DE4230978A1

DE4230978A1 - Schaltung zum Vergleichen der Größe zweier elektrischer Spannungen

Info

Publication number: DE4230978A1
Application number: DE19924230978
Authority: DE
Inventors: Albrecht Dipl Ing Donat; Ralf Dipl Ing Schweigert
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1992-09-16
Filing date: 1992-09-16
Publication date: 1994-03-17

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zum Verglei chen der Größe zweier elektrischer Spannungen.

Zum Präzisionsvergleich von analogen elektrischen Signalen sind Schaltungen, unter anderem Schaltungen mit Operations verstärkungen, handelsüblich, bei denen ein Strom durch Halbleiterdioden fließt. Diese werden dabei entweder in Sperrichtung oder in Durchlaßrichtung betrieben. Es er weist sich bei derartigen Schaltungen aber als nachteilig, daß dabei im Nulldurchgang des analogen Eingangssignals die Betriebsart der Dioden umgeschaltet werden muß. Um durch eine Diode, die zuvor in Sperrichtung betrieben wur de, nämlich einen Strom bestimmter Größe fließen zu las sen, muß erst die Flußspannung an der Diode aufgebaut wer den, denn Dioden haben kein ideales Schaltverhalten. Die ses Umschalten der jeweiligen Betriebsart führt zum Zeit punkt des Nulldurchgangs des analogen Eingangssignals zu Signalverzerrungen im Ausgangssignal.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltung der eingangs genannten Art mit äußerst guten elektrischen Eigenschaften anzugeben.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe zum einen dadurch gelöst, daß die eine Spannung die Anode einer ersten Diode und die andere Spannung an die Anode einer zweiten Diode geschaltet ist, daß die Kathoden der ersten und der zweiten Diode zusammengeschaltet sind mit der Kathode einer dritten Diode, der über ihre Anode ein erster Strom von vorgegebe ner Stärke eingespeist wird, daß den Kathoden der Anoden ein zweiter Strom entnommen wird, der doppelt so groß ist wie der erste Strom und daß die jeweils größere der beiden Spannungen an der Anode der dritten Diode abgreifbar ist. Damit dient diese Vergleichsschaltung zur Auswahl der je weils größeren der beiden Spannungen.

Zum anderen wird die obengenannte Aufgabe dadurch gelöst, daß die eine Spannung an die Kathode einer ersten Diode und die andere Spannung an die Kathode einer zweiten Dio de geschaltet ist, daß die Anoden der ersten und der zwei ten Dioden zusammengeschaltet sind mit der Anode einer dritten Dioden, daß den Anoden der Dioden ein erster Strom von vorgegebener Stärke eingespeist wird, daß der Anode der dritten Diode ein zweiter Strom entnommen wird, der halb so groß ist wie der erste Strom und daß die jeweils kleinere der beiden Spannungen an der Kathode der dritten Diode abgreifbar ist. Damit wird eine Auswahl der jeweils kleineren Spannung erreicht.

Eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Dioden auf einem Halbleiterchip integriert sind. Die Kennlinien der Dioden sind dabei in größstmöglicher Weise aneinander angleichbar.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Schaltung zur Auswahl der größeren der beiden Spannungen und

Fig. 2 eine Schaltung zur Auswahl der jeweils kleineren der beiden Spannungen.

In der Darstellung gemäß Fig. 1 wird eine erste Eingangs spannung U_e1 an die Anode einer ersten Diode D1 geleitet. Ferner wird eine zweite Eingangsspannung U_e2 an die Anode einer zweiten Diode D2 geschaltet. Falls die Quellen für die Eingangsspannungen U_e1 bzw. U_e2 keine rückwirkungs freie Stromentnahme erlauben, kann in den jeweiligen Signalpfad selbstverständlich eine Verstärkungsstufe mit einem Verstärkungsfaktor 1 geschaltet werden. Das gleiche gilt für die im folgenden noch zu beschreibende Schaltung gemäß Fig. 2.

Die Kathoden der Dioden D1 und D2 sind miteinander verbun den. Ferner ist eine dritte Diode D3 vorgesehen, deren Kathode ebenfalls mit den Kathoden der Dioden D1 und D2 verbunden ist. Über die Anode der Diode D3 wird mit Hilfe einer Stromquelle S1 ein erster Strom I1 eingespeist. Im Kathodenknoten ist eine Stromquelle, genauer gesagt eine Stromsenke S2, vorgesehen, die dem Knoten einen zweiten Strom I2 entnimmt; dabei ist der zweite Strom I2 doppelt so groß wie der erste Strom I1.

Wendet man auf die gemeinsame Kathode das erste Kirch hoffsche Gesetz an (Knotenregel), so sieht man, daß die Hälfte des zweiten Stromes I2 den die Stromquelle S2 dem Knoten entnimmt, durch die dritte Diode D3 fließen muß, während die andere Hälfte des zweiten Stroms I2 durch die beiden anderen Dioden D1 und D2 fließen muß. Von diesen beiden anderen Dioden D1 und D2 ist aber nur jeweils die jenige leitend, an deren Diode das positivere Potential anliegt. Die jeweils andere Diode wird dann gesperrt. Die "aktive" Diode, d. h. diejenige, welche das positivere Po tential führt, wird dann also von einem gleichgroßen Strom wie dem ersten Strom I1 durch die Diode D3 durchflossen. Sorgt man jetzt dafür, daß alle drei Dioden D1, D2 und D3 die gleiche Strom-Spannungs-Kennlinie besitzen und zudem ein gleiches Temperaturverhalten aufweisen, stellen sich in der dritten Dioden D3 und der jeweils aktiven Diode D1 bzw. D2 die gleichen Flußspannungen ein. Mit Hilfe dieses Effektes wird das Potential der Anode der jeweils aktiven Diode D1 bzw. D2 nach dem zweiten Kirchhoffschen Gesetz (Maschenregel) über die beiden Flußspannungen der geflute ten Dioden D1 bzw. D2 an die Anode der dritten Diode D3 "gespiegelt". An der Anode der dritten Diode D3 stellt sich damit also immer das größere der beiden Anodenpoten tiale der beiden ersten Diode D1 bzw. D2 ein. Als Ausgangs signal an der Anode der dritten Diode D3 erhält man also

U_a = U_max (U_e1; U_e2).

Wesentlich für die Qualität der Schaltung ist der Gleich lauf der drei Dioden D1, D2 und D3, d. h. es müssen mög lichst gleiche Diodenkennlinien und gleiches Temperatur verhalten vorliegen. Dies läßt sich relativ leicht da durch erfüllen, daß man ein Diodennetzwerk benutzt. Dio dennetzwerke sind mehrere Dioden, die auf einem Chip inte griert sind. Dadurch kann dafür gesorgt werden, daß die geometrischen Abmessungen der PN-Übergänge zueinander identisch sind, weil alle integrierten Dioden dem gleichen Herstellungsprozeß unterliegen. Durch diese Maßnahmen las sen sich gleiche Kennlinien und gleiches Temperaturverhal ten mehrerer Dioden erzielen.

Die Tatsache, daß die Dioden D1 bis D3 Teil eines Dioden netzwerks sind, ist in der Zeichnung durch gestrichelte Linien angedeutet.

In der Darstellung gemäß Fig. 2 ist eine andere Beschaltung der obengenannten Elemente vorgenommen worden. So ist die Polarität der Dioden vertauscht worden und die Ausgangs spannung der Schaltung wird von der Kathode der Diode D3 entnommen. Der Strom I1 ist dabei doppelt so groß gehal ten wie der Strom I2. Ferner ist Sorge getragen, daß ein guter Stromabfluß über die Dioden D1 und D2 gewährleistet ist.

Auch die Zusammenschaltung der Dioden D1 bis D3 kann mit Dioden eines Diodennetzwerkes vorgenommen werden, wie dies ebenfalls gestrichelt angedeutet ist. Hier werden die Ein gangsspannungen U_e1 und U_e2, die über die Dioden D1 und D2 der Schaltung zugeführt werden mit Hilfe der Diode D3 so zusagen gespiegelt und die jeweils kleinere der beiden Spannungen U_e1 und U_e2 stellt sich dann als Ausgangsspan nung U_a an der Kathode der Diode D3 ein.

Claims

1. Schaltung zum Vergleichen der Größe zweier elektrischer Spannungen, dadurch gekennzeich net, daß die eine Spannung (U_e1) an die Anode einer ersten Dioden (D1) und die andere Spannung (U_e2) an die Anode einer zweiten Diode (D2) geschaltet ist, daß die Kathoden der ersten (D1) und der zweiten Diode (D2) zu sammengeschaltet sind mit der Kathode einer dritten Diode (D3), der über ihre Anode ein erster Strom (I1) von vor gegebener Stärke eingespeist wird, daß den Kathoden der Dioden (D1, D2, D3) ein zweiter Strom (12) entnommen wird, der doppelt so groß ist wie der erste Strom (I1) und daß die jeweils größere der beiden Spannungen (U_e1, U_e2) an der Anode der dritten Diode (D3) abgreifbar ist.

2. Schaltung zum Vergleichen der Größe zweier elektrischer Spannungen, dadurch gekennzeich net, daß die eine Spannung (U_e1) an die Kathode einer ersten Diode (D1) und die andere Spannung (U_e2) an die Kathode einer zweiten Dioden (D2) geschaltet ist, daß die Anoden der ersten (D1) und der zweiten Diode (D2) zusammen geschaltet sind mit der Anode einer dritten Diode (D3), daß den Anoden der Dioden (D1, D2, D3) ein erster Strom von vorgegebener Stärke eingespeist wird, daß der Anode der dritten Diode (D3) ein zweiter Strom (12) entnommen wird, der halb so groß ist wie der erste Strom (I1) und daß die jeweils kleinere der beiden Spannungen (U_e1, U_e2) an der Kathode der dritten Diode (D3) abgreifbar ist.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dioden (D1, D2, D3) auf einem Halbleiterchip integriert sind.