DE4122029C1 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum
Umsetzen eines an einem Prüfobjekt abgegriffenen Spannungsab
falls von einem vorgegebenen Eingangsspannungsbereich auf ei
nen gewünschten Ausgangsspannungsbereich.
Es gibt bei elektrischen Schaltungen Fälle, in denen ein Bau
element dadurch auf seine Funktionsfähigkeit geprüft wird, daß
ein an ihm auftretender Spannungsabfall gemessen und daraufhin
untersucht wird, ob er innerhalb eines vorgegebenen Toleranz
bereichs liegt. Ein solches Prüfobjekt kann beispielsweise ein
Schalter sein, der im einwandfreien Zustand im idealen Fall
einen Kontaktwiderstand von wenigen mΩ hat, wenn er geschlos
sen ist. Wenn der Schalter jedoch im geschlossenen Zustand ei
nen größeren Widerstand hat, tritt an dem Schalter ein Span
nungsabfall auf, durch dessen Auswertung erkannt werden kann,
ob der Schalter noch brauchbar ist oder gegen einen neuen
Schalter ausgewechselt werden muß. Der Schalter konnte bei
spielsweise in einer Alarmauslöseelektronik angewendet werden,
in der sein Schließen einen Alarm auslöst. Ein infolge korro
dierter Kontakte nicht mehr funktionsfähiger Schalter würde
die Alarmauslösung verhindern, was unter Umständen sehr nach
teilige Folgen haben kann. Aus diesem Grund ist es erforder
lich, den Kontaktwiderstand des geschlossenen Kontakts von
Zeit zu Zeit zu überprüfen.
Bei der Auswertung eines solchen Spannungsabfalls ergibt sich
aber dann ein Problem, wenn der Spannungsabfall auf einem
Spannungspegel liegt, der höher als der Eingangsspannungsbe
reich ist, der an die Auswertungsschaltung für den Spannungs
abfall angelegt werden darf. Wenn beispielsweise eine digitale
Auswertungsschaltung mit dem Spannungsbereich von 0 bis 5 V
verwendet wird, dann ist es nicht möglich, einen Spannungsab
fall an den Eingang der Auswertungsschaltung anzulegen, der
beispielsweise auf einem Spannungspegel von 15 V liegt.
Aus "VALVO Berichte", Band XIX, Heft 3, 1975, S. 107-114, und
aus DE 31 20 979 A1 sind Stromspiegelschaltungen bekannt, die
es ermöglichen, einen Strom zu erzeugen, der in einem festen
Verhältnis zu einem vorgegebenen Referenzstrom steht, der in
einem anderen Stromkreis fließt. Dieses Verhältnis kann auch
den Wert 1 haben, was bedeutet, daß der erzeugte Strom gleich
dem Referenzstrom ist. Die Grundschaltung eines solchen
Stromspiegels besteht aus zwei Transistoren, deren Emitter-
Kollektor-Strecken parallel zueinander geschaltet sind und
deren Basis-Anschlüsse miteinander verbunden sind. Die ver
bundenen Basisanschlüsse sind mit dem Kollektor eines der
beiden Transistoren verbunden. Der durch die Emitter-Kollek
tor-Strecke des Transistors, dessen Basis- und Kollektor-
Anschlüsse verbunden sind, fließende Strom ist dabei der
Referenzstrom, der in die Emitter-Basis-Strecke des zweiten
Transistors "gespiegelt" wird.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Schal
tungsanordnung der eingangs angegebenen Art zu schaffen, mit
deren Hilfe es ermöglicht wird, einen Spannungsabfall an einem
Prüfobjekt auszuwerten, der am Prüfobjekt auf einem Spannungs
pegel liegt, der außerhalb des zulässigen Eingangsspannungsbe
reichs einer Auswertungsschaltung für den Spannungsabfall
liegt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine von einer
Konstantstromquelle gespeisten Stromspiegelschaltung mit einem
Eingangstransistor und einem Ausgangstransistor, wobei die
Konstantstromquelle in der Kollektorleitung des Eingangstran
sistors liegt, während in der Kollektorleitung des Ausgangs
transistors wenigstens eine Diode liegt, die von einem Strom
durchflossen ist, dessen Wert gleich dem Wert des von der Kon
stantstromquelle gelieferten Stroms ist, einen parallel zu dem
den Ausgangstransistor und die wenigstens eine Diode enthal
tenden Zweig der Stromspiegelschaltung liegenden, identisch
aufgebauten Schaltungszweig mit einem weiteren Transistor und
wenigstens einer in dessen Kollektorleitung liegenden Diode,
wobei das Prüfobjekt in der Emitterleitung des weiteren Tran
sistors liegt und von einem Prüfstrom aus einer weiteren Kon
stantstromquelle durchflossen ist, und zwei Ausgangsleitungen
zum Abgeben des umgesetzten Spannungsabfalls, von denen die
eine am Kollektor des Ausgangstransistors und die andere am
Kollektor des weiteren Transistors angeschlossen ist.
In der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wird der am Prüf
objekt abgegriffene Spannungsabfall in einen Ausgangsspan
nungsbereich "gespiegelt", der so festgelegt werden kann, daß
er mit dem Eingangsspannungsbereich einer Auswertungsschaltung
verträglich ist. Der umgesetzte Spannungsabfall ist dabei un
abhängig von dem Spannungspegel, auf dem er ursprünglich am
Prüfobjekt erzeugt wird. Die erfindungsgemäße Schaltungsanord
nung läßt sich vollständig als integrierte Schaltung aufbauen,
wobei die einzelnen Transistoren und Dioden bei der Herstel
lung paarweise jeweils identische Parameter erhalten, so daß
sie dementsprechend auch ein identisches Temperaturverhalten
haben. Die Umsetzung des Spannungsabfalls erfolgt daher sehr
genau ohne Einflüsse von Temperaturänderungen.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter
ansprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung beispielshalber
erläutert, deren einzige Figur ein Schaltbild der erfindungs
gemäßen Schaltungsanordnung zeigt.
Die in der Zeichnung dargestellte Schaltungsanordnung enthält
eine Stromspiegelschaltung aus zwei PNP-Transistoren T1 und
T2. Wie zu erkennen ist, ist beim Transistor T1 der Kollektor
anschluß mit dem Basisanschluß verbunden, wobei dieser Basis
anschluß wiederum mit dem Basisanschluß des Transistors T2
verbunden ist. Die Emitteranschlüsse der beiden Transistoren
sind mit einer Versorgungsspannungsleitung 10 verbunden, an
die über eine Klemme 12 eine Versorgungsspannung Uv angelegt
ist. Diese Versorgungsspannung kann je nach dem Anwendungsfall
die verschiedensten Werte haben.
Durch den den Eingangstransistor der Stromspiegelschaltung
bildenden Transistor T1 fließt der mit Hilfe einer in seiner
Kollektorleitung liegenden Konstantstromquelle 14 eingeprägte
Strom I1. Aufgrund der bekannten Funktion der Stromspiegel
schaltung hat der in der Kollektorleitung des den Ausgangs
transistor der Stromspiegelschaltung bildenden Transistors T2
fließende Strom den gleichen Wert wie der Strom I1.
Wie in dem Schaltbild zu erkennen ist, liegt in der Kollektor
leitung des Transistors T2 eine Diode D1, die entsprechend dem
Schaltbild von einem Transistor gebildet ist, dessen Basisan
schluß direkt mit dem Kollektoranschluß verbunden ist.
Parallel zu der Serienschaltung aus dem Transistor T2 und der
Diode D1 liegt ein Schaltungszweig, der aus einem Transistor
T3 und einer damit ebenfalls in Serie geschalteten weiteren
Diode D2 besteht, wobei in die Emitterleitung dieses Transi
stors T3 ein Prüfobjekt 16 eingefügt ist, das aus einem Schal
ter 18 besteht. Der Schalter 18 ist dabei im geschlossenen Zu
stand dargestellt, was bedeutet, daß in der Emitterleitung des
Transistors T3 lediglich der Kontaktwiderstand des Schalters
18 wirksam ist. Über den Schalter 18 fließt der von einer wei
teren Konstantstromquelle 20 gelieferte Strom. Die Schaltungs
anordnung weist eine erste Ausgangsleitung 22 auf, die den
Verbindungspunkt zwischen dem Kollektoranschluß des Transi
stors T2 mit einer Ausgangsklemme 24 verbindet. Eine weitere
Ausgangsleitung 26 verbindet den Verbindungspunkt zwischen dem
Kollektoranschluß des Transistors T3 und der Diode D2 mit ei
ner Ausgangsklemme 28. Der mit Hilfe der beschriebenen Schal
tungsanordnung umgesetzte Spannungsabfall kann zwischen den
Ausgangsklemmen 24 und 28 abgegriffen werden.
Die beschriebene Schaltungsanordnung verhält sich im Betrieb
wie folgt:
Wie bereits erwähnt wurde, wird durch die Stromspiegelschal
tung mit den beiden Transistoren T1 und T2 in der Kollektor
leitung des Transistors T2 ein konstanter Strom 12 erzeugt,
dessen Wert dem durch die Konstantstromquelle 14 eingeprägten
Stroms I1 entspricht. Dieser Strom I2 fließt durch die Diode
D1 und erzeugt an dieser Diode einen Spannungsabfall UBE. Die
ser Spannungsabfall ändert sich bekanntlich nichtlinear in Ab
hängigkeit von dem durch die Diode fließenden Strom. Da dieser
Strom aber, wie oben erläutert, konstant ist, tritt am Kollek
toranschluß des Transistors T2 und somit an der Ausgangsklemme
24 eine konstante Spannung auf, die exakt dem Spannungsabfall
UBE an der Diode D1 entspricht.
Wenn angenommen wird, daß der Schalter 18 im Prüfobjekt 16 den
idealen Kontaktwiderstand 0 Ohm hat, dann fließt auch durch
die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors T3 und durch die
Diode D2 der gleiche Strom wie durch die dazu parallel liegen
de Serienschaltung aus dem Transistor T2 und der Diode D1.
Dieser Strom hat auch an der Diode D2 den Spannungsabfall UBE
zur Folge, so daß an der Ausgangsklemme 28 die gleiche Span
nung UBE wie an der Ausgangsklemme 24 vorhanden ist. Die Dif
ferenz der Spannungen an den beiden Ausgangsklemmen 24 und 28
ist daher Null. Dies entspricht genau dem Fall, daß am Prüfob
jekt 16 der Spannungsabfall den Wert 0 V hat.
In der Praxis wird jedoch der Schalter 18 auch im geschlos
senen Zustand stets einen bestimmten niedrigen Widerstand ha
ben, so daß abhängig von dem mittels der Konstantstromquelle
20 eingespeisten Strom am Schalter 18 ein bestimmter Span
nungsabfall auftritt. Solange der Schalter 18 funktionsfähig
ist, ist sein Kontaktwiderstand sehr klein, so daß dementspre
chend auch der Spannungsabfall klein ist und in der Größenord
nung von mV liegt. Welcher Kontaktwiderstand noch als ausrei
chend niedrig betrachtet wird, hängt vom jeweiligen Anwen
dungsfall des Schalters 18 ab.
Der am Schalter 18 auftretende Spannungsabfall führt am Tran
sistor T3 zu einer Änderung der Basis-Emitter-Spannung, was
wiederum zur Folge hat, daß der durch die Emitter-Kollektor-
Strecke dieses Transistors fließende Strom geändert wird. Die
se Stromänderung führt dazu, daß sich auch die an der Diode D2
als Spannungsabfall bildende Spannung UBE entsprechend der be
kannten Gesetzmäßigkeit ändert, die durch die bekannte Dioden
gleichung ausgedrückt wird. Ebenso wie die Änderung der Basis-
Emitter-Spannung des Transistors T3 zu einer Änderung des die
sen Transistor T3 durchfließenden Stroms führt, führt die
Stromänderung durch die Diode D2 zu einer Änderung der Span
nung UBE′, die dem Spannungsabfall am Schalter 18 entspricht.
An den Ausgangsklemmen 24 und 28 kann daher eine Ausgangsspannung
abgegriffen werden, die der Differenz zwischen der Spannung
UBE an der Diode D1 und der durch den geänderten Strom
durch die Diode D2 veränderten Spannung UBE′ entspricht,
die exakt den Spannungsabfall am Schalter 18 darstellt.
Wenn der Spannungsabfall am Schalter 18 mit ΔU und die Ausgangsspannung
zwischen den Anschlußklemmen 24 und 28 mit UA
bezeichnet wird, dann gilt:
UA = UBE - UUBE′ = UBE - (UBE - ΔU) = ΔU
Wie aus der obigen Erläuterung der Wirkungsweise der in der
Zeichnung dargestellten Schaltungsanordnung hervorgeht, ist
der Pegel der Ausgangsspannung UA völlig unabhängig von der
Versorgungsspannung Uv, so daß selbst bei Schwankungen dieser
Spannung der Spannungsabfall am Schalter 18 an den Ausgangs
klemmen 24 und 28 auf dem gewünschten niedrigen Ausgangspegel
erzeugt werden kann.
Falls es erwünscht ist, den Spannungsabfall zu verstärken,
dann kann dies einfach dadurch erreicht werden, daß mit den
Dioden D1 und D2 jeweils weitere, in der Zeichnung nur schema
tisch dargestellte Dioden D3, D4 in Serie geschaltet werden.
Wenn beispielsweise in die Kollektorleitungen der Transistoren
T2 und T3 jeweils zwei in Serie geschaltete Dioden eingefügt
werden, dann tritt an jeder der Dioden in der Kollektorleitung
des Transistors T3 durch den Spannungsabfall am Schalter 18
die gleiche Änderung der Spannung UBE auf, so daß an jeder
Diode die geänderte Spannung UBE′ vorhanden ist, was zur Folge
hat, daß die an den Ausgangsklemmen 24, 28 abgegriffene Span
nung dem zweifachen Wert des Spannungsabfalls am Schalter 18
entspricht.
Die beschriebene Schaltung kann ohne weiteres in Form einer
integrierten Schaltung hergestellt werden, da sie ausschließ
lich aus Transistoren und Dioden aufgebaut ist. Wenn bei der
Herstellung darauf geachtet wird, daß der Transistor T2 und
der Transistor T3 einerseits und die Diode D1 und die Diode D2
jeweils exakt die gleichen charakteristischen Parameter haben,
wird eine sehr gute Temperaturunabhängigkeit der Schaltung er
halten, da sich die Parameter der genannten Bauelemente bei
Temperaturänderungen in der gleichen Weise verändern. Dies hat
zur Folge, daß sich sowohl die als Bezugsspannung verwendete
Spannung UBE an der Diode D1 und auch die veränderte Spannung
UBE′ an der Diode D2 im gleichen Sinne verändern und damit
keine Auswirkung auf die an den Ausgangsklemmen 24 und 28 ab
gegriffene Spannung UA haben.
Claims (3)
1. Schaltungsanordnung zum Umsetzen eines an einem Prüfobjekt
abgegriffenen Spannungsabfalls von einem vorgegebenen Ein
gangsspannungsbereich auf einen gewünschten Ausgangsspannungs
bereich, gekennzeichnet durch eine von einer Konstantstrom
quelle (14) gespeiste Stromspiegelschaltung mit einem Ein
gangstransistor (T1) und einem Ausgangstransistor (T2), wobei
die Konstantstromquelle (14) in der Kollektorleitung des Ein
gangstransistors (T1) liegt, während in der Kollektorleitung
des Ausgangstransistors (T2) wenigstens eine Diode (D1) liegt,
die von einem Strom durchflossen ist, dessen Wert gleich dem
Wert des von der Konstantstromquelle (14) gelieferten Stroms
ist, einen parallel zu dem den Ausgangstransistor (T2) und die
wenigstens eine Diode (D1) enthaltenden Zweig der Stromspie
gelschaltung liegenden, identisch aufgebauten Schaltungszweig
mit einem weiteren Transistor (T3) und wenigstens einer in
dessen Kollektorleitung liegenden Diode (D2), wobei das Prüf
objekt (16) in der Emitterleitung des weiteren Transistors
(T3) liegt und von einem Prüfstrom aus einer weiteren Konstant
stromquelle (20) durchflossen ist, und zwei Ausgangsleitungen
(22, 26) zum Abgeben des umgesetzten Spannungsabfalls, von
denen die eine am Kollektor des Ausgangstransistors (T2) und
die andere am Kollektor des weiteren Transistors (T3) ange
schlossen ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß in die Kollektorleitung des Ausgangstransistors (T2)
und des weiteren Transistors (T3) jeweils mehrere Dioden (D3,
D4) in Serienschaltung eingefügt sind.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Dioden (D1, D2, D3, D4) aus Transistoren ge
bildet sind, deren Basis- und Kollektoranschlüsse miteinander
verbunden sind.
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8100 | Publication of the examined application without publication of unexamined application | ||
D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
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