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Strom-oder Spannungsüberwachungseinrichtung, insbesondere für elektrische Geräte mit Transistoren
Die Betriebsüberwachung von elektrischen Geräten mit Elektronenröhren, z. B. von Verstärkern, er- folgt in der Regel durch Überwachung des Anoden- oder Heizstromes der Elektronenröhren mit Hilfe von Überwachungsrelais, die in die betreffenden Stromkreise eingeschaltet sind. Für Geräte, die mit Tran- sistoren ausgestattet sind, eignet sich diese Art der Betriebsüberwachung nicht, da das günstige Verhältnis zwischen Nutzleistung und Leistungsbedarf einer Transistorschaltung durch den relativ hohen Leistungsbe- darf der Überwachung mittels Relais wesentlich verschlechtert werden würde.
Noch kritischer gestalten sich die Verhältnisse dann, wenn eine Funktionsüberwachung - meist durch die Überwachung einer Wechselspannung im Gerät - erfolgen soll, da in diesem Fall die Leistung zur Be- tätigung des Überwachungsrelais hier unmittelbar der Nutzleistung des Gerätes entzogen werden muss.
Gleichzeitig besteht die Gefahr, dass die zu überwachende Wechselspannung durch die notwendige Gleich- richtung verzerrt wird.
Gegenstand der Erfindung ist eine Strom-oder Spannungsüberwachungseinrichtung, die einen mini - malen Leistungsverbrauch zur Betätigung aufweist und daher besonders für elektrische Geräte mit Transi- storen geeignet ist und die den weiteren Vorteil hat, dass sie auch zur Überwachung von Wechselströmen oder-Spannungen mit geringsten Leistungsverlusten verwendbar ist.
Die erfindungsgemässe Einrichtung ist mit mindestens einem in einen Signalstromkreis eingeschalteten Transistor versehen und dadurch gekennzeichnet, dass der im Signalstromkreis liegende Transistor zusammen mit einem weiteren, von der zu überwachenden elektrischen Grösse gesteuerten Transistor in einer an sich bekannten monostabilen Kippschaltung angeordnet ist, wobei der Eingang des zweiten Transistors über einen Widerstand an den Ausgang des im Signalstromkreis eingeschalteten Transistors geschaltet ist, derart, dass die Verstärkung des von der zu überwachenden elektrischen Grösse gesteuerten Transistors vom Betriebszustand des in den Signalstromkreis eingeschalteten Transistors abhängig ist, wobei das Verhältnis jener Spannungen, bei denen sich in der Kippschaltung der Übergang vom stabilen Zustand in den quasistabilen Zustand und umgekehrt einstellt,
durch Veränderung der Verstärkung des von der zu überwachenden elektrischen Grösse gesteuerten Transistors einstellbar ist. Mit Hilfe der erfindungsgemässen Einrichtung lassen sich die Schaltfunktionen eines Relais mit einem in einem Signalstromkreis eingeschalteten Kontakt ausführen. Bei der Überwachung von Wechselströmen und-Spannungen wird zufolge des geringen Eigenverbrauches auch deren Verzerrung vermieden.
Die Verwendung von Transistoren zu Schaltzwecken, z. B. zur Durchschaltung von Sprechadem in Fernsprechleitungen ist an sich bekannt. Wenn zu Schaltzwecken ein einziger Transistor verwendet wird, dann sind bekanntlich besondere Vorkehrungen zu seiner Sperrung bei fehlendem Steuersignal, beispielsweise mittels einer Hilfsspannungsquelle, erforderlich.
Die prinzipielle Wirkungsweise der erfindungsgemässen Strom- oder Spannungsüberwachungseinrich- tung ist derart, dass die Kollektorspannung (Gleichspannung direkt bzw. die Wechselspannung über einen Gleichrichter) des von der zu überwachenden elektrischen Grösse gesteuerten Transistors der Basis des im Signalstromkreis eingeschalteten Transistors zugeführt wird, während die Kollektorspannung des letztgenannten Transistors der Basis des erstgenannten zugeführt wird und dadurch dessen Verstärkungsgrad (Wech- selspannungsverstärkung) bzw. deren Kollektorspannung beeinflusst. Durch die zu überwachende Grösse
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wird der von ihr gesteuerte Transistor leitend gemacht.
Wenn die zu überwachende Grösse einen bestimm - ten Wert überschreitet, wird der Kollektor-Emitterwiderstand des im Signalstromkreis eingeschalteten
Transistors geändert. Die hiedurch bewirkte Änderung der Spannungsverhältnisse im Signalstromkreis wirkt auf den durch die zu überwachende Grösse gesteuerten Transistor in der Weise, dass dessen Verstär- i kungsgrad (Wechsebpannungsverstärkung) bzw. deren Kollektorpotential erhöht wird, so dass sich der Kol- lektoremitterwiderstand des im Signalstromkreis eingeschalteten Transistors automatisch im gleichen
Sinn weiter ändert, bis sich der Schaltzustand des Signalstromkreises von"Ein"auf"Aus"bzw. umgekehrt umgestellt hat.
Wird ein Schaltransistor nur in den beiden Betriebszuständen "Ein" und "Aus" verwen- det, so kann die Schaltleistung ein Vielfaches der maximal zulässigen Kollektorverlustleistung betragen.
Meist genügt die Verwendung eines einzigen Schalttransistors, da zur Erfüllung derÜberwachungsfunktion in der Mehrzahl der Fälle auch die elektronische Nachbildung eines einzigen Relaiskontaktes genügt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es handelt sich hiebei um eine Einrichtung zur Überwachung der Speisespannung eines von einer Wechselspannungsquelle 1 ge- speisen Verbrauchers 2. Der in die Speisung eingeschaltete Übertrager 3 ist mit einer zweiten Sekundär- wicklung 4 versehen, die zur Speisung der Überwachungseinrichtung dient.
Die zu überwachende Spannung der Wicklung 4 wird der Basis eines als Wechselspannungsverstärker wirkenden Transistors 5 zugeführt. Parallel zur Kollektor-Emitterstrecke des Transistors 5 ist ein aus einem Kondensator 6 und einem Widerstand 7 gebildeter Wechselstromkreis angeordnet. Die am Wider- stand 7 auftretende Wechselspannung wird über einen Gleichrichter 8 an die Basis eines einer Signalvor- richtung 9 vorgeschalteten Transistors 10 gelegt. Die aus den Transistoren 5 und 10 gebildete Kippschal- tung ist monostabil. Im einzigen stabilen Zustand dieser Schaltung ist der als Gleichstromverstärker wir- kende Transistor 10 leitend. Die Kopplung zwischen dem Kollektor des Transistors 5 und der Basis des
Transistors 10 ist gleichspannungsmässig getrennt. Der Kollektor des Transistors 10 ist mit der Basis des
Transistors 5 über einen Widerstand 11 galvanisch verbunden.
Wird von der Wicklung 4 an den Eingang (Basis-Emitterstrecke) des Transistors 5 eine Wechselspan- nung gelegt, so wird diese durch den Transistor 5 geringfügig, etwa im Verhältnis l : l verstärkt ; die am
Widerstand 7 auftretende Wechselspannung wird über den Gleichrichter 8 der Basis des Transistors 10 in dem Sinn zugeführt, dass sie der an der Basis liegenden Vorspannung entgegenwirkt. Diese Vorspannung kommt durch den aus den Widerständen 12 und 13 gebildeten Spannungsteiler zustande, dessen Mittelan- zapfung mit der Basis des Transistors 10 verbunden ist. Erreicht die Wechselspannung der Wicklung 4 einen bestimmten Wert, so beginnt der Kollektorstrom des Transistors 10 abzunehmen. Dadurch steigt die Kollektorspannung am Transistor 10 und der Arbeitspunkt des Transistors 5 wird in ein Gebiet mit höherer Spannungsverstärkung verschoben.
Dadurch steigt die Wechselspannung am Kollektor des Tran- sistors 5 und die gleichgerichtete Wechselspannung an der Basis des Transistors 10 verringert dessen Kol- lektorstrom weiter. Dieser Vorgang bildet einen labilen Übergang zwischen dem stabilen Zustand (Tran- sistor 10"Ein") und einem quasistabilen Zustand (Transistor 10"Aus"), der nur so lange bestehen kann, als die angelegte Wechselspannung einen bestimmten kritischen Wert Ul überschreitet. Sinkt die Wech- selspannung unter einen bestimmten Wert U2 < Ui, so beginnt im Transistor 10 der Kollektorstrom anzu- steigen ; damit sinkt die Kollektorspannung am Transistor 10 und auch die Basisvorspannung des Transistors
5 verändert sich im Sinne einer Verringerung der Spannungsverstärkung.
Dies ist ein labiles Übergangsstadium zum stabilen Ausgangszustand (Transistor 10 "Ein").
Mit dieser Schaltung ist die Wirkung eines Relais mit einem Ruhekontakt, das eine Wechselspannung überwacht, erzielt. Die von der Wicklung 4 gelieferte Wechselspannung, deren Grösse ein Mass für die Speisespannung des Verbrauchers 2 ist, liegt im ungestörten Zustand über dem Ansprechwert Ul (Öffnen des Ruhekontaktes) während die Spannung U2 dem Abfallwert entspricht. Der Unterschied zwischen Ansprech-und Abfallwert kann durch Änderung der Verstärkung des Transistors 5 variiert werden. Es sind so Verhältnisse Uz : U im Werte von 1-1, 2-1 : 1, 5 erzielbar. Ein höheres Verhältnis kann dadurch erreicht werden, dass die Basisvorspannung des Transistors 10 nicht von der Minusspannung der Speisebatterie
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bei einer Schaltleistung des Schalttransistors von 1 W.
Neben dem geringen Leistungsbedarf liegt ein weiterer Vorteil dieser Schaltung darin, dass die Gleichrichtung der Wechselspannung erst nach dem Transistor 5 erfolgt, somit keine nichtlineare Belastung der Wechselspannung vorliegt. Gegenüber gleichstromgekoppelten Kippschaltungen tritt keine Verschlechterung im Verhältnis Schaltleistung zu Steuerleistung ein, der Leistungsgewinn der zwei Transistorstufen bleibt erhalten.
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Auf Grund dieser Vorteile eignet sich die erfindungsgemässe Schaltung vorzugsweise zur Überwachung von Betriebs- und Signalwechselströmen z. B. zur Oszillatorüberwachung oder zur Pilottonüberwachung.
Wie schon erwähnt, kann die Schaltleistung eines Schalttransistors seine maximal zulässige Kollektorverlustleistung wesentlich überschreiten, wenn dieser Schalttransistor nur in den beiden Betriebszustan- den"Ein"und"Aus"verwendet wird. Dies setzt voraus, dass sich der Betriebszustand des Schalttransistors sprunghaft ändert, denn bei stetiger Änderung des Betriebszustandes würde der Arbeitspunkt in das Gebiet der Überlastung des Kollektors zu liegen kommen.
Die Unstetigkeit des Betriebszustandes bei stetiger Änderung der Steuergrösse wird bei der Erfindung durch die Anwendung einer Kippschaltung erzielt, bei der der Arbeitspunkt des einen Transistors vom Betriebszustand des andern Transistors abhängig gemacht ist.
In analoger Weise sind Einrichtungen zur Überwachung von Gleichspannungen aufzubauen, bei denen dann in der Verbindung zwischen dem Kollektor des Transistors 5 und der Basis des Transistors 10 der Kondensator 6, der Gleichrichter 8 und der Widerstand 7 entfallen, dafür ist der Kollektor des Transistors 5 mit der Basis des Transistors 10 galvanisch zu verbinden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Strom- oder Spannungsüberwachungseinrichtung, insbesondere für mit Transistoren ausgestattete elektrische Geräte, mit mindestens einem in einen Signalstromkreis eingeschalteten Transistor, dadurch gekennzeichnet, dass der im Stromkreis liegende Transistor (10) zusammen mit einem weiteren, von der zu überwachenden elektrischen Grösse gesteuerten Transistor (5) in einer an sich bekannten monostabilen Kippschaltung angeordnet ist, wobei der Eingang des zweiten Transistors (5) über einen Widerstand (11) an den Ausgang des im Signalstromkreis eingeschalteten Transistors (10) geschaltet ist, derart, dass die Verstärkung des von der zu überwachenden elektrischen Grösse gesteuerten Transistors (5) vom Betriebszustand des in den Signalstromkreis eingeschalteten Transistors (10) abhängig ist, wobei das Verhältnis jener Spannungen,
bei denen sich in der Kippschaltung der Übergang vom stabilen Zustand in den quasistabilen Zustand und umgekehrt einstellt, durch Veränderung der Verstärkung des von der zu überwachenden elektrischen Grösse gesteuerten Transistors (5) einstellbar ist.
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