnullpegel, andererseits dem Signalpegel zugeordnet sind, umschaltbar ist.

   Eine solche Referenzspannungserzeugung ist aus der US-PS 40 75507 bekannt. Dort wird im Ruhezustand, also bei nicht unterbrochener Lichtschranke, am Referenzeingang des Komparators eine gegenüber dem Signaleingang negative Spannung dadurch erzeugt, daß der Referenzeingang am Abgriff eines Spannungsteilers liegt, der zwischen dem Signaleingang und dem Schaltungsbezugspunkt vorgesehen ist Wird die Lichtschranke unterbrochen, dann fällt das Potential am Signaleingang des Komparators auf einen gegenüber dem vorgehenden Wert niedrigeren Wert ab und unterschreitet dabei das durch die Ladung eines mit dem Referenzeingang verbundenen Kondensators fixierte Potential des Referenzeingangs. Das Ausgangspotential des Komparators nimmt demzufolge den oberen Wert an. Von diesem Potentialhub des Ausgangspotentials des Komparators gesteuert wird ein Kontakt geöffnet, der den Fußpunkt des Spannungsteilers mit dem Schaltungsbezugspunkt verbindet. Dadurch kann eine Hilfsspannungsquelle über einen weiteren Widerstand den Kondensator umladen, so daß der Referenzeingang nun auf ein gegenüber dem Potential des Signaleingangs höheres Potential gebracht wird. Damit wird sichergestellt, daß auch zur Rückstellung des Komparatorausgangspotentials wieder eine definierte Schwelle durch einen Potentialhub am Signaleingang des Komparators überwunden werden muß.

   Durch die Verwendung eines Kondensators zum Festhalten der Referenzspannung ist diese Art der Erzeugung einer Referenzspannung jedoch auf relativ niederfrequente Folgen von Potentialhüben am Signaleingang des Komparators beschränkt, da nach dem Unterschreiten des Referenzpotentials durch eine Potentialänderung am Signaleingang des Komparators erst der Kondensator auf den neuen Wert umgeladen werden muß, bevor das neue Referenzpotential am Referenzeingang zur Verfügung steht.

   Zwar ist aus der DE-OS 2944 657 eine Komparatorschaltung bekannt, bei der durch unterschiedliche Beaufschlagung von Transistoren des Komparators mit einem Zusatzstrom in Abhängigkeit vom jeweiligen Komparatorausgangspotential eine Schalthysterese erzeugt wird, also sowohl beim Signalnullpegel als auch beim Signalpegel vorhandene wohldefinierte voneinander verschiedene Schaltschwellen und die auch zur Verarbeitung von höherfrequenten Signalen geeignet ist.

   Diese Komparatorschaltung setzt aber einen speziellen inneren Aufbau voraus.

   Die Verwendung handelsüblicher Operationsverstärker für einen solchen Komparator ist daher nicht ohne weiteres möglich.

   Aufgabe vorliegender Erfindung ist es demgegenüber, ein Verfahren der eingangs genannten Art so auszubilden, daß der Komparator unter Verwendung handelsüblicher Operationsverstärker auch für höherfrequente Folgen von Potentialhüben, die am Signaleingang wirksame Signale repräsentieren, verwendbar ist.

   Erfindungsgemäß ergibt sich die Lösung dieser Aufgabe durch die Anwendung der kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruches.

   Die Speisung der beiden Widerstände zwischen dem Signaleingang und dem Referenzeingang des Komparators durch eine Konstantstromquelle hat zur Folge, daß zunächst eine durch ein Signal bewirkte Potentialänderung am Signaleingang des Komparators keine nennenswerte Änderung des Potentials am Referenzeingang bewirkt und daher kein Kondensator zum Festhalten des Referenzpoténtials erforderlich ist.

   Jedoch wird durch eine durch ein solches Signal, das das Referenzpotential unterschreitet, bewirkte Änderung des Potentials am Komparatorausgang, die Stromverteilung in den beiden Widerständen geändert, und durch die neue Stromverteilung am Referenzeingang des Komparators ein Potential erzeugt, das eine gegenüber dem Signalpotential nun positive Schwelle schafft.

   Hierzu kann z. B. der Referenzeingang über einen relativ hochohmigen Widerstand mit dem Ausgang des Komparators verbunden sein. Das heißt, die beim Vorliegen des Signalnullpegels am Signaleingang vorhandene negative Schwelle wird bei Vorliegen des Signalpegels am Signaleingang des Komparators in eine positive Schwelle geändert.

   Dagegen ist eine solche Referenzspannungserzeugung unempfindlich gegenüber einer Drift des Signalnullpegels, die z. B. durch Temperatureinflüsse, durch Schwankungen der Versorgungsspannung und durch die Streuung der Parameter der verwendeten Halbleiterschaltungen verursacht sein kann.