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Elektronischer Momentschalter mit Oszillator
Es ist bereits bekannt, elektronische Momentschalter, die als monostabile oder bistabile Multivibratoren ausgebildet sein können, zum Schalten von Oszillatoren zu benutzen, an deren Ausgang dann eine Hochfrequenz abgegriffen werden kann, die durch den Momentschalter periodisch oder aperiodisch einund ausgeschaltet wird. Es sind weiterhin in letzter Zeit piezokeramische Filter bekanntgeworden, die in einer besonderen Ausführungsform dreipolig ausgebildet werden und die in Abhängigkeit von der Bemessung einer aus einer Mischung von Metalloxyden bestehenden Scheibe an die Elektroden angelegt, bestimmte Schwingungen abzugeben vermögen. Diese Bauelemente sind als Vierpole zu betrachten.
Bei Anliegen einer Wechselspannung, deren Frequenz der Resonanzfrequenz des Filters entspricht, verändern sich die Spannungen am Eingang und Ausgang gegenläufig derart, dass bei einer Minimalspannung am Eingang eine Maximalspannung am Ausgang liegt.
Die Erfindung bezieht sich auf einen elektronischen Momentschalter mit Oszillator, der einen monostabilen oder bistabilen, zweistufigen Multivibrator enthält, in dem Halbleiterbauelemente, wie Transistoren oder Röhren oder Kaltkathodenröhren als Schaltelemente vorhanden sind. Der Momentschalter nach der Erfindung unterscheidet sich von den bisher bekannten dadurch, dass in der jeweils als Oszillator dienenden Stufe des Multivibrators ein Bandfilter vorgesehen ist. Bei in beiden Stufen angeordneten Oszillatoren sind erfindungsgemäss Bandfilter mit voneinander verschiedener Eigenfrequenz eingesetzt. Nach einer vorzugsweisen Ausführungsform der Erfindung ist dabei für das als Bandfilter wirkende Bauelement ein piezokeramisches Filter verwendet.
Die Erfindung erstreckt sich schliesslich darauf, dass der Momentschalter mit dem beaufschlagten Objekt zwecks elektrischer Trennung über ein weiteres Bandfilter angekoppelt ist.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen näher erläutert, die in Fig. l einen monostabilen Multivibrator, in Fig. 2 einen bistabilen Multivibrator, bei dem die erste Stufe als Oszillator ausgebildet ist, in Fig. 3 einen bistabilen Multivibrator, bei dem beide Stufen als Oszillator ausgebildet sind und in Fig. 4 ein Bandfilter veranschaulicht.
Die Funktion eines Momentschalters nach der Erfindung sei zunächst an Hand der Schaltung der Fig. 1 erläutert, die einen monostabilen Multivibrator darstellt. Im Ruhezustand ist die an dem Widerstand 1 zwischen Emitter und Basis des Transistors Tl anliegende Spannung so gross, dass sowohl der Basiskreis
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entweder durch Veränderung des Widerstandes l oder durch Anlegen einer entsprechenden Spannung am Eingang E die Spannung zwischen Basis und Emitter des Transistors Tl so weit verringert, dass der Transistor Tl zu sperren beginnt und damit derKurzschlussderBasis-Emitter-StreckedesTransistorsT aufgehoben wird, so entsteht durch den damit einsetzenden Kollektorstrom des Transistors T 2 im Widerstand 2 ein zusätzlicher Spannungsabfall.
Dieser Spannungsabfall überführt den Transistor Tl vollends in den nicht leitenden Zustand und der Kollektor-Emitter-Kreis des Transistors T2 wird voll-
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ständig leitend. Solange der Transistor T2 noch vollständig gesperrt war, lag an den Elektroden 3 und 4 des piezokeramischen Filters F eine Spannung, die sich nun über den leitend gewordenen Transistor T 2 ausgleicht. Da das Filter F bei Eigenresonanz, d. h. bei der ihm eigenen durch seine Ma-
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sis des Transistors T2 verbundenen Elektrode 5 des Filters so lange eine Erhöhung der Spannung auf, bis die Spannung an der kollektorseitigen Elektrode 4 des Filters nicht mehr abnimmt.
In diesem Zeitpunkt kehrt sich der Vorgang in dem Sinne um, dass der Basis-Emitter-Kreis des Transistors T2 nicht länger aus dem Filter F leitend gehalten werden kann. Der Transistor T2 geht damit in den nicht leitenden Zustand über und der Kurzschluss der Elektroden 3 und 4 am Filter F wird aufgehoben. Das Absinken der Spannung an der Elektrode 5 geht zeitlich einher mit dem Anstieg der Spannung an der Elektrode 4 des Filters. Am Ende dieses Vorganges wird der Basis-Emitter-Kreis des Transistors T2 wieder leitend und das Spiel beginnt von neuem mit der durch das Filter bestimmten Frequenz. Am Kollektor oder Emitter des Transistors T2 kann während der Dauer des Betriebes eine Wechselspannung abgenommen werden. Die Schwingung dauert so lange an, bis das aus dem Widerstand R und der Kapazität C gebildete Zeitglied abgelaufen ist.
Sodann geht die Schaltung ohne Rücksicht auf die Spannungsver- hältnisse am Eingang-E wieder in den Ruhezustand zurück. Steigt die Spannung am Eingang E wieder an, so steuert der Transistor Tl wieder durch und die Schaltung ist für eine erneute Spannungsverminderung am Eingang wieder schwingfähig.
Ersetzt man die Kapazität C durch einen Widerstand, so erhält man einen bistabilenMultivibra- tor. Bei diesem wird der Schwingungsvorgang erst dann unterbrochen, wenn die Spannung am Basis-Emitter-Kreis des Transistors Tl wieder erhöht wird und damit der Transistor Tl leitend wird. Dann wird der Basis-Emitter-Kreis des Transistors T2 kurzgeschlossen und die Schaltung geht wieder in den Ruhezustand über.
Der Widerstand 6 ist einstellbar und dient zur Einstellung der Grösse des Hochfrequenzsignals, das vom Kollektor des Transistors T2 über das Filter auf die Basis des Transistors T2 rückwirkt und den Schwingvorgang aufrecht erhält.
Gemäss einer Weiterbildung der Erfindung kann bei einem Momentschalter mit bistabiler Multivibrator auch die erste Stufe oder nur die erste Stufe des Multivibrators als Oszillator ausgebildet sein, wobei bei Ausbildung beider Stufen als Oszillatoren Bandfilter mit unterschiedlicher Eigenfrequenz verwendet sind. In Fig. 2 ist ein solcher Multivibrator dargestellt, bei dem nur die erste Stufe als Oszillator ausgebildet ist. Bei dieser Schaltung ist das Filter F in den Basis-Kollektor-Kreis des Transistors Tg eingesetzt. Solange der Transistor T3 durchgesteuert ist, kann zwischen seinem Emitter und seinem Kollektor eine Schwingung abgenommen werden, die durch den Transistor T4 verstärkt dem Ausgang A zugeführt wird.
Im Gegensatz zu der Schaltung nach Fig. 1 wird also hier die Schwingung bei Absinken der am Eingang anliegenden Spannung unterbrochen.
Fig. 3 zeigt einen erfindungsgemässen Momentschalter, bei dem beide Stufen je ein Filter F40 bzw.
Fs aufweisen. Ist der Transistor Ts durchgesteuert und liegen Filter mit unterschiedlicher Eigenfrequenz vor, so wird am Ausgang A zunächst nur die durch die Eigenfrequenz des Filters F4 bestimmte Frequenz abgegriffen werden können. Der Transistor T 6 kann durch die um Ruhezustand abgegebene Frequenz nicht angesteuert werden, da die gegenüber dem Filter F4 unterschiedliche Eigenfrequenz
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sistors T aufgehoben und dieser durchgesteuert, so dass jetzt am Ausgang die durch die Eigenfrequenz des Filters F 5 bedingte Frequenz abgegriffen werden kann.
Der Unterschied der in den Fig. 1-3 dargestellten Schaltungen liegt also darin, dass in Fig. l bei Unterschreiten eines gewissen Spannungswertes am Eingang und bei Fig. 2 beim Überschreiten eines gewissen Spannungswertes am Eingang die Erzeugung der Hochfrequenz ausgelöst wird. Bei der Schaltung nach Fig. 3 äussert sich die Veränderung der Eingangsspannung über oder unter den kritischen Grenzwert dadurch, dass von ein und demselben Momentschalter unterschiedliche Frequenzen abgegeben werden.
Die bereits bei der Beschreibung der Fig. 1-3 erwähnten piezokeramischen Filter eignen sich gemäss der Erfindung besonders gut als Bauelemente mit Bandfiltereigenschaft. Ihr Aufbau und ihre Funktion sind in der Literatur eingehend beschrieben (z. B. Radiomentor 196 2, Heft 4, Keller,"Die Eigenschaften und Anwendungen piezoelektrischer keramischer Filter"). Es ist ersichtlich, dass der Momentschalter nach der Erfindung mit einem solchen Filter durch die ungewöhnlich hohe Frequenzkonstanz des Filters von 0, lao im Temperaturbereich von-20 bis +65 C ein sehr widerstandsfähiges wartungsfreies Aggregat mit hoher
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Lebensdauer bildet, dessen Verwendung sich besonders für viel benutzte und/oder schwer zu überwachende
Schaltungen empfiehlt.
Die Momentschalter nach der Erfindung eignen sich besonders zur Verwendung in Schaltanlagen. In Schaltanlagen wird in den meisten Fällen eine elektrische Trennung der messwertaufnehmenden Baugruppen von den messwertverarbeitenden Baugruppen verlangt. Verwendet man Momentschalter bekannter Ausführungsformen (z. B. Schmitt-Trigger), so steht je nachSchaltzustand am Ausgang ein Gleichspannungssi- gnal zur Verfügung, das nicht direkt elektrisch getrennt übertragen werden kann.
Der besondere Vorteil des Momentschalters nach der Erfindung besteht darin, dass die Schaltzustände durch die in der jeweils als Oszillator wirkenden Stufe erzeugten Wechselspannung gekennzeichnet sind. Diese Wechselspannungen lassen sich in bekannter Weise durch Übertrager elektrisch getrennt auskoppeln.
Hiebei kann die elektrische Trennung durch ein herkömmliches Bandfilter, wie es in Fig. 4 dargestellt ist, erfolgen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. ElektronischerMomentschalter mit Oszillator, der einen monostabilen oder bistabilen, zweistufigen Multivibrator enthält, in dem Halbleiterbauelemente, wie Transistoren oder Röhren oder Kaltkathodenröhren als Schaltelemente vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, dass in der jeweils als Oszillator dienenden Stufe des Multivibrators ein Bandfilter vorgesehen ist.