DE3430692A1

DE3430692A1 - Schaltungsanordnung zur bipolaren begrenzung des spannungssignals einer spannungsquelle

Info

Publication number: DE3430692A1
Application number: DE19843430692
Authority: DE
Inventors: Bernhard Dipl.-Ing. 7123 Sachsenheim Mattes; Klaus 7306 Denkendorf Oswald; Hartmut Dipl.-Ing. 7000 Stuttgart Schumacher; Wadym Dr.-Ing. 7250 Leonberg Suchowerskyj
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1984-08-21
Filing date: 1984-08-21
Publication date: 1986-03-06

Description

10.8.1 98Ij- Ve/Hm

ROBERT BOSCH GMBH, 7000 STUTTGART 1

Schaltungsanordnung zur "bipolaren Begrenzung des Spannungssignals einer Spannungsquelle

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordnung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Eine bipolare Begrenzung ist sehr häufig für Gebersignale erforderlich, die nur in einem bestimmten Bereich erfaßt werden sollen. So sind z.B. aus ATZ 8k (1982), Band 2, Seiten 77 bis 83 sowie aus der DE-PS 26 12 215 Auswerteschaltungen für Rückhaltesysteme in Kraftfahrzeugen, wie z.B. Airbag- oder Gurt straffersysteme, bekannt, bei denen das Signal eines Verzögerungssensors bipolar begrenzt wird, um unerwünschte Beschleunigungssignale durch Fahrzeugerschütterungen infolge von Schlaglöchern, Steinschlag usw. auszufiltern. Dabei werden zur Begrenzung aktive Bauelemente verwendet, oder es werden die Anschläge dieser Elemente beim Verlassen ■ des linearen Bereichs ausgenutzt (z.B. Begrenzung des Verstärkungsfaktors eines Verstärkers). Weben dem größeren

ι sj sj , 3-^30692

- r-

technischen Aufwand für die Begrenzung über aktive Bauelemente sind durch die aktive Begrenzung folgende Nachteile gegeben: Die Begrenzungsschwellen sind schwierig einzustellen, variieren von Bauelement zu Bauelement und können stark temperaturabhängig sein. Es-ergeben sich zudem unerwünschte Verzögerungszeiten aufgrund des Betriebs im Sättigungsbereich. Der nutzbare lineare Bereich ist nur dann ausreichend groß, wenn ein Betrieb der Signalquelle bis zum Massepotential hin möglich ist, was meist nur durch eine aufwendige externe Beschaltung möglich ist. Eine Beschaltung der notwendigen Operationsverstärker durch Z-Dioden und/oder Transistorbeschaltung ist nicht mehr möglich, wenn die Verstärker, z.B. zur Anpassung an sehr hochomige Signalquellen, durch Fehlströme nicht belastet werden dürfen. Zur Begrenzung werden in diesen Fällen dann mindestens zwei weitere Operationsverstärker benötigt, sowie deren Beschaltungselemente.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit dem kennzeichnenden Merkmal des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß sie kostengünstig mit wenigen Bauelementen realisiert werden kann. Bei "großem nutzbarem Linearbereich kann bei geringer Verlustleistung unter geringstmöglicher Anhebung des Innenwiderstands der Signalquelle gearbeitet werden. Der Linearitätsfehler im nicht begrenzenden Betrieb wird durch die beiden - sich weitgehend in ihren Restströmen kompensierenden Begrenzungsdioden kompensiert.

*1 A

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Schaltungsanordnung möglich.

So kann durch die Verwendung eines Spannungsteilers eine einzige Spannungsquelle zur Festlegung sowohl des oberen, wie auch des unteren Begrenzungspotentials verwendet werden.

Die eine oder beide Begrenzungsschwellen können auf einfache Weise temperaturkompensiert werden, indem der Spannungsteiler eine bzw. zwei Dioden aufweist, die mit einem bzw. beiden durch den Spannungsteiler vorgegebenen Spannungspotentialen verbunden sind. Die Temperaturkompensation kommt durch ähnliches Temperaturverhalten dieser Dioden und der an einem gemeinsamen Schaltungspunkt angeschlossenen Begrenzungsdioden zustande.

Zeichnung

Sechs Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel mit einer positiven Versorgungsspannung und einer Temperaturkompensation der unteren Begrenzungsschwelle, Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel mit negativer Versorgungsspannung und einer Temperaturkompensation der oberen Begrenzungsschwelle, Figur 3 ein drittes Ausführungsbeispiel mit positiver Versorgungsspannung und einer Temperaturkompensation der oberen Begrenzungsschwelle, Figur k ein viertes Ausführungsbeispiel mit negativer Versorgungsspannung und einer Temperaturkompensation der unteren Begrenzungsschwelle, Figur 5 ein fünftes Ausführungsbeispiel mit positiver Versorgungsspannung und einer Temperaturkompensation

"1 a"^:>i I-·» iari. <»

■ ■ -Ί^Ό/Ζ

Λ-

beider Begrenzungsschwellen und Figur 6 ein sechstes Ausführungsbeispiel mit negativer Versorgungsspannung und einer Temperaturkompensation beider Begrenzungsschwellen .

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein aus zwei Widerständen R1 und R2 bestehender Spannungsteiler mit einer Diode D3 in Reihe und zwischen eine eine positive Versorgungsspannung Us führende Klemme und Masse geschaltet. Eine eine Eingangsspannung Ui führende Eingangsklemme ist über die Reihenschaltung eines Widerstands R3 mit einer ersten Begrenzungsdiode D1 an den Verknüpfungspunkt zwischen den beiden Widerständen R1 und R2 angeschlossen. Der Verknüpfungspunkt zwischen dem Widerstand R2 und der Diode D3 ist über eine zweite Begrenzungsdiode D2 sowohl mit dem Verknüpfungspunkt zwischen dem Widerstand R3 und der Begrenzungsdiode D1, wie auch mit einer die Ausgangs spannung Uo führenden Ausgangsklemme verbunden. Die Dioden sind dabei so gepolt, daß die Anoden der beiden Dioden D2 und D3 miteinander verbunden sind und daß die Kathode der Begrenzungsdiode D2 an die Anode der Begrenzungsdiode D1 angeschlossen ist.

Die Wirkungsweise des in Figur 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiels besteht darin, daß die obere und die untere Begrenzungsschwelle im wesentlichen durch die Potentiale an der Kathode der Begrenzungsdiode D1 und an der Anode der Begrenzungsdiode D2 vorgegeben sind. Überschreitet die Eingangsspannung Ui das durch den Spannungsteiler R1, R2 und die Durchlaßspannung der Diode D3 vorgegebene Potential an der Kathode der Be-

- ' ^430692

grenzungsdiode D1 um die Durchlaßspannung der Diode D1, so leitet diese infolge des niedrigen Spannungsteilerinnenwiderstandes im Vergleich zum hohen Signalquelleninnenwiderstand und verhindert einen weiteren Spannungsanstieg von Uo an der Ausgangsklemme. Ist der Signalquelleninnenwiderstand der mit der Eingangsklemme verbunden Signalquelle zu niedrig, so kann dieser Widerstand durch den Widerstand R3 nach Erfordernis angehoben werden.

Unterschreitet die Eingangsspannung Ui die untere Begrenzungsschwelle, so wird die Begrenzungsdiode D2 stromleitend und verhindert ein weiteres Absinken der Ausgangsspannung Uo entsprechend den obigen Ausführungen, Da der für die untere Begrenzungsschwelle maßgebliche Spannungsteilerinnenwiderstand aufgrund des niedrigen differentiellen Widerstands der Diode D3 gegenüber dem Signalquellenwiderstand (einschließlich R3) besonders niedrig ist, hängt die untere Begrenzungsschwelle nur sehr geringfügig von der Amplitude des Eingangssignals Ui ab. Der positive Wert der unteren Begrenzungsschwelle ist um die Durchlaßspannung der Begrenzungsdiode D2 niedriger als das Potential an der Anode von D2, welches sich über die Strombelastung der Diode D3 mit Hilfe von R1, R2 und U einstellen läßt. Da

die Dioden D2 und D3 ein ähnliches Temperaturverhalten aufweisen, ist diese untere Begrenzungsschwelle gleichzeitig temperaturkompensiert.

Das in Figur 2 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel entspricht im Schaltungsaufbau dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei lediglich die Dioden D1, D2 und D3 jeweils umgekehrt gepolt sind. Anstelle der positiven Versorgungsspannung tritt nunmehr eine negative Versorungsspannung -Us. Die Wirkungsweise entspricht ebenfalls weitgehend dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei

: - 1 O h'7 9

_^_ ^{J w} ^v ' Ϊ430692 . 8·

nunmehr die obere negative Begrenzungsschwelle über die Begrenzungsdiode D2 entsprechend der in diesem ersten Ausführungsbeispiel genannten unteren Begrenzungsschwelle festgelegt ist. Bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel ist somit die obere Begrenzungsschwelle temperaturkompensiert und unabhängig von der Amplitude des Eingangssignals Ui.

Die untere negative Begrenzungsschwelle wird signalbegrenzend für Ui wirksam, sobald Ui das durch R1, R2 und die Diode D3 an der Anode von D1 definierte Potential um die Durchlaßspannung der Begrenzungsdiode D1 unterschreitet. Die Funktionsweise entspricht der der oberen positiven Begrenzungsschwelle.

Das in Figur 3 dargestellte dritte Ausführungsbeispiel entspricht schaltungsmäßig wieder weitgehend dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei lediglich die Diode D3 und der Widerstand R1 vertauscht sind. Es liegt wiederum eine positive Versorgungsspannung Us vor. Nunmehr ist die obere positive Begrenzungsschwelle durch das - Potential bestimmt, welches sich an der Kathode der Begrenzungsdiode D1 aufgrund der durch R1, R2 und U vorgegebenen Strombelastung der Diode D3 (zu wählen je nach Lage der gewünschten Begrenzungsschwelle) ergibt, vergrößert um die Durchlaßspannung der Diode D1. In diesem Ausführungsbeispiel ist nun die obere Begrenzungsschwelle aufgrund des kleinen differentiellen Widerstandes der Diode D3 nur sehr geringfügig von der Amplitude des Eingangssignals Ui abhängig und temperaturkompensiert durch ähnliches Temperaturverhalten der Dioden D1 und D3. Die untere positive Begrenzungsschwelle ist durch das wählbare Potential an der Anode der Begrenzungsdiode D2, verringert um die Durchlaßspannung dieser Diode, bestimmt.

νί &\ ΐ™* *"*? 1·*

Hi Ö /^«0692 .3·

Das in Figur h dargestellte vierte Ausführungsbeispiel entspricht schaltungsmäßig dem dritten Ausführungsbeispiel, wobei die Dioden D1, D2 und D3 jeweils umgekehrt gepolt sind. Es liegt eine negative Versorgungsspannung -Us vor, wodurch durch die Dioden D1 und D3 in Verbindung mit der über E1, R2 und -U gewählten Strombelastung der Diode D3 eine untere, temperaturkompensierte Begrenzungsschwelle und durch das Potential an der Kathode der Begrenzungsdiode D2 sowie deren Durchlaßspannung die obere negative Begrenzungsschwelle vorgegeben ist.

Das in Figur 5 dargestellte fünfte Ausführungsbeispiel entspricht schaltungsmäßig im wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei zwischen die Widerstände R1 und R2 eine vierte Diode DU so geschaltet ist, daß die Kathoden der Dioden D1 und DU miteinander verbunden sind. Der Verknüpfungspunkt zwischen dem Widerstand R1 und der Diode Bk ist über einen weiteren Widerstand B.k an Masse angeschlossen. Es liegt eine positive Versorgungsspannung Us vor.

Bei diesem fünften Ausführungsbeispiel sind beide Begrenzungsschwellen temperaturkompensiert. Für die untere positive Begrenzungsschwelle, die durch die Strombelastung der Diode D3 über R1, R2, RU , Oh und U und damit das

Potential an der Anode von D2 sowie deren Durchlaßspannung festgelegt ist, erfolgt die Temperaturkompensation im wesentlichen durch die Dioden D2 und D3, während für die obere positive Begrenzungsschwelle, die durch R1, R2, Hk, D3, DU und U und damit das Potential an der

Kathode der Diode D1, sowie deren Durchlaßspannung festgelegt ist, die Temperaturkompensation im wesentlichen durch die Dioden D1 und Bk erfolgt.

I ^ ^ / $430692

Das in Figur 6 dargestellte sechste Ausführungsbei spiel entspricht schaltungsmäßig dem fünften Ausführungsbeispiel, wobei lediglich die Dioden D1 bis DU jeweils umgekehrt gepolt sind. Es liegt eine negative Versorgungsspannung -Us vor. Bei diesem sechsten Ausführungsbeispiel wird die obere negative Begrenzungsschwelle entsprechend der unteren positiven Begrenzungsschwelle des fünften Ausführungsbeispiels gebildet und durch die Dioden D2 und D3 eine Temperaturkompensation realisiert. Entsprechend sind für die untere Begrenzungsschwelle die Erläuterungen zur oberen positiven Begrenzungsschwelle des fünften Ausführungsbeispiels analog gültig, wobei durch die Dioden D1 und DU die Temperaturkompensation erreicht wird.

Falls eine größere Variabilität der Begrenzungsschwellen erforderlich ist, können die angegebenen Ausführungsbeispiele eins bis sechs auch mit zwei unterschiedlichen Spannungsq.uellen versorgt werden. An dem in den Ausführungsbeispielen gemäß der Figuren 1 bis 6 gezeichneten Massezeichen liegt dann die zweite Spannungsquelle. Beide Spannungsquellen liegen dabei einseitig auf einem gemeinsamen Bezugspunkt (Masse, Nullpotential), auf das sich alle angegebenen Potentiale beziehen.

Für die ersten vier Ausführungsbeispiele mit nur einer temperaturkompensierten Begrenzungsschwelle muß der Betrag der Spannungsdifferenz beider Spannungsq.uellen größer als eine Diodenspannung und für das fünfte und sechste Ausführungsbeispiel mit zwei temperaturkompensierten Begrenzungsschwellen größer als zwei Diodenspannungen sein. Selbstverständlich ist eine Versorgung mit einer positiven und negativen Spannungsquelle möglich.

ί ^ Ο /4430692 -X-
- /ή-

Außerdem lassen sich durch Hinzunahme eines weiteren Serienwiderstandes zu D3 in allen Ausführungsbeispielen die Begrenzungssclrwellen auf einfachere Weise bei kleinerer Stromaufnahme beliebig zwischen beiden durch die ■Versorgungsspannungen vorgegebenen Potentialen verschieben.

In einem einfacheren Ausführungsbeispiel kann die Temperaturkompensation durch die Diode D3 bzw. D^ auch entfallen. Die Diode D3 ist dann durch einen Widerstand und die Diode Oh durch einen Widerstand oder eine Brücke zu ersetzen. Ebenfalls kann prinzipiell anstelle der Vorgabe der beiden Begrenzungsschwellen durch einen Spannungsteiler diese Vorgabe auch durch zwei getrennte Spannungsquellen erfolgen.

-Al.
Leerseite -

Claims

10.8. 198ij- Ve/Hm

ROBERT BOSCH GMBH, 7000 STUTTGART 1

Ansprüche

1. Schaltungsanordnung zur bipolaren Begrenzung eines Spannungssignals einer Signalquelle dadurch gekennzeichnet, daß die Signalq.uelle (Ui) über zwei antiparallel geschaltete Begrenzungsdioden (D1, D2 ) mit zwei Spannungsquellen zur Vorgabe der oberen und unteren Begrenzungssehwelle verbunden ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Spannungsq.uellen durch einen zwischen zwei Spannungspotentiale geschalteten Spannungsteiler (R1, R2) gebildet sind.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler wenigstens eine mit einem Spannungspotential verbundene Diode (D3, D^) aufweist, deren zweiter Anschluß mit dem entsprechenden Anschluß einer Begrenzungsdiode (D2, D1 ) verbunden ist.

k. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler zwei mit je einer Begrenzungsdiode (D2, D1) verbundene Dioden (D3, D^) aufweist, wobei die beiden Begrenzungsdioden (D2, D1) über einen Widerstand (R2) miteinander verbunden sind, und ein Spannungspotential über einen aus zwei Widerständen (R1, RU) bestehenden Spannungsteiler vorgegeben ist.

1 Q ^ 7 S%30692

5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalquelle (Ui) über einen Widerstand (R3) mit den Begrenzungsdioden (D1, D2) verbunden ist.