DD231658A1 - Anzeigeschaltung mit leuchtdioden - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anzeigeschaltung mit Leuchtdioden zur Signalisierung dreier Spannungszustaende, die vorzugsweise in der elektronischen Messtechnik angewendet wird. Ziel und Aufgabe der Erfindung ist es, eine von den Ausgangssignalen zweier Operationsverstaerker in Komparatorfunktion angesteuerte Anzeigeschaltung anzugeben, die einen geringen schaltungstechnischen Aufwand erfordert, die die Verwendung universeller Operationsverstaerkertypen gestattet, die eine eindeutige Anzeige sichert, die eine freie Festlegung der Anzeigehelligkeit ermoeglicht und kurzschlussfest ist. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass bei positiven auszuwertenden Spannungen drei Leuchtdioden mit ihren Anoden verbunden sind, dass die Katode einer Leuchtdiode an Masse angeschlossen ist, dass die Katoden der uebrigen zwei Leuchtdioden ueber jeweils einen Widerstand mit den Ausgaengen der Operationsverstaerker verbunden sind, und dass zu jeder dieser beiden Leuchtdioden eine Universaldiode antiparallelgeschaltet ist. Fig. 1

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Anzeigenschaltung mit Leuchtdioden zur optischen Signalisierung dreier Spannungszustände, die vorzugsweise in der elektrischen Meßtechnik angewendet wird.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist allgemein bekannt, daß zur Auswertung von Sollzuständen physikalischen Größen, die sich mittels geeigneter Sensoren in Spannungswerte umwandeln lasse, Fensterkomparatoren bzw. Schwellwertschalter mit Operationsverstärkern verwendet werden.

Je nach der Größe einer auszuwertenden Spannung ergeben sich an den Ausgängen der als Komparatoren betriebenen Operationsverstärker unterschiedliche Schaltzustände bzw. Polaritäten der Ausgangsspannungen, die durch Leuchtdioden optisch signalisiert werden.

Die meisten der gegenwärtig zur Verfügung stehenden Operationsverstärker sind bezüglich der Größe ihrer Ausgangsströme zum direkten Betreiben von Leuchtdioden geeignet. In einer bekannten Schaltung (Vollstädt, R.: Spannungsindikator mit Dreipunktverhalten, radio fernsehen elektronik, Berlin 30 (1981) 12, S. 811-812) erfolgt die Auswertung einer Spannung nach dem Komparatorprinzip mittels zweier eingangsseitig verbundener Operationsverstärker.

Durch drei Leuchtdioden erfolgt die Anzeige eines Soll-, Über- und Unterbereiches.

Die Nachteile dieser Schaltung bestehen darin, daß zwei zusätzliche Schalttransistoren benötigt werden, und daß durch die Notwendigkeit der Verwendung von Z-Dioden eine beliebige Helligkeitsfestlegung der Leuchtdiode für den mittleren Bereich nicht möglich ist.

Eine andere bekannte Schaltung (Skribanowitz, G-: Spannungsindikator, radio fernsehen elektronik, Berlin 32 [1983] 5, S.300 arbeitet ebenfalls nach dem Komparator-Prinzip, benötigt jedoch zum Betreiben der drei Leuchtdioden keine zusätzlichen Transistoren.

Nachteile der Schaltung sind darin zu sehen, daß nur Operationsverstärker mit offenem Kollektor verwendet werden können, und daß in bezug auf diezu den Leuchtdioden führenden Leitungen keine Kurzschlußfestigkeit gegeben ist. Weiterhin sind zu der Leuchtdiode für den mittleren Spannungsbereich (Sollbereich) in Abhängigkeit von der Größe der Betriebsspannung eine bzw. mehrere Universaldioden in Reihe geschaltet, um ein Mitleuchten derselben zu vermeiden. Dadurch ist die Angleichung der Helligkeit dieser Leuchtdiode an die der anderen beiden Leuchtdioden problematisch.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, eine Anzeigeschaltung mit Leuchtdioden zur optischen Signalisierung dreier Spannungszustände zu realisieren, die bei hoher Zuverlässigkeit einen geringen schaltungstechnischen Aufwand erfordert und durch Kurzschlußfestigkeit Schäden an den Halbleiterbauelementen verhindert.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anzeigeschaltung mit Leuchtdioden zur Signalisierung dreier Spannungszustände hinter zwei als Komparatoren betriebene Operationsverstärker anzugeben, die die Verwendung universeller Operationsverstärkertypen gestattet, die eine eindeutige Anzeige sichert, indem jeder darzustellende Zustand nur durch eine Leuchtdiode signalisiert wird, während die übrigen Leuchtdioden stromlos bleiben und die eine freie Festlegung der Anzeigehelligkeit der Leuchtdioden ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß drei Leuchtdi^den bei positiven auszuwertenden Spannungen mit ihren Anoden verbunden sind, daß zwei dieser Leuchtdioden mit ihren Katoden über jeweils einen Widerstand an die Ausgänge der Operationsverstärker angeschlossen sind, daß zu jeder dieser beiden Leuchtdioden eine Universaldiode antiparallel geschaltet ist und daß die dritte Leuchtdiode katodenseitig mit dem Bezugspotential Masse verbunden ist. Bei einer positiven auszuwertenden Eingangsspannung Ue, die unter den beiden Vergleichsspannungen Uu (unterer zulässiger Spannungswert) und Uo (oberer zulässiger Spannungswert) liegt, hat der mit Uy beschaltete zweite Operationsverstärker eine negative Ausgangsspannung und der mit Uo beschaltete erste Operationsverstärker eine positive Ausgansspannung. Die Unterschreitung der beiden Vergleichsspannungen wird durch die am Ausgang des ersten Operationsverstärkers liegende Leuchtdiode signalisiert, wobei ihr Strompfad über die am Ausgang des zweiten Operationsverstärkers angeordnete Universaldiode führt. Durch die vorliegenden Spannungsfälle der in Flußrichtung liegenden Dioden bleibt die gegen Massen geschaltete Leuchtdiode im nichtbleibenden Zustand.

Bei einer positiven auszuwertenden Eingangsspannung Ue, die über den beiden Vergleichsspannungen Uo und Uu liegt, kehren sich die Polaritäten der Ausgangsspannungen um. Bedingt durch den symmetrischen Aufbau leuchtet die am Ausgang des zweiten Operationsverstärkers angeordnete Leuchtdiode und signalisiert die Überschreitung der beiden Vergleichsspannungen. Ihr Strompfad führt demzufolge über die am Ausgang des ersten Operationsverstärkers liegende Universaldiode. Auch in

disesem Fall verbleibt die gegen Masse geschaltete Leuchtdiode im nichtbleibenden Zustand. Liegt die Eingangsspannung U_E innerhalb des Bereiches der beiden Vergleichsspannung Uu und Uo, so führen beide Ausgänge der Operationsverstärker gleich große positive Spannungen. In diesem Zustand sind die Leuchtdioden für die Anzeige des Über- und Unterbereiches gesperrt und die gegen Massen angeordneten Leuchtdiode signalisiert diesen Bereich (z.B. Sollbereich), wobei beide Universaldioden den Strompfad sichern.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß für negative auszuwertende Eingangsspannungen alle Leuchtdioden und Universaldioden in entgegengestetzer Polung angeordnet sind. Da die negativen Eingangsspannungen eine Umkehrung der Ausgangspolaritäten der Operationsverstärker in bezug auf die drei darzustellenden Zustände bewirken, ist durch Umpolen aller Dioden eine identische Anzeige, wie in der Anzeigeschaltung für positive Eingangsspannung beschrieben, hergestellt.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der gegen Masse angeordneten Leuchtdiode ein Widerstand parallelgeschaltet wird.

Dieser Widerstand bildet zusammen mit der Leuchtdiode einen Stromteiler und gestattet eine Reduzierung der Helligkeit dieser Leuchtdiode.

Die Widerstände können zusammen mit den Universaldioden auf einer Schaltplatine angeordnet werden, so daß eine von der übrigen Schaltung unabhängige Montage der drei Leuchtdioden auf einer Frontplatte (Paneel, Sichtanzeigetafel usw.) möglich

Durch die strombegrenzende Wirkung der an den Ausgängen der Operationsverstärker angeordneten Widerstände haben Kurzschlüss&der zu den Leuchtdioden führenden Leitungen sowohl gegeneinander, als auch gegen Masse, keine Zerstörung der Halbleiterbauelemente zur Folge.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.

Fig. 1 ·. das Schaltbild einer erfindungsgemäßen Anzeigeschaltung mit Leuchtdioden zur Signalisierung dreier

Spannungszustände für positive Spannungen am Eingang der Operationsverstärker; Fig. 2: das Schaltbild einer erfindungsgemäßen Anzeigeschaltung mit Leuchtdioden zur Signalisierung dreier

Spannungszustände für negative Spannungen am Eingang der Operationsverstärker; Fig.3: eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung.

Wie aus Figur 1 hervorgeht, sind der erfindungsgemäßen Anzeigeschaltung zwei als Komparatoren arbeitende Operationsverstärker 1 und 2 zur Ansteuerung vorgeschaltet.

Entsprechend dem bekannten Fensterkomparator sind am Eingang der Operationsverstärker 1 und 2 eine obere zulässige Vergleichsspannung Uo, eine untere zulässige Vergleichsspannung Ug und die auszuwertende Eingangsspannung Ue wirksam. Über die Widerstände 3 und 4 sind die Leuchtdioden 5 und 6 katodenseitig an die Ausgänge der Operationsverstärker 1 und 2 angeschlossen. Die Anoden der Leuchtdioden 5 und 6 sowie die Anode einer weiteren Leuchtdiode 7 sind miteinander verbunden.

Die Katode der Leuchtdiode 7 ist an Masse geschaltet. Funktionswirksam wird die Anzeigeschaltung durch Antiparallelschaltung einer Universaldiode 8 zu der Leuchtdiode 5 und einer Universaldiode 9 zu der Leuchtdiode 6. Entsprechend dem zu signalisierenden Zustand, z. B. bei Überschreitung der Toleranzgrenze Uo, liegt am Ausgang des Operationsverstärkers 1 eine negative Spannung und am Ausgang des Operationsverstärkers 2 eine positive Spannung, so daß die Leuchtdiode 5 (z. B. mit der Farbe rot) leuchtet, da ihr Strompfad über die Universaldiode 9 führt.

Bei Unterschreitung der Toleranzgrenze Uu kommt es zu einer Umkehrung der Polarität der Ausgangsspannungen an den Operationsverstärkern 1 und 2, so daß dieser Zustand von der Leuchtdiode 6 (z. B. mit der Farbe gelb) signalisiert wird, da ihr Strompfad über die Universaldiode 8 führt.

Liegt die auszuwertende Eingangsspannung Ug innerhalb der Vergleichswerte. Uu und Uo, was dem Sollbereich entspricht, so führen beide Operationsverstärker gleichgroße positive Ausgangsspannungen, so daß dieser Zustand durch die Leuchtdiode (z. B. mit der Farbe grün) signalisiert wird. Ihr Strompfad führt über die beiden Universaldioden 8 und 9. Für die Spannungsabfälle an den Universaldioden 8 und 9 befinden sich die Leuchtdioden 5 und 6 in Sperrichtung. Bei Anzeige des Über- bzw. Unterbereiches bleibt die den Sollbereich signalisierende Leuchtdiode 7 im nichtleitenden Zustand.

Die Widerstände 3 und 4 werden entsprechend dem gewünschten Leuchtdiodenstrom dimensioniert und allgemein gleichgroß -gewählt.

In Figur 2 ist die erfindungsgemäße Anzeigeschaltung für negative Spannungen (Ug, Uu und Uo) am Eingang der Operationsverstärker 1 und 2 dargestellt.

In diesem Anwendungsfall haben die Ausgangssignale gegenüber einer Ansteuerung mit positiven Eingangsspannungen bei den drei zu signalisierenden Zuständen entgegengesetze Polaritäten.

Durch Umpolen der Leuchtdioden 5,6 und 7 sowie der Universaidioden 8 und 9 wird eine identische Anzeige zu der nach Figur beschriebenen Schaltu g erreicht.

In der Darstellung nach Figur 3 ist der Leuchtdiode? ein zusätzlicher Widerstand 10 parallelgeschal+et, der eine Stromteilung bewirkt, so daß im Bedarfsfall eine Änderung der Helligkeit dieser Diode möglich ist.

Durch entsprechende Dimensionierung der Widerstände 3,4 und 10 können toleranz- und leuchtfarbenbedingte Helligkeitsunterschiede der Leuchtdioden 5,6 und 7 ausgegelichen werden. Die praktische Realisierung der Schaltung sieht anstelle zweier Universaldioden 8 und 9, eine preisgünstigere Doppeldiode vor.

Diese Doppeldiode 8/9 kann z. B. zusammen mit den Widerständen 3,4 und 10 auf einer Schaltplatine angeordnet werden, so daß die zur Anzeige dienenden Leuchtdioden 5,6 und 7 unabhängig von den übrigen Bauelementen auf einer Frontplatte (Paneel, Lichtanzeigetafel usw.) montiert werden können. Bei einer deratigen Wahl der Trennstellen, haben Kurzschlüsse der zu den Leuchtdioden 5,6 und 7 führenden Leitungen gegeneinander, als auch gegen Masse, keine Zerstörung der Halbleiterbauelemente zur Folge, da die Widerstände 3 und 4 eine Begrenzung des Kurzschlußstromes bewirken.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   1. Anzeigeschaltung mit Leuchtdioden zur Signalisierung dreier Spannungszustände, die von den Ausgangssignalen zweier als Komparatoren verwendeter Operationsverstärker angesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß für positive Eingangsspannungen an den Operationsverstärkern (1) und (2) drei Leuchtdioden (5,6 und 7) mit ihren Anoden verbunden sind, daß die Katode der Leuchtdiode (5) über einen Widerstand (3) an den Ausgang des Operationsverstärkers (1) und die Katode der Leuchtdiode (6) über einen Widerstand (4) an den Ausgang des Operationsverstärkers (2) angeschlossen ist, daß zu der Leuchtdiode (5) eine Universaldiode (8) und zu der Leuchtdiode (6) eine Universaldiode (9) antiparallelgeschaltet ist, und daß die Katode der Leuchtdiode (7) mit dem Bezugspotential Masse verbunden ist.
2. 2. Anzeigeschaltung mit Leuchtdioden zur Signalisierung dreier Spannungszustände nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für negative Spannungen am Eingang der Operationsverstärker die Leuchtdioden (5,6 und 7) sowie die Universaldioden (8) und (9) in entgegengesetzer Polung angeordnet sind.
3. 3. Anzeigeschaltung mit Leuchtdioden zur Signalisierung dreier Spannungszustände nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Widerstand (10) von dem gemeinsamen Verbindungspunkt aller Dioden nach Masse angeordnet ist.

   Hierzu 2 Seiten Zeichnungen