AT214526B - Gleichspannungs-Überwachungsschaltung - Google Patents

Description

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    Gleichspamungs-Überwachungsschaltung   
Für eine gute Wirkung einzelner   kommerzieller Fernmeldeeinrichtungen und vieler Messvorrichtungen   wird die Anforderung gestellt, dass eine odermehrere Speisespannungen für die   Empfangs-oder Sendeappa-   ratur oder für die Messvorrichtung innerhalb bestimmter Grenzen bleiben. Diese Anforderung wird im allgemeinen mit Hilfe einer oder mehrerer   Gleichspannungs-Stabilisiervorrichtungen erfüllt.   Diese arbeiten aber auch nicht immer einwandfrei und ausserdem vermögen sie die Speisespannung nur dann zwischen bestimmten engen Grenzen zu halten, wenn sich die zugeführte zu stabilisierende Spannung nicht zu stark ändert.

   Ungewöhnlich starke Änderungen können insbesondere bei über eine Übertragungsleitung gespeisten   Femmeldeeinrichtungen   auftreten, u. zw. infolge einer starken Änderung der Leitungsdämpfung. Solche Änderungen können eine praktische Unterbrechung der Verbindung oder eine unzulässige Verzerrung oder Übersprechen zur Folge haben. In Messvorrichtungen geben solche unbemerkte Änderungen zu unbemerkten, häufig ins Gewicht fallenden Messfehlern Anlass. 



   Um die unter gewissen Umständen sehr nachteiligen. Folgen einer Überschreitung der zulässigen Grenzen durch eine Speisespannung auf ein Mindestmass zu beschränken und die unzulässigen Änderungen dieser Spannung auch anzuzeigen, ist es bekannt, eine Überwachungsschaltung zu verwenden. Aus der Zeit- 
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 welche einen als bistabilen Trigger arbeitenden rückgekoppelten Verstärker und eine Bezugsspannungsquelle enthält, die eine Steuerelektrode eines Verstärkerelementes des Verstärkers derart polarisiert, dass bei Eingangsgleichspannungen mit einem Wert, der an einer bestimmten Seite eines Schwellenwertes liegt, der Hauptstromkreis dieses Elementespraktisch gesperrt ist.

   Um eine Gleichspannung hinsichtlich des Überschreitens eines   Höchst-und   Mindestwertes   zu-überwachen, könnte man naturgemäss   eine Kombination zweier   s. o1cher Schaltungen. z. B. zur   Steuerung der Erregung eines Relais, anwenden. Die auf diese Weise   aufgebaute Überwachungsschaltung   wäre aber im Verhältnis zum angestrebten Ziel   verhältnismässig   umfangreich, kostspielig und kompliziert. 



   Die vorliegende Erfindung schafft eine sehr einfache Gleichspannungs-Überwachungsschaltung der beschriebenen Art, durch. die eine Gleichspannung sowohl hinsichtlich des Überschreitens eines   Mindestwer-   tes als. auch eines Höchstwertes überwacht werden kann. Diese Schaltung weist das Kennzeichen auf, dass die Verstärkung und der   Rilckkopplungsfaktor   des Verstärkers derart gewählt sind, dass, wenn die Eingangsgleichspannung den erwähnten Schwellenwert überschreitet, dieser Verstärker oszilliert, und dass der Hauptstromkreis eines Verstärkerelementeseinenso hohen Belastungswiderstand enthält, dass, wenn die Eingangs- 
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 überschreitet, dieses Verstärkerelementdie Verstärkung des Verstärkers, einschliesslich seiner Rückkopplung, kleiner wird als 1 und der Verstärker somit nicht mehr oszilliert.

   Ein Relais kann derart mit dem Verstärker gekoppelt werden, dass es in Abahängigkeit vom Oszillieren oder Nicht-Oszillieren des Verstärkers erregt wird. 



   Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert, deren zwei Figuren   die Schaltbilder zweier   Ausführungsbeispiele der   Gleichspannungs-Überwachungsschaltung   nach der Erfindung darstellen. 
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 ldajgestellt & Gleichspannungs-Üben'wachungsschstärker mit Transistoren l und 2, in diesem Falle der   pnp-Art.   Die beiden Transistoren werden von der   negativen Klemme-Vv   einer Spannungsquelle gespeist, der gleichzeitig eine Bezugsspannung mittels eines Widerstandes 3 und einer als Stabilisator arbeitenden Zenerdiode 4 entnommen wird. Die Emitter- 

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 elektroden der beiden Transistoren liegen an Erde und an der positiven Klemme der Speisequelle Über von Kondensatoren 6 bzw. 8   Nberbrüchte   Widerstände 5 bzw. 7.

   Die Kollektorelektrode   des TMnaistcax l liegt   an der gemeinsamen Klemme des Widerstandes 3 und der Diode 4, und somit an der stabilisierten Spannung, über die Primärwicklung 9 eines Kupplungstransformators   10 und   einen Widerstand 12 solchen Wertes, dass dieser Transistor verhältnismässig leicht   gesättigt"bottomed"werden   kann. Die Basiselektrode des Transistors l liegt an der Eingangsklemme über einen   Reihenwiderstand   13. Ein. Widerstand 14 bildet, samt dem   Emitterwiderstand   5, einen Spannungsteiler, so dabei gesperrtem Transistor 1 seine Emitterelektrode auf einem stabilisierten Bezugspotential gehalten wird. 



   Der Transformator 10 besitzt eine Sekundärwicklung 11, die im Basiskreis des Transistors 2 liegt, in 
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 sistors 2 enthält die Erregerwicklung 17 eines Relais, die direkt an die   Klemme"Vv   angeschlossen ist. Die Schaltung enthält weiterhin einen Detektor mit einer Diode 18 und einem Widerstand 19, über den die Diode in Sperrichtung polarisiert wird. Der gemeinsame Punkt des Widerstandes 19 undderDiode 18 ist mittels eines Kondensators 20 mit der Kollektorelektrode des Transistors 2 gekoppelt. 



   Der Widerstand 19 liegt einerseits an der stabilisierten Speisespannung und die Kathode der Diode 18 ist mit der Emitterelektrode des Transistors 2 verbunden. Mit dem gemeinsamen Punkt   diese. r. Diode und   dieses Widerstandes ist eine weitere Diode 21 in der Durchlassrichtung verbunden. Die Anode dieser Diode 
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 negatives Bezugspotential aufweist, während seine Basiselektrode über den   Widerstand : 13   und den Eigenwiderstand der Eingangsspannungsquelle auf Erde potential liegt. Der Transistor 2 ist aber schwach stromführend, da seiner Basiselektrode über den Widerstand 19, die Diode 21, den Widerstand 22 und die Wicklung 11 eine kleine Vorwärtsspannung zugeführt wird. Sein Ruhestrom beträgt etwa 0, 5 mA. 



   Wenn eine an die obere Eingangsklemme und, über den Widerstand 13, an   Basiselektrode   des Transistors 1 gelegte negative Spannung Vi einen ersten Schwellenwert erreicht, wird dieser Transistor stromführend. Dieser Schwellenwert ist etwas grösser als   diestabillsierte   Bezugsspannung seiner Emitterelektrode. Sobald der Transistor 1 stromführend wird, beginnt der Verstärker als   l (ipposzillator   zu arbeiten, da die Verstärkung über die aus dem Transistor   1,   dem Transformator   10,   dem Transistor 2, dem Kondensator 20, der Diode 21 und dem Kondensator 23. bestehende geschlossene Schleife   grösser als 1 ist.   



  Dabei wird die Frequenz der erzeugten Schwingungen durch den Transformator 10 und durch das Kopplungnetzwerk mit den Kondensatoren 20 und 23 bedingt, welches Netzwerk auch gewissephasendrehende Eigenschaften aufweist. Der Transistor 1 ist abwechselnd gesättigt und gesperrt und die an der Wicklung 17 erzeugten und über den Kondensator 20 übertragenen Schwingungen werden von den Dioden 18 und 21 gleichgerichtet, welche samt den Kondensatoren 20,16 und 8 einen spannungsverdoppelnden Gleichrichter bilden.

   Dabei hat der gemeinsame Punkt des Widerstandes 19 und der Diode 18 anfänglich ein negatives   Schwellenpotentla1.   das sowohl durch die Spannung an der Zenerdiode 4 und den Wert der Widerstände   19 ;   22 und 15, also auch durch den Basisstrom des Transistors 2 im Ruhezustand und   durch den anfänglicJien   Durchlasswiderstand der Diode 21 bedingt ist. Durch Gleichrichtung der erzeugten Schwingungen wird dieser gemeinsame Punkt stärker negativ, so dass die der Basiselektrode des Transistors 2 aber die Diode 21 und den Widerstand 22 zugeführte negative Verspannung auch zunimmt. Der Transistor 2 wird dabei stark stromfUhrend und das Relais mit der Erregerwicklung 17 wird erregt. Diese Wirkung wird noch dadurch begünstig, dass der Widerstand der Diode 21 bei zunehmendem Strom durch diese Diode abnimmt. 



   Wenn das negative Potential an der oberen Eingangsklemme weiter zunimmt, oszilliert der Verstärker weiter und das Relais mit der Erregerwicklung 17 bleibt erregt, bis der Wert dieses Potentials einen zweiten Schwellenwert überschreitet. Bei Zunahme des negativen   Eingangspotentials   nimmt tatsächlich der mittlere Basisstrom des oszillierenden Transistors 1 und demnach auch sein Kollektorstrom   zu, bia die-   
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   Wenn der Wert des negativen Eingangspotentials wieder abnimmt, beginnt der   Verstärker   wieder zu oszillieren, sobald dieser Wert den zweiten Schwellenwert unterschreitet und der Transistor l aus seinem Sättigungszustand herauskommt. Der Verstärker oszilliert dann weiter, bis das negative   Einganpotential   bis unter den ersten Schwellenwert herabgesunken und der Transistor 1 wieder gesperrt ist. 



   Infolge der   Gleicbstromrtlckkopplung   über die Diode 21 und den Widerstand 22 wird das Relais stets 

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 bei oszillierendem Verstärker erregt, während der Ruhestrom des Transistors 2 zur Erregung des Relais nicht ausreichend-ist. 



   Die Diode 21 kann naturgemäss durch eine andere veränderliche Impedanz ersetzt werden, deren Wert in   Abhängigkeit   von den gleichgerichteten Verstärkerschwingungen sich derart ändert, dass der Rückkopplungsfaktor beim Vorhandensein von   Verstärkerschwingungen   zunimmt. Dabei wäre aber die Wirkung des Gleichrichters weniger gut. Das Vorhandensein der Diode 21 oder einer andern solchen veränderlichen Impedanz ist aus dem Grunde wichtig, dass dadurch ein plötzliches Erregen oder Auslösen des Relais in Abhängigkeit von der Eingangsgleichspannung bewirkt wird. 



   An Stelle des Transformators 10 kann auch, wie in Fig. 2 dargestellt, die Kollektorelektrode des ersten Transistors 1 mittels eines RC-Netzwerkes 12, 25 mit der Basiselektrode des zweiten Transistors 2 gekoppelt werden. Dies ändert nicht viel an der Wirkungsweise des Verstärkers, denn dieser Verstärker arbeitet als Kipposzillator, sobald das negative Potential an der oberen Eingangsklemme den vorerwähnten   ersten Schwellenwert überschreitet. Durch   Anwendung eines Transformators wird die Schaltung aber empfindlicher und/oder lassen sich Transistoren mit einem kleineren Stromverstärkungsgrad verwenden. 



   Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 wird der Erregungsstrom für das Relais 17 von einem dritten Transistor 24 geliefert. Dieser Transistor ist mit dem Kipposzillator mit den Transistoren 1 und 2 mittels des Transformators 10 gekoppelt, dessen Primärwicklung 9 im Kollektorkreis des Transistors 2 liegt und dessen Sekundärwicklung 11 den Basis-Emitterkreis des Transistors 24 bildet, derart, dass ein Stromimpuls durch den Kollektorkreis des Transistors 2 einen   Vorwärtsstromimpuls   im Basis-Emitterkreis des Transistors 24 erzeugt.

   Der niedrige Vorwärtseingangswiderstand des Transistors 24 ist mittels des Transformators 10 der Ausgangsimpedanz des Transistors 2 in stark stromleitendem Zustand angepasst, so dass der Transistor 24 bei jedem Stromimpuls durch den Kollektorkreis des Transistors 2   gesättigt "bottomed" wird.   Bei gesperrtem Transistor 2 ist der Transistor 24 auch gesperrt. 



   Parallel zur Primärwicklung 9 des Transformators 10 liegt ein kleiner Kondensator   23,   um die Wellenform der Kollektorstromimpulse etwas abzurunden und somit hohe Überharmonische zu unterdrücken. 



  Parallel zur Sekundärwicklung 11 liegt ein Gleichrichter 18, der die beim Sperren des Transistors 2 erzeugten grossen Gegenspannungsspitzen unterdrückt. Dieser Gleichrichter könnte auch durch einen Dämpfungswiderstand ersetzt werden. 



   Im Emitterkreis des Transistors 24 liegt ein Belastungswiderstand 27, dem bei oszillierendem Trigger eine   Alarmspannung   über ein Glättungsnetzwerk 28,29 entnommen werden kann. 



   Im   Kol1ektorkreis   des Transistors 24 liegt die Erregerwicklung des Relais 17 parallel zu einer Diode 30 zur Unterdrückung der beim Unterdrücken des Erregungsstromes über diese Wicklung auftretenden Spannungs- 
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 und Kollektor-ElektrodendesTransistors 24. Beim Oszillieren des Triggers mit den Transistoren 1 und 2 wird dieser Kondensator über den Emitter-Kollektorweg des Transistors 24 periodisch entladen und über die Wicklung des Relais 17 und den Widerstand 27 periodisch aufgeladen, so dass das Relais 17 kontinuierlich von einem Gleichstrom erregt ist. 



   In den beiden beschriebenen Ausführungsbeispielen kann der Verlauf der Basisstrom-Basisspannungskurve des Eingangstransistors 1 mit der Temperatur leicht mittels eines parallel oder in Reihe mit dem Widerstand 14 liegenden Widerstandes mit negativem Temperaturkoeffizienten ausgeglichen werden. Zu demselben Zweck könnte man auch einen Widerstand mit positivem Temperaturkoeffizienten parallel oder in Reihe mit dem Widerstand 5 verwenden. Auf diese Weise würde man jedoch die beiden Schwellenwerte der Überwachungsschaltung beeinflussen, was nicht erwünscht ist, da der zweite Schwellenwert innerhalb des zulässigen Temperaturbereiches nahezu unabhängig von der Temperatur ist. 



   Die beschriebene   Gleichspannungs- Überwachungsscl1altung   kann in allen solchen Fällen Anwendung finden, in denen eine Gleichspannung oder eine von irgendeiner Grösse abgeleitete Gleichspannung   zwei.   sehen zwei bestimmten Grenzen gehalten werden muss, z. B. zur Überwachung und/oder Regelung irgendeines chemischen oder physikalischen Vorganges. Sie eignet sich insbesondere als Alarmschaltung für einen   alarmierenden Pilot-Empfänger   eines Femmeldesystems. 

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Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE : l. Gleichspannungs-Überwachungssehaltung mit einem rückgekoppelten Verstärker und einer Bezugsspannungsquelle (3-6 und 14), welche eine Steuerelektrode eines Verstärkungselementes (1) des Verstär- EMI3.2 einejr be-stimmten Seite eines Schwellenwertes liegt, der Hauptstromkreis (9,12) dieses Elementes (1) praktisch gesperrt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkung und der Rückkopplungsfaktor des Verstär- <Desc/Clms Page number 4> kers (1, 2, 10) derart gewählt sind, dass, wenn die Eingangsgleichspannung (Vi) den erwähnten Schwellenwert überschreitet, dieser Verstärker oszilliert, und dass der Hauptstromkreis (9,12) eines Verstärkerelementes (1) einen so hohen Belastungswiderstand (12) enthält, dass,

   wenn die Eingangsgleichspannung (Vi) einen zweiten Schwellenwert überschreitet, dieses Verstärkerelement (1) gesättigt wird, so dass die Ver- EMI4.1 Verstärker (1, 2) gekoppelt ist, dass es in Abhängigkeit vom Oszillieren oder Nicht-Oszillieren des Verstärkers (1, 2) erregt wird (z. B. Fig. l).

   3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz zwischen der zu überwachenden Spannung (Vi) und der Bezugsspannung den Eingangselektroden eines ersten Verstärkerelementes (1) des Verstärkers (1, 2) zugeführt wird, dessen Hauptstromkreis (9, 12) den erwähnten hohen Belastungswiderstand (12) enthält (z. B. Fig. l).

   4. Schaltung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Verstärker (1, 2, 10) ein Gleichrichter (18,21, 22) gekoppelt ist, der durch Gleichrichtung der Verstärkerschwingungen eine Polarisationsspannung für eine Steuerelektrode eines Verstärkerelementes (2) erzeugt (z. B. Fig. 1).

   5. Schaltung nach den Ansprüchen 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Erregungsstrom des Relais (17) vom erwähnten, mittels des Gleichrichters (1. 8, 21,22) polarisierten Verstärkerelementes (2) ge- steuert wird (z. B. Fig. l).

   6. Schaltung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das mit Hilfe des Gleichrichters (18,21, 22) gesteuerte Verstärkerelement (2) einen Teil des rückgekoppelten Verstärkers (1, 2,10) bildet, so dass mit Hilfe des Gleichrichters (18,21, 22) eine positive Gleichstromrückkopplung herbeigeführt wird (Fig. l).

   7. Schaltung nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Erregerwicklung des Relais (17) als Belastungsimpedanz des mittels des Gleichrichters (18, 21,22) gesteuerten Verstärkerelementes (2) dient und dass die an dieser Wicklung erzeugte Spannung dem Gleichrichter (18,21, 22) zugeführt wird (Fig. 1).

   8. Schaltung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückkopplungskreis (20, 21, 23) des Verstärkers (1, 2, 10) ein Element mit veränderlicher Impedanz (21) enthält, dessen Wert inAbhängigkeit von den gleichgerichteten Verstärkerschwingungen in der Weise geregelt wird, dass der Rückkopplungsfaktor beim Vorhandensein von Verstärkerschwingungen zunimmt (Fig. 1).

   9. Schaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das betreffende Element mit veränderlicher Impedanz ein Gleichrichterelement (21) ist (Fig. l).

   10. Schaltung nach den Ansprüchen 6 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass das betreffende Gleichrichterelement (21) in Reihe mit einem Widerstand (22) im positiven Gleichstromrückkopplungskreis des Verstärkers (l, 2,10) liegt, derart, dass es von den gleichgerichteten Verstärkerschwingungen in der Vorwärtsrichtung betrieben wird, und dass der Rückkopplungskreis (23) des Verstärkers mit dem gemeinsamen Punkt des Gleichrichterelementes (21) und des damit in Reihe liegenden Widerstandes (22) verbunden ist (Fig. l).

   11. Schaltung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärker (1, 2) die Kombination zweier miteinander über RC-Netzwerke (12, 25, 15, 22 und 7, 23, 5, 14) gekoppelter Verstärkerelemente (l, 2) enthält, die beim Überschreiten des ersten Schwellenwertes als Kip-Oszillator wirkt (Fig. 2).