DE3014658A1

DE3014658A1 - Schaltungsanordnung zur ermittlung von uebergaengen eines wechselsignals

Info

Publication number: DE3014658A1
Application number: DE19803014658
Authority: DE
Inventors: Robert Benjamin Jarrett; Wilson David Pace
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1979-04-16
Filing date: 1980-04-16
Publication date: 1980-11-06
Also published as: DE3014658C2; JPS55140322A; FR2454627A1; US4286176A; FR2454627B1

Description

Dipl.-Phys. O. E. Weber D-δθθθ München 71

Patentanwalt Hofbrunnstraße 47

zugelassener Vertreter beim Europäischen Patentamt

Representative before the European Patent Office

M 1277

Telefon:	(089)7915050
Telegramm:	monopolweber
	münchen
Telex:	05-212877

Motorola Inc.

1303 East Algonquin Road

Schaumburg, 111. 60196

USA

Schaltungsanordnung zur Ermittlung von Übergängen eines

Wechselsignals

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Die Erfindung "betrifft allgemein eine Schaltungsanordnung zum Auslösen von Schaltvorgängen und bezieht sich insbesondere auf eine Anpaßschaltung, welche symmetrisch Übergänge eines Weohselsignals über ein Bezugspotential ermittelt und einen Schaltvorgang vom Hysteresis-Typ liefert.

Die Technik der integrierten Schaltungen findet viele Anwendungen bei der Maschinensteuerung, insbesondere zur Steuerung von Maschinen in Kraftfahrzeugen. Einer der Maschinenparameter, der oft von einem Maschinensteuersystem oder Maschinenüberwachungssystem ermittelt werden muß, ist die Rotationsgeschwindigkeit der Maschinen-Kurbelwelle. Eine bekannte Methode zur Ermittlung der Kurbelwellengeschwindigkeit besteht darin, daß die Kurbelwelle ein Magnetfeld verändert, welches eine Fühlerspule umgibt, so daß in der .Spule ein Wechselsignal erzeugt wird. Eine geeignete Anpaßschaltung kann dazu verwendet werden, die Schwingungen des Wechselsignals um ein Bezugspotential zu ermitteln. Die Rotationsgeschwindigkeit der Kurbelwelle kann dann bestimmt werden, da die Frequenz des erzeugten Wechselsignals der Kurbelwellengeschwindigkeit proportional ist.

Bei solchen Maschinensteueranordnungen sind große Sp'annungsübergänge mit Werten von 100 bis 200 Volt nicht ungewöhnlich. Diese großen Spannungsübergänge können für die Anpaßschaltung schädlich-sein, welche mit dem Kurbelwellengeschwindigkeitsfühler verbunden ist, wenn keine entsprechenden Sicherheitsvorkehrungen getroffen werden.

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Außerdem können Rauschsignale oder Störsignale, die bei einem Maschinensteuersystem oft vorhanden sind, die Anpaßschaltung leicht irrtümlich auslösen, welche dazu verwendet wird, die Übergänge des Wechselsignals zu ermitteln. Die Einführung von Hysteresis in entsprechende Schaltungsanordnungen ist grundsätzlich "bekannt, um die Wirkung von Störsignalen und Rauschsignalen zu vermindern und zugleich den Rauschabstand der Schaltungsanordnung zu verbessern. Beispielsweise ist aus der Veröffentlichung "Wave Generation and Shaping", 1970, McGraw-Hill Book Company, Seiten 44-5-W? von Strausä ein regenerativer Komparator oder ein Schmitt-Trigger bekannt.

Ein anderer Gesichtspunkt beim Bau einer Schaltung zur Ermittlung von Übergängen des Wechäelsignals über ein Bezugspotential besteht darin, daß die von der Ausgangsschaltung erzeugte Ausgangswellenform eine symmetrische Rechteckwelle sein sollte, d.h. ein Ausgangsimpuls mit einem Tastverhältnis von 50 %- Die Begründung für eine derartige Anordnung sind Tachometerschaltungen, wie sie verwendet werden, um die Frequenz des Ausgangssignals, welches durch die Anpaßschaltung geliefert wird, in eine zur Drehzahl der Kurbelwelle proportionale Gleichspannung umzuwandeln, da entsprechende Schaltungen oft einen Eingangsimpuls erfordern, der im Hinblick auf einen maximalen Wirkungsgrad ein Tastverhältnis von 50 % aufweist.

Weitere Gesichtspunkte bei der Auswahl einer Anpaßschaltung zur Ermittlung von Übergängen eines Wechselsignals über ein Bezugspotential bestehen darin, daß die Anpaßschaltung dazu geeignet sein muß, mit einer einzigen Versorgungsspannung betrieben zu werden, so daß keine

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Notwendigkeit für eine positive und eine negative Versorgungsspannung besteht. Weiterhin soll die Anpaßschaltung zur Herstellung als integrierte Schaltung geeignet sein, ohne daß ein großer Flächenbedarf auf dem Halbleiterplattchen "besteht.

Die Schwierigkeit bei der Bereitstellung einer Anpaßschaltung, welche auf ein auf Masse bezogenes Wechselsignal anspricht und welche die Vorteile eines Schaltvorgangs mit Hysteresis liefert, während zugleich eine symmetrische Ausgangswellenform geliefert wird, besteht darin, daß symmetrische Schwellenpegel· (oder Auslösepunkte) oberhalb und unterhalb des Mässepotentials geiiefert werden müssen. Viele bekannte Schwellenschaltungen verwenden Differentialkomparatoren, bei denen die Eingangswellenform mit einem Schwellenpegel oder mit mehreren Schwellenpegeln verglichen wird. Bei solchen Anwendungsfällen, bei denen die Sch\eLlenpegel sowohl oberhalb als auch unterhalb des Massepotentials liegen können, erfordern diese bekannten Differentialkomparatorschaltungen entweder eine positive und eine negative Versorgung sspannung oder sie benötigen dann, wenn die Schaltung mit einer einzigen Versorgungsspannung arbeiten soll, zusätzliche Bauelemente, um eine Spannungspegelverschiebung durchzuführen. Deshalb ist für den Fachmann ersichtlich, daß es wünschenswert ist, eine Anpaßschaltung zu schaffen, die auf ein auf Masse bezogenes Signal anspricht, die ein symmetrisches Ausgangssignal liefert, die einen Schaltvorgang vom Hysteresis-Typ ermöglicht und die als besonders dicht integrierte Schaltungsanordnung hergestellt werden kann, wobei nur eine einzige Versorgungsspannung erforderlich ist.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde» eine Anpaßschaltung der eingangs näher genannten Art zu schaffen, die in Verbindung mit einem Fühler arbeiten kann, der ein auf Masse "bezogenes Wechselsignal ermitteln soll, so daß ein symmetrisches Rechteck-Ausgangssignal geliefert wird.

Weiterhin soll die erfindungsgemäße· Schaltung Schaltvorgänge vom Hysteresis-Typ im Hinblick auf eine verbesserte Rauschunempfindlichkeit liefern können.

Weiterhin soll die erfindungsgemäße Schaltung mit einer einzigen Versorgungsspannung betrieben werden können.

Die erfindungsgemäße Schaltung soll auch in Verbindung mit einem auf ein auf Massepotential bezogenes Signal ansprechenden Fühler arbeiten können, wobei auch die Herstellung in Form einer besonders dicht integrierten Schaltung ermöglicht sein soll.

Schließlich soll auch die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Schaltung nicht durch große Spannungsübergänge gestört werden, die in einen Fühler für das Wechselsignal eingekoppelt werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen insbesondere die im Patentbegehren niedergelegten Merkmale.

Gemäß der Erfindung wird eine Anpaßschaltung geschaffen, die eine Eingangsstufe aufweist, welche auf ein Wechselspannung ssignal anspricht, welches Um ein Bezugspotential

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oszilliert, wobei die Anordnung derart getroffen ist, daß ein Ausgangssignal aktiviert wird, wenn sich das Wechselspannungssignal um einen vorgegebenen Wert von einer Steuerspannung unterscheidet. Die erfindungsgemäße Schaltung weist auch eine Rückführstufe auf, die auf das Ausgangssignal anspricht, welches durch die Eingangsstufe aktiviert wird, um eine Ausgangsklemme zwischen einem ersten und einem zweiten Status umzuschalten, so daß der erste Status die Steuerspannung im wesentlichen gleich dem Bezugspotential werden läßt, um welches das Wechselsignal oszilliert. Die erfindungsgemäße Schaltung weist auch eine Vorspannungsstufe auf, um die Steuerspannung auf eine Vorspannung zu "bringen, sobald die Ausgangsklemme der Rückführstufe sich im zweiten Status befindet, so daß die Vorspannung sich von dem Bezugspotential um einen solchen Wert unterscheidet, der im wesentlichen dem doppelten des erst genannten Wertes entspricht.

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Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen:

Fig.1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Anpaßschaltung, welche mit einem auf Masse bezogen Fühler für ein Wechselsignal verbunden ist,

Fig.2 ein SchaItschema einer bevorzugten Ausführungsform der in der Fig. 1 in Form eines Blockschaltbildes dargestellten Anpaßschaltung und

Fig.3 A, 3 B und 3 C Zeitdiagramme, welche das Wechselsignal» die Spannung an einem Steuerknoten bzw. einen Ausgangsstrom veranschaulichen.

In der Fig. 1 ist in einem Blockschaltbild eine erfindungsgemäße Anpaßschaltung dargestellt. Ein auf Masse bezogener Fühler 2 für ein Wechselsignal ist zwischen einem Knoten 4 und einer Quelle des Massepotentials angeordnet. Ein Widerstand 6 ist zwischen dem Knoten 4· und einer Eingangsklemme 8 des Eingangsblockes 10 angeordnet. Der Eingangsblock 10 weist auch eine Steuerklemme 12 auf, die mit einem Steuerknoten 14 verbunden ist, um eine Steuerspannung zu erhalten Der Eingangsblock 10 weist weiterhin eine Ausgangsklemme 16 auf, um ein Ausgangssignal zu liefern. Die Ausgangsklemme ist mit der Eingangsklemme 18 eines Eückführblockes 20 verbunden. Der Rückführblock 20 weist eine Klemme 24 auf, die mit einer Quelle des Massepotentials verbunden ist, und eine Klemme 22, die mit einer Versorgungseinrichtung für eine positive Spannung verbunden ist. Der Rückführblock 20 weist weiterhin eine Ausgangsklemme 26 auf, die mit dem Steuerknoten 14 verbunden ist. Ein Vorspannungsblock 28 ist ebenfalls mit dem Steuerknoten 14 verbunden. Außerdem weist

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der Vorspannungsblock 28 eine Klemmö 29 auf, die mit einer Quelle des Massepotentials verbunden ist, und eine Ausgangsklemme 46, die einen Ausgangsstrom liefert.

Die Arbeitsweise der in der Fig. 1 dargestellten Schaltung , wird unten kurz beschrieben. Es sei zunächst angenommen, daß die Spannung am Knoten 4 etwa -^l Volt beträgt und die Spannung am Knoten 14 eine Vorspannung von etwa zwei Basis-Emitter-Vorwärts-Spannungsabfällen über dem Massepotential ist. Unter diesen Umständen strebt die Spannung an der Eingangsklemme 8 gegen -1 Volt. Wenn jedoch die Spannung an der Eingangsklemme 8 auf einen Wert kommt, welcher um einen Basis-Emitter-Vorwärts-Spannungsabfall unter der Steuerspannung am Knoten 14 liegt, wird die Spannung an der Eingangsklemme 8 konstant gehalten, und das erste Ausgangssignal wird der Ausgangsklemme 16 zugeführt. Der Rückführblock 20 stellt fest, daß das erste Ausgangssignal aktiviert ist und hält die Ausgangsklemme 26 in einem zweiten Status, so daß der Vorspannungsblock 28 die Steuerspannung am Knoten 14 auf die anfänglich vorhandene Steuerspannung aufbaut. Wenn die Ausgangsklemme 26 sich in dem zweiten Status befindet, hat auch der Ausgangsstrom, welcher von der Ausgangsklemme 46 geliefert wird, eine Große von I₀₁,-.

Um die Anpaßschaltung in die positive Richtung zu schalten, muß die Spannung des Wechselsignals am Knoten 4 über einen Basis-Emitter-Vorwärts-Spannungsabfall über dem Massepotential ansteigen. Zu dieser Zeit liegt die Eingangsklemme 8 um weniger als einen Basis-Emitter-Vorwärts-Spannungsabfall unter der Steuerspannung am Knoten 14, und das erste Ausgangssignal wird nicht langer aktiviert. Der Rückführblock 20 stellt fest, daß das erste Ausgangssignal nicht langer aktiviert ist und veranlaßt die Ausgangsklemme 26, von dem

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zweiten Status in einen ersben Status umzuschalten, so daß die Steuerspannung am Knoten 14 im wesentlichen gleich dem Massepotential ist. Da die Eingangsklemme 8 stärker positiv ist als die Steuerspannung, bleibt das erste Ausgangssignal abgeschaltet. Somit bleibt die Steuerspannung am Knoten 14 im wesentlichen auf dem Massepotential. Wenn die Ausgangsklemme 26 sich im ersten Status befindet, ist auch der Ausgangsstrom, welcher an der Ausgangsklemme 46 geliefert wird, auf eine Größe umgeschaltet, welche dem Wert null entspricht.

Um die Anpaßschaltung in die negative Richtung zu schalten, muß die Spannung am Knoten 4 auf ein Potential fallen, welches etwa um einen Basis-Emitter-Vorwärts-Spannungsabfall unter dem Massepotential liegt* Zu dieser Zeit ist die Eingangsklemme 8 erneut um einen Basis-Emitter-Vorwärts-Spannungsabfall unter der Steuerspannung am Knoten 14 (Masse potential) , und das erste Ausgangssignal an der Klemme 16 wird erneut aktiviert. Wenn das erste Ausgangssignal aktiviert wird, schaltet der Rückführblock 20 die Ausgangsklemme 26 aus dem ersten Status zurück in den zweiten Status, und der Vorspannungsblock 28 bringt die Steuerspannung am Knoten 14 auf zwei Basis-Emitter*-Vorwärts-Spannungsabfälle über dem Massepotential. Die Spannung an der Eingangsklemme 8 steigt ebenfalls an, bis sie den begrenzten Spannungspegel von einem Basis-Emitter-Spannungsabfall unter der Steuerspannung erreicht hat. Wenn die Ausgangsklemme 26 in den zweiten Status zurückgeschaltet wird, steigt die Größe des Ausgangsstromes, der an der Ausgangsklemme 46 geliefert wird, von null auf I₀,,_ an.

In der Fig. 2 ist ein Schaltschema einer bevorzugten Ausführungsform des Erfihdungsgegenstandes dargestellt. Diejenigen Teile der Fig. 2, welche dem Blockschema der Fig.1

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entsprechen, sind entsprechend bezeichnet. Der Eingangsblock 10 (durch eine unterbrochene Linie dargestellt) weist einen ersten Transistor 30 auf. Der Emitter des Transistors 30 ist mit der Eingangsklemme 8 verbunden, seine BesLs ist mit der Steuerklemme 12 verbunden, und sein Kollektor ist mit der Ausgangsklemme 16 verbunden. Die Steuerklemme 12 ist mit dem Steuerknoten 14- verbunden, um die Steuerspannung aufzunehmen. Der Transistor 30 aktiviert die Ausgangsklemme 16, so daß sie den Kollektor-Strom führt, wenn die Eingangsklemme 8 um einen Basis-Emitter-Vorwärts-Spannungsabfall unter der Steuersparmung am Knoten 14- liegt.

Der Rückführblock 20 (durch eine unterbrochene Linie dargestellt) weist Transistoren 32, 38 und 4-0 auf. Die Basis des Transistors 32 ist mit der Eingangsklemme 18 verbunden, die ihrerseits mit der Ausgangsklemme 16 des Eingangsblockes 10 verbunden ist. Der Emitter des Transistors 32 ist mit dem Knoten 34- verbunden, der seinerseits mit einer Versorgungsklemme 22 verbunden ist, um eine positive Versorgungsspannung aufzunehmen. Der Kollektor des Transistors 32 ist mit dem Knoten 36 verbunden, um ein Ausgangssignal an den Transistor 38 zu liefern. Der Transistor 38 ist ein Doppelkollektor-Transistor, der eine Basis und einen ersten Kollektor aufweist, die gemeinsam mit Knoten 36 verbunden sind. Der Emitter des Transistors 38 ist mit dem Knoten 34- verbunden, um die positive Versorgungsspannung zuzuführen, und der zweite Kollektor des Transistors 38 ist mit der Basis des Transistors 4-0 verbunden. Der Emitter des Transistors 4-0 ist mit der Klemme 24- verbunden, um ihn mit dem Massepotential in Verbindung zu bringen. Der Kollektor des Transistors 40 iät mit der Ausgangsklemme 26 verbunden, die ihrerseits mit dem Steuerknoten 14- verbunden ist.

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Der Vorspannungsblock 28 (in der Fig. 2 durch eine unterbrochene Linie dargestellt) enthält einen Transistor 42, einen Transistor 48 und einen Transistor 50. Der Transistor 42 ist ein Doppelkollektor-Transistor, der eine Basis und einen ersten Kollektor aufweist, die gemeinsam mit dem Knoten 44 verbunden sind. Der Emitter des Transistors 42 ist mit dem Steuerknoten 14 verbunden, und der zweite Kollektor ist mit der Ausgangsklemme 46 verbunden. Der Transistor 48 hat seine Basis und seinen Kollektor gemeinsam mit dem Knoten 44 verbunden, während sein Emitter mit dem Massepotential in Verbindung steht. Somit sind der Transistor 42 und der Transistor 48 in Reihe zwischen dem Steuerknoten 14 und dem Massepotential angeordnet, wobei die Transistoren derart zueinander in Reihe geschaltet sind, daß der Knoten 44 zwischen den beiden Transistoren angeordnet ist. Der Vorspannungsblock enthält weiterhin einen Widerstand 50, der zwischen den Knoten 36 und dem Steuerknoten 14 angeordnet ist. Weiterhin ist in der Fig. 2 ein Klammertransdsfcor oder ein Begrenzungstransistor 52 dargestellt, dessen Emitter mit der Eingangsklemme 8 verbunden ist, dessen Kollektor mit dem Massepotential in Verbindung steht und dessen Basis mit dem in Reihe geschalteten Knoten 44 verbunden ist.

Die Arbeitsweise der in der Fig. 2 dargestellten Schaltung wird unten unter Bezugnahme auf die in den Fig. 3 A, 3 B und 3 C dargestellten Wellenformen veranschaulicht. Es sei zunächst angenommen, daß die Spannung des Wechselsignals am Knoten 4 etwa -1 Volt beträgt, wie es in der Fig. 3 A veranschaulicht ist. Dann aktiviert der Transistor 30 die Ausgangsklemme 16, so daß sie Strom von der Basis des Transistors 32 führt. Der Wert des Widerstandes 50 ist derart dimensioniert, daß der Transistor 32 in die Satti-

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gung kommt, wenn der Transistor 30 durchgeschaltet ist. Deshalb strebt die Spannung am Knoten 36 gegen die positive Versorgungsspannung am Knoten 34-, so daß die Basis-Emitter-Strecke des Transistors 38 nicht ausreichend vorwärts vorgespannt ist, um den Transistor 38 in die Lage zu versetzen, Strom zu führen. Da der Transistor 38 nicht durchlässig ist oder keinen Strom führt, ist der Transistor 40 nicht mit einem entsprechenden Basisstrom versorgt und kann deshalb keinen Kollektorstrom von der Ausgangsklemme 26 führen. Derjenige Zustand, in welchem der Transistor 40 Strom von der Ausgangsklemme 26 führt, kann als erster Status bezeichnet werden, während derjenige Zustand, in welchem der Transistor 40 keinen Strom von der Ausgangsklemme 26 führt, als zweiter Status bezeichnet werden kann.

Im zweiten Status, in welchem der Transistor 40 keinen Strom führt, ist der Kollektorstrom, welcher durch den Transistor 32 geliefert wird, über den Widerstand 50 an den Steuerknoten 14 geführt. Der vom Widerstand 50 an den. Knoten 14 gelieferte Strom wird weiter durch die Transistoren 42 und 48 dem Massepotential zugeführt. Somit ist die Spannung am Knoten 44 um einen Basis-Emitter-Spannungsabfall über dem Massepotential, und die Spannung am Knoten 14 ist um zwei Basis-Emitter-Spannungsabfälle über dem Massepotential, wie es in der Fig. 3 B veranschaulicht ist. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes sind die Bereiche des ersten und des zweiten Kollektors des Transistors 42 identisch, so daß der erste und der zweite Kollektor des Transistors 42 jeweils etwa die Hälfte des Emitterstroms des Transistors 42 führen. Somit entspricht der Ausgangsstrom *„„ei ^{der von der} Ausgangsklemme 46 geliefert wird, etwa

folgendem Wert:

1 ^VCC ~ ^5V

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wobei Vqq die positive Versorgungsspannung an der Klemme 22 ist, wobei Vg-g einen Basis-Emitter-Vorwärts-Spannungsabfall darstellt und wobei R₁-Q der Wert des Widerstandes 50 ist.

Da die Spannung am Steuerknoten 14 auf einen Wert gelangt, der um zwei Basis-Emitter-Spannungsabfälle über dem Massepotential liegt, wird die Spannung an der Eingangsklemme 8 durch den Transistor 30 auf einen Wert geklammert oder begrenzt, der um einen Basis-Emitter-Spannungsabfall über dem Massepotential liegt. Die geringe Impedanz, welche die Emitterelektrode des Transistors 30 aufweist, wirkt sich in der Weise aus, daß die Spannung an der Eingangsklemme 8 geklammert oder begrenzt wird bzw. konstant gehalten wird, und zwar ohne Rücksicht auf große negative Spannungsübergänge, die am Knoten 4 auftreten können.

Nunmehr sei angenommen, daß mit fortschreitender Zeit das Wechselsignal am Knoten 4 das Massepotential durchschreitet und auf etwa +1 Volt ansteigt, wie es in der Fig. 3 A veranschaulicht ist. Wenn das Wechselspannungssignal am Knoten 4 etwas über einem Baäs-Emitter-Vorwärts-Spannungsabfall oberhalb des Massepotentials liegt, dann ist die Vorwärts-Vorspannung an der Basis-Emitter-Strecke des Transistors 30 nicht mehr ausreichend, um eine Leitung oder Durchschaltung aufrechtzuerhalten. Wenn der Transistor 30 gesperrt wird, wird kein Basisstrom mehr von der Basis des Transistors,32 gezogen, und der Transistor 32 wird gesperrt oder abgeschaltet. Die Spannung am Knoten 36 beginnt, auf die Spannung am-Knoten 14 abzufallen, bis die Basis-Emitter-Strecke des Transistors 38 um einen Basis-Emitter- Vorwärts-Spannungsabf all vorgespannt ist.

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Zu dieser Zeit wird der Transistor 38 durchgeschaltet oder durchlässig, und der Basisstroni wird der Basis des Transistors 40 zugeführt. Der Transistor 40 gelangt in die Sättigung, so daß die Spannung an der Ausgangsklemme 26 (und deshalb an dem Steuerknoten 14) so weit abfällt, daß sie innerhalb einer Sättigungsspannung V^j, des Massepotentials liegt. In diesem sogenannten ersten Status ist die Steuerspannung am Steuerknoten 14 im wesentlichen gleich dem Massepotential. In der bevorzugten Ausführungsform haben der erste und der zweite Kollektor des Transistors 38 gleiche Bereiche, so daß die Basistreiberspannung, welche dem Transistor 40 zugeführt wird, gleich dem Strom ist, der vom Widerstand 50 geführt wird. Dieser Strom entspricht etwa der Energieversorgungsspannung V_cc, minus dem Basis-Emitter-Spannungsabfall des Transistors 38, geteilt durch den Widerstandswert des Widerstandes 50. '

Da der Transistor 40 die Spannung am Knoten 14 dazu bringt, daß sie im wesentlichen gleich dem Massepotentxal ist, wird der Transistor 42 gesperrt. Der Klammertransistor oder Begrenzungstransistor 52 und der Transistor 48 bewirken, daß die Spannung an der Eingangsklemme 8 den Wert von zwei Basis-Emitter-Vorwärts-Spannungsabfällen über dem Massepotential nicht überschreitet. Der Pfad geringer Impedanz, welcher durch den Emitter des Transistors 52 gebildet wird, bewirkt, daß die Eingangsklemme 8 geklammert oder begrenzt wird, ohne Rücksicht auf große positive Spannungsübergänge, die am Knoten 4 auftreten können.

Wenn der Transistor 40 und die Ausgangsklemme 26 in den ersten Status geschaltet sind, unterscheidet sich die Spannung an dem Steuerknoten 14 von dem Massepotential nur um die Kollektor-Emitter-Sättigungsspannung Vq_E des Transistors

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40, wie es in der Fig. 3 B dargestellt ist. Wenn die Steuerspannung am Knoten 14 im wesentlichen dem Massepotential entspricht, ist der Transistor 42 nicht länger durchlässig, und der von der Ausgangsklemme 46 gezogene Strom fällt gegen null ab, wie es in der Fig. 3 G veranschaulicht ist.

Wenn das Wechselspannungssignal am Knoten 4 unter das Massepotential absinkt, bleibt der Transistor 30 gesperrt, bis die Spannung am Knoten 4 um einen Basis-Emitter-Vorwärts-Spannungsabfall unter dem Masßepotential liegt, welches an dem Steuerknoten 14 durch den Transistor 40 aufgebaut wird. Zu dieser Zeit wird der Transistor 30 erneut durchlässig, der Rückführbloek 20 spaltet den Transistor 40 ab, und die Steuerspannung am Knoten 14 wird wieder auf einen Wert gebracht, der um zwei Basis-Emitter-Vorwärt s-Spannungsabf alle über dem Massepotential liegt, und zwar durch den Vorspannungsblock 28.

Es geht aus den Diagrammen in den Fig. 3 A bis 3 C hervor, daß die Schaltung nach der Fig. 2 eine symmetrische Ausgangswellenform liefert, die ein Tastverhältnis von 50 % aufweist, während eine Schaltwirkung vom Hysteresis-Typ erreicht wird. Auch die in der Fig. 2 dargestellte Schaltung arbeitet mit einer einzigen Versorgungsspannung und erfordert keine zusätzlichen Bauteile für eine Spannungspegelveränderung. Große negative Spannungsubergange werden durch den Transistor 30 geklammert oder begrenzt, während große positive Spannungsübergänge durch den Transistor 52 geklammert oder begrenzt werden. Schließlich ist für den Fachmann erkennbar, daß die in der Fig. 2 veranschaulichte Schaltung als besonders dicht integrierte Schaltung aufgebaut werden kann, wobei nur vier iso-

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lierte (nicht dargestellte) Epitaxiälberexche erforderlich sind, um die Schaltungskomponenten herzustellen. Ein erster isolierter Epitaxialbereich enthält den Transistor 30 und den Transistor 32. Ein zweiter isolierter Bereich enthält den Transistor 38 und den Transistor 50. Ein dritter isolierter Bereich enthält den Transistor 40, während ein vierter isolierter Epitaxielbereich die Transistoren 42, 48 und 52 aufweist.

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Leerseite

Claims

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Patentansprüche

Schaltungsanordnung zur Ermittlung von Übergängen eines Vechselsignals, welches eine Spannung aufweist, die um ein Bezugspotential oszilliert, wobei die Schaltung ein Verhalten aufweist, welches einem mit Hysteresis behafteten Schaltvorgang entspricht, und wobei die Schaltung eine symmetrische Ausgangswellenform liefert, dadurch gekennzeichnet, daß eine Eingangsstufe (10) vorgesehen ist, die eine Eingangsklemme (8) aufweist, welche ein Vechselsignal aufnimmt, die weiterhin eine Steuerklemme (12) aufweist, welche mit einem Steuerknoten (14-) verbunden ist, um eine Steuerspannung aufzunehmen, und die eine Ausgangsklemme (16) aufweist, um ein erstes Ausgangssignal zu liefern, wobei die Eingangsstufe auf die Vechselsignalspannung und auf Steuerspannung in der Weise anspricht, daß das erste Ausgangssignal dann geliefert wird, wenn die Wechselsignalspannung sich von der Steuerspannung um einen ersten vorgegebenen Wert unterscheidet, daß weiterhin eine Rückführstufe (20) vorgesehen ist, die eine Eingangsklemme (18) aufweist, welche mit der Ausgangsklemme (16) der Eingangsstufe verbunden ist, die weiterhin eine Ausgangsklemme (26) hat, welche mit dem Steuerknoten (14) der Rückführstufe verbunden ist, wobei die Rückführstufe auf das erste Ausgangssignal anspricht, um die Ausgangsklemme der Rückführstufe zwischen einem ersten und einem zweiten Status umzuschalten, wobei der erste Status sich in der Weise auswirkt, daß die Steuerspannung an dem Steuerknoten im wesentlichen gleich dem Bezugspotential wird, und daß eine Vorspannungsstufe (28) vorgesehen ist, welche mit dem Steuerknoten (14) verbun- · den ist, um die Steuerspannung an dem Steuerknoten auf eine Vorspannung zu bringen, sobald die Ausgangsklemme

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(26) der Rückführstufe sich im zweiten Status "befindet, so daß die Vorspannung sich von dem Bezugspotential um daa Doppelte des zuerst genannten Wortes unterscheidet.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch g e kennzeichnet, daß die Vorspannungsstufe (28) mit einer Quelle des Bezugspotentials verbunden ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführstufe die Ausgangsklemme (26) der Rückführstufe (20) von dem ersten Status in den zweiten Status umschaltet, wenn das erste Ausgangssignal in der Weise aktiviert wird, daß ein Schaltvorgang vom Hysteresis-Typ geliefert wird. "
4-. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsstufe (10) einen ersten Transistor (30) aufweist, der einen Emitter, eine Basis und einen Kollektor aufweist, daß der Emitter mit der Eingangsklemme (8) der Eingangsstufe verbunden ist, daß die Basis mit der Steuerklemme (12) verbunden ist und daß der Kollektor mit der Ausgangsklemme (16) der Eingangsstufe derart verbunden ist, daß der erst genannte vorgegebene Wert einem Basis-Emitter-Vorwärts-Spannungsabfall entspricht.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannungsstufe (28) eine Einrichtung (50) aufweist, welche dazu dient, einen Vorspannungsstrom an den Steuerknoten (14) zu liefern, und daß sie weiterhin eine erste und eine zweite Einrichtung (4-2) und (48) aufweist, die in Reihe zwischen dem Steuerknoten (14-) und einer Quelle des Bezugspotentials angeordnet sind, daß die erste und die zweite Einrich-

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tung derart zu "betreiben sind, daß hie den Vorspannungsstrom führen und die Spannung an dem Steuerknoten auf einen Wert aufbauen, der sich im wesentlichen um zwei Basis-Emitter-Vorwärts-Spannungsabfälle von dem Bezugspotential unterscheidet, sobald die Ausgangsklemme der Rückführstufe sich im zweiten Status befindet.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführstufe (20) einen zweiten Transistor (4-0) aufweist, der einen Emitter, eine Basis und einen Kollektor hat, daß der Emitter mit einer Quelle des Bezugspotentials verbunden ist, daß der Kollektor mit dem Steuerknoten (14-) verbunden ist und daß die Basis auf das erste Ausgangssignal anspricht, welches durch die Eingangsklemme der Rückführstufe geliefert wird, um den zweiten Transistor (40) zwischen dem durchlässigen und dem nicht durchlässigen Zustand umzuschalten, so daß die Ausgangsklemme der Rückführstufe jeweils in den ersten bzw. zweiten Status gebracht wird.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführstufe weiterhin folgende Teile aufweist: Einen dritten Transistor (32), der zumindest einen Kollektor aufweist, daß der dritte Transistor mit der Eingangskiemme der Rückführstufe verbunden ist und auf das erste Ausgangssignal anspricht, um an dem Kollektor ein zweites Ausgangssignal zu liefern, und einen vierten Transistor (38) der mit dem Kollektor des dritten Transistors verbunden ist, daß der vierte Transistor wenigstens einen Kollektor aufweist, der mit der Basis des zweiten Transistors verbunden ist,

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und daß der vierte Transistor auf das zweite Ausgangssignal anspricht, um den zweiten Transistor zwischen dem durchlässigen und dem nicht durchlässigen Zustand umzuschalten.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5» dadurch g e kennzeichnet, <feß eine Klammerstufe oder Begrenzungsstufe (52) vorgesehen ist, die zwischen der Eingangsklemme und der Eingangs stufe" angeordnet ist, und daß eine Quelle für das Bezugspotential vorhanden ist, um die Spannung des Wechselsignals dagegen zu begrenzen, daß sie sich von dem Bezugäpotential um mehr als den zweit genannten Wert, unterscheidet.
9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Klämmerstufe oder Begrenzungsstufe einen Transistor (52) aufweist, der einen Emitter, eine Basis und einen Kollektor aufweist, daß der Emitter mit der Eingangsklemme (8.) der Eingangsstufe verbunden ist, daß die Basis mit der ersten und der zweiten Einrichtung (42 und 48) an einem in Reihe geschalteten Knoten (44) verbunden ist und daß der Kollektor mit einer Quelle für das Bezugspotential verbunden ist, so daß der zweit genannte Wert zwei Basis-Emitter-Vorwärts-Spannungsabfallen entspricht.

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