DE2760152C2

DE2760152C2 - Differenzverstärker

Info

Publication number: DE2760152C2
Application number: DE2760152A
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl.-Ing. 7140 Ludwigsburg Jundt; Herman 7141 Schwieberdingen Roozenbeek
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1977-02-18
Filing date: 1977-02-18
Publication date: 1985-06-20
Also published as: FR2381418A1; JPH027204B2; GB1587354A; JPS53103366A; BR7800958A; US4159431A; DE2706935C2; FR2381418B1; DE2706935A1

Description

Vorteile der Erfindung

ίο Der erfinduiigsgemäße Differenzverstärker mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß auch bei sinkender Versorgungsspannung der Differenzverstärker nicht in einen unkontrollierten Bereich gerät, sondern seine Ausgangsspannung auch bei stark gesunkener Betriebsspannung definiert bleibt.

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

Besonders günstig ist, einen solchen Differenzverstärker zweistufig auszuführen. Vorzugsweise zwischen der ersten und der zweiten Stufe ist ein Impedanzwandler vorsehbar, dessen beide Ausgänge über eine Summationss'iufe einer Spannungsvergleichsschaltung zur Steuerung der Stromquelle zuführbar sind. Das Regelverhalten ist dadurch besonders einfach zu erzeugen. Dem Differenzverstärker können auch andere elektrische Schaltungen nachgeschaltet sein. Besonders vorteilhaft ist es auch, die der Spannungsvergleichsschaltung zugeführte Referenzspannung spannungs- und/ oder temperaturabhängig auszuführen. Dadurch sind bestimmte Spannungs- und Temperaturschwankungen leicht ausgleichbar. Dem Differenzverstärker ist vorteilhafterweise eine Schmitt-Trigger-Schaltung nachschaltbar, die ein definiertes Schaltverhalten aufweist.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Differenzverstärker,

F i g. 2 Einzelheiten des in F i g. 1 verwendeten Differenzverstärkers und

F i g. 3 ein Diagramm zur Erläuterung der Funktionsweise des Differenzverstärkers.

Zusammenfassung

Es wird ein Differenzverstärker vorgeschlagen, der eine regelbare Stromquelle aufweist, wobei die regelbare Stromquelle den Gleichspannungsarbeitspunkt bei sinkender Versorgungsspannung in Richtung Versorgungsspannung verschiebt. Dadurch wird erreicht, daß auch bei absinkender Betriebsspannung der Differenzverstärker nicht in undefinierbare Zustände gerät.

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Differenzverstärker nach der Gattung des Hauptanspruchs. Übliche Differenzverstärker weisen Versorgungsstromquellen auf, die den Differenzverstärker mit einem konstanten Strom versorgen. Aus der US-PS 34 40 554 ist es bekannt, die Versorgungsstromquelle regelbar auszubilden. Dadurch sollen Temperaturabhängigkeiten besel· Beschreibung der Erfindung

In F i g. 1 ist in einem Blockschaltbild schematisch eine elektrische Schalteinrichtung mit Verstärker dargestellt. Von einem Geber 20, der beispielsweise ein HeIl- oder Induktionsgeber sein kann, werden die von diesem abgegebenen Impulse einen Differenzverstärker 21 zugeführt, dessen Ausgänge beispielsweise mit einem Schmitt-Trigger 22 und 23 der vorbeschriebenen Art in Verbindung stehen. Die Ausgänge des Differenzverstärkers werden außerdem einem Summier- und Spannungsvergleichsschaltung 24 zugeführt, dessen Ausgang wiederum zu einer steuerbaren Stromquelle 25 führt. Diese Stromquelle 25 steht einerseits mit dem Differenzverstärker 21, andererseits mit der gemeinsamen Masseleitung in Verbindung. Der Summierer und Spannungsvergleichsschaltung 24 hat die Aufgabe, die Stromquelle 25 so zu steuern, daß eine Änderung der Gleichspannungsarbeitspunkte des Differenzverstär-

kers entgegengewirkt wird. Nähere Einzelheiten sind anhand des in F i g. 4 dargestellten Differenzverstärkers erläutert

In Fig.2 ist ein Differenzverstärker d?rgestellt, der von einer steuerbaren Stromquelle gespeist wird. Ein Eingang des Differenzverstärkers steht mit der Basis eines Transistors 30 ein weiterer Eingang mit der Basis eines Transistors 31 in Verbindung. Vom Kollektor des Transistors 30 führt eine Leitung einerseits über einen Widerstand 32 zu einer Spannungsversorgungsieivung 33, andererseits zur Basis eines Transistors 34. Vom Kollektor des Transistors 31 führt einerseits eine Leitung über einen Widerstand 35 zu der Versorgungsleitung 33, andererseits zur Basis eines Transistors 36. Die Kollektoren der Transistoren 34 und 36 stehen mit der Versorgungsleitung 33 in Verbindung. Der Emitter des Transistors 34 führt einerseits einen Widerstand 37 und einen Widerstand 38 zu einem gemeinsamen Massepunkt Ebenso führt der Emitter des Transistors 36 über Widerstände 39 und 40 zu einem gemeinsamen Massepunkt Zwei weitere Widerstände 41 und 42 führen vom Emitter des Transistors 34 zum Kollektor eines Transistors 43. Zwei weitere Widerstände 44 und 45 führen vom Emitter des Transistors 36 zum Kollektor eines Transistors 46. Die Basis des Transistors 43 ist mit der Leitung zwischen Widerstand 37 und 38, die Basis des Transistors 46 mit der Leitung zwischen den Widerständen 39 und 40 verbunden. Die Emitter der Transistoren 43 und 46 stehen beide gemeinsam über einen Widerstand 47 mit gemeinsamen Massepunkt in Verbindung. Zwischen Widerstand 41 und 42 führt eine Leitung über eLien Widerstand 48 zu einem Summationspunkt 50. Ebenso führt eine Leitung, die zwischen Widerstand 44 und 45 angeschlossen ist, über einen Widerstand 49 zum Summationspunkt 50. Vom Summationspunkt 50 führen eine in Durchlaßrichtung geschaltete Diode 51 und ein Widerstand 52 zum gemeinsamen Massepunkt. Weiterhin führt vom Summationspunkt 50 ein Widerstand 53 zur Basis eines Transistors 54, dessen Kollektor über einen Widerstand 55 mit der Versorgungsleitung 33 in Verbindung steht. Der Emitter des Transistors 54 steht einerseits über einen Widerstand 56 mit dem gemeinsamen Massepunkt, andererseits über einen Widerstand 57 mit der Versorgungsleitung 33 in Verbindung. Am Kollektor des Transistors 54 sind weitere Widerstände 58 und danachfolgend 59 angeschlossen die zum gemeinsamen Massepunkt führen. Die Basis eines Transistors 60 ist zwischen Widerstand 58 und 59 angeschlossen. Der Kollektor des Transistors 60 steht mit der geineinsamen Versorgungsleitung 33 in Verbindung. Der Emitter des Transistors 60 ist zusammen mit dem Emitter eines Transistors 61 über einen Widerstand 62 mit der gemeinsamen Masseleitung verbunden. Die Basis des Transistors 61 steht einerseits über einen Widerstand 63 mit dem gemeinsamen Massepunkt, andererseits über einen Widerstand 64 mit der Versorgungsleitung 33 in Verbindung. Der Kollektor des Transistors 61 führt zur Mittelanzapfung eines Potentiometers 65. Die beiden weiteren Anschlußpunkte des Potentiom« ters 65 sind jeweils die Emitter der Transistoren 30 bzw. 31.

Die Funktionsweise der Schaltung nach F i g. 2 ist anhand der Diagramme nach Fig.3 erläutert. Zwischen den Basen der Transistoren 30 und 31 liegen beispielsweise Impulse 5a eines Impulsgebers an. Diese werden verstärkt und an die Transistoren 34 bzw. 36 übertragen. An der Basis des Transistors 34 liegt dann das Signal 5b, an der Basis des Transistors 36 das Signal 5c an. Nach der Impedanzwandlung werden diese Signale durch die Transistoren 43 und 46 weiter verstärkt Am Kollektor des Transistors 43 liegt dann ein Signal Sd, am KoIIektor des Transistors 46 ein Signal 5e an. In F i g. 5d und e sind mit gestrichelten Linien die Einschaltspannung 66 und die Ausschaltspannung 67 der nachfolgenden Schmitt-Trigger bei fester Versorgungsspannung eingezeichnet Das von den Schmitt-Triggern 22 und 23 abgegebene Signal ist in Fig.5f und Fig.5g dargestellt Die allgemeine Wirkungsweise von Differenzverstärkern isr in dem Buch »Halbleiterschaltungstechnik« von Tietze, Schenk, 2. Auflage, Seite 150 ff ausführlich beschrieben. Sinkt beispielsweise die Versorgungsspannung der Schaltung, so sinkt der Arbeitspunkt an den Basen der Transistoren 34 und 36 auf einen niedrigeren Spannungswert ab, da der Strom durch die Stromquelle aus den Transistoren 60 und 61 konstant gehalten wird. Das Sinken an den Basen der Transistoren 34 und 36 bedeutet aber ebenfalls eine sinkende Spannung an den Basen der Transistoren 43 und 46, da der Strom durch die Basisspannungsteiler reduziert wird. Eine sinkende Basisvorspannung bedeutet aber eine höhere Kollektorgleichspannung, die am Ausgang des Differenzverstärkers anliegt. Je nach Anwendungsfall ist aber beispielsweise eine konstante Kollektorausgangsgleichspannung zur Erhaltung der Schaltpunkte wünschenswert. Ein Bruchteil der zwischen den Widerständen 41 und 42 sowie 44 und 45 anliegenden Spannungen wird über die Widerstände 49 und 48 dem Summationspunkt 50 zugeführt, um eine Gleichspannung zu erhalten. Dies hat den Vorteil, daß die Spannungsverstärkung gut konstant gehalten werden kann. Da die Signale an den Emittern der Transistoren 34 und 36 gegenphasig anliegen, bleibt die Gleichspannung am Summationspunkt 50 auch bei anliegenden Signalen erhalten. Der am Summationspunkt 50 auftretende Wert sinkt mit sinkender Versorgungsspannung ebenfalls. Dies wird dadurch erreicht, daß die Widerstände 41 und 44 im Gegensatz zu den Widerständen 42 und 45 geringe Werte haben. Die Schaltungsanordnung ist auch dann funktionsfähig, wenn die Widerstände 41 und 44 statt an die Emitter der Transistoren 34 und 36 direkt an die Versorgungsleitung 33 angeschlossen sind. Die Widerstände 48 und 49 sind dann vorteilhafter Weise an die Emitter der Transistoren 34 und 36 anzuschließen. Durch die Verbindung mit den Emittern der Transistoren 34 und 36 wird erreicht, daß Parameteränderungen der Bauelemente, beispielsweise durch Alterung oder Temperaturunterschiede und damit verbundene Änderungen des Gleichspannungspotentials ebenfalls erfaßt werden. Eine sinkende Spannung am Summationspunkt 50 bewirkt einen geringeren Stromfluß durch den als Spannungsvergleicher geschalteten Transistor 54. Hier wird die an der Basis des Transistors 54 anliegende Spannung mit der am Emitter des Transistors 54 anliegenden Referenzspannung verglichen. Die Referenzspannung ist je nach Anwendungsfall konstant, temperaturabhängig oder spannungsabhängig oder in Kombination davon ausbildbar. Sinkt der Strom durch die Kollektor-Emitterstrecke des Transistors 54, steigt der über die Widerstandsstrecke 58,59 fließende Strom an. Transistor 60 wird weiter angesteuert. Der Strom durch den Transistor 60 steigt an. Dies bewirkt aber eine Abnahme des Stromes durch Transistor 61. Eine Abnahme des Stromes durch den Transistor 61 bedeutet aber nichts anderes als eine Reduzierung des Stromes der Stromquelle des Differenzverstärkers mit den Transistoren 30 und 31. Durch den verminderten Strom durch den Differenzverstärker verringert sich ebenfalls der Spannungsabfall an den Widerständen 32 und 35, so daß

an den Kollektoren der Transistoren 3Ö und 35 ein Gleichspannungspotential auftritt, das einer Änderung der Gleichspannungsarbeitspunkte entgegenwirkt. Eine höhere Spannung an den Basen der Transistoren 34 und 36 bedingt wiederum einen höheren Strom durch den Basisspannungsteüer der Transistoren 43 und 46, was eine Verminderung der Ausgangsgleichspannung an den Kollektoren der Transistoren 43 und 46 nach sich zieht. Werden dem Differenzverstärker vorzugsweise Schmitt-Trigger der eingangs geschilderten Art nachgeschaltet, verbleibt der Schmitt-Trigger im Ausschaltzustand des Transistors Γ2 im gesamten Spannungsversorgiingsbereich. Liegen am Eingang des Differenzverstärkers Signale unterschiedlicher Anfangsflankenrichtung an, ist es möglich, diese mittels des Differenzverstärkers und der nachgeschalteten Schmitt-Trigger nach der Richtung ihrer Anstiegsflanke zu unterscheiden. In Kraftfahrzeugen sind beispielsweise in Zündanlagen beim An- und Abschalten der Betriebsspannung Undefinierte Auslösungen des Zündschalters nicht möglich. Befindet sich beispielsweise ein dem Schmitt-Trigger nachfolgender Schalttransistor in geöffnetem Zustand, so bleibt er auch beim Abschalten der Versorgungsspannung in einem solchen, so daß ein Zündfunken unbeabsichtigt nicht ausgelöst werden kann.

Die Schaltung ist so aufgebaut, daß sie besonders einfach integrierbar ist

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

40

45

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Claims

Patentansprüche:

1. Differenzverstärker mit den Arbeitspunkt der Verstärker steuernden, regelbaren Stromquellen, die einer Änderung der Gleichspannungsarbeitspunkte des Differenzverstärkers entgegenwirken, dadurch gekennzeichnet, daß die regelbare Stromquelle (15) die Gleichspannungsarbeitspunkte bei sinkender Versorgungsspannung (Uv) in Richtung Versorgungsspannung verschiebt

2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzverstärker zweistufig ausgeführt ist, daß vorzugsweise zwischen erster und zweiter Stufe ein Impedanzwandler geschaltet ist und daß vorzugsweise die Ausgänge des Impedanzwandlers über eine Summationsstufe eir.er Vergleichsspannungsschaltung zjr Steuerung der Stromquelle zugeführt sind.

3. Verstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Stufe des Differenzverstärkers über die Transistoren (34,36) des Impedanzwandlers mit der Versorgungsspannung verbunden ist.

4. Verstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Summier- und Spannungsgleichstufe zwischen jeweils zwei Widerständen (41, 42, 44, 45) angeschlossen ist, die zwischen den Emittern der Invertertransistoren (34, 36) und den Kollektoren der Transistoren (43, 46) des zweiten Differenzverstärkers geschaltet sind.

5. Verstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektor-Widerstände (32, 35) der ersten Differenzverstärkerstufe, insbesondere zur Kompensation von Temperaturabhängigkeiten der Eingangssignale, temperaturabhängig ausführbar sind.

6. Verstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die der Spannungsvergleichsschaltung zugeführte Referenzspannung spannungs- und/oder temperaturabhängig ist.

7. Verstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Differenzverstärker eine Schmitt-Trigger-Schaltung nachgeschaltet ist.

tigt werden. Nachteilig ist jedoch, daß der Arbeitspunkt des Differenzverstärkers mit sinkender Spannung ebenfalls zu einer tieferen Spannung sinkt und beispielsweise nachfolgende Schmitt-Trigger bei geringen Versorgungsspannungen zu unkontrolliertem Schalten veranlassen.