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Die Erfindung betrifft eine durch Berührung steuerbare kapazitive Schalteinrichtung für kontaktlose Signalgabe, bestehend aus einem Oszillator und einem diesem nachgeschalteten Schalt- kreis sowie einem Berührungselement, das über ein Koppelglied mit dem Eingang des Oszillators verbunden ist, wobei mittels der durch Berührung des Berührungselementes erfolgten Frequenz- änderung des Oszillators eine Änderung des am Ausgang des Schaltkreises vorhandenen diskreten
Signals hervorrufbar ist.
Bei einem bekannten kapazitiven Tastschalter nach der DE-AS 1303409 ist der Oszillator aus zwei Schwingkreisen und einem zwischen diesen liegenden Transistor gebildet. Der basisseitige, aus einem Kondensator und einer Spule bestehende Schwingkreis ist mit einem Tastelement ver- bunden. Der kollektorseitige, ebenfalls einen Kondensator und eine Spule aufweisende Schwingkreis steuert über eine weitere, induktiv angekoppelte Spule die Basis eines Schalttransistors in der
Weise, dass bei Verstimmung des basisseitigen Schwingkreises durch Berühren des Tastelementes die Schwingung abreisst und die an der Emitter-Kollektorstrecke des Schalttransistors auftretende
Spannungsänderung in einer nachgeschalteten Triggerstufe in diskrete Werte umgesetzt wird.
Die Nachteile dieser Schalteinrichtung liegen darin, dass LC-Oszillatoren relativ teuer sind und oft als Störquelle auftreten können. Ausserdem setzt die kapazitive Beeinflussung einen nicht- leitenden Übergang zwischen der berührenden Person und deren Standfläche voraus, was nicht immer gegeben ist.
Ein weiterer bekannter kontaktloser Signalgeber nach der DE-AS 1176212 besitzt im Ausgangs- kreis eines Hochfrequenz-Oszillators mehrere hintereinandergeschaltete, verschieden abgestimmte Resonanzkreise, denen je ein Tastkondensator im Rückkopplungskreis zugeordnet ist. Wird der aus zwei Elektroden bestehende und durch eine isolierende Platte abgedeckte Tastkondensator berührt, so fängt der Oszillator zu schwingen an. Dabei erzeugen induktiv an den Ausgangskreis angekoppelte Gegentaktmodulatoren ein für Schaltaufgaben verwendbares Ausgangssignal.
Auch diese Schalteinrichtung ist insbesondere wegen der Verwendung mehrerer Spulen pro Schwingkreis relativ teuer und kann auf Grund der hochfrequenten Schwingungen zur Störquelle werden. Ein weiterer Nachteil liegt in dem aus mehreren Teilen bestehenden Tastkondensator, welcher, um einwandfrei zu arbeiten, ebenfalls einen nichtleitenden Übergang zwischen dem Berührungselement und der Standfläche der berührenden Person voraussetzt. Ist hingegen ein leitender Übergang vorhanden, so besteht bei vorstehenden Einrichtungen die Gefahr, dass infolge des hohen, aus der kapazitiven Kopplung resultierenden Eingangswiderstandes die Einrichtung bei Berührung durch statisch aufgeladene Personen, welche beispielsweise Gummischuhe tragen, zerstört werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine durch Berührung steuerbare Schalteinrichtung für kontaktlose Signalgabe vorzuschlagen, die vorstehende Nachteile nicht aufweist und kostengünstig aufgebaut ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Oszillator in an sich bekannter Weise aus einem Schmitt-Trigger und einem frequenzbestimmenden RC-Glied gebildet ist, und dass der eine Anschluss des Kondensators des frequenzbestimmenden RC-Gliedes mit dem Erdpotential verbunden ist, wodurch das aus einer Serienschaltung eines Kondensators und eines Widerstandes bestehende Koppelglied beim Berühren des Berührungselementes parallel zum Kondensator des frequenzbestimmenden RC-Gliedes schaltbar ist.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen insbesondere darin, dass die Schalteinrichtung bei hohem Eingangswiderstand gegen kurzzeitige statische Entladungen geschützt ist. Dadurch arbeitet sie sowohl bei nichtleitendem als auch bei leitendem Übergang zwischen dem Berührungselement e und der Standfläche F der berührenden Person einwandfrei.
In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das im folgenden näher erläutert wird. Es zeigen : Fig. 1 ein Schaltschema der erfindungsgemässen Schalteinrichtung, Fig. 2 ein Diagramm des zeitlichen Verlaufes der an den verschiedenen Ein- und Ausgängen der Schalteinrichtung auftretenden Spannung in nichtbetätigtem Zustand und Fig. 3 das Diagramm gemäss der Fig. 2 bei Betätigung der Schalteinrichtung.
In der Fig. 1 ist mit-Oz-ein Oszillator bezeichnet, der aus einem Schmitt-Trigger-ST1- und einem frequenzbestimmenden RC-Glied-R1/C1-- besteht. Der Oszillator-Oz-ist eingangs-
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seitig über ein Koppelglied mit einem aus einer elektrisch leitenden Platte bestehenden Berührungselement --e-- verbunden. Das Koppelglied besteht aus einem Schutzwiderstand--R s--und einem Schutzkondensator-Cg-, die in Serie geschaltet sind und den Eingang des Oszillators-Oz- gegen unzulässige Spannungen schützen.
Bei Berühren der Platte --e-- durch eine Person, wird je nach leitendem bzw. nichtleitendem Übergang zwischen der Person und deren Standfläche --F-- entweder der Hautwiderstand RH oder die Kapazität CM der Person wirksam.
Ausgangsseitig ist der Oszillator-Oz-mit drei in Serie geschalteten monostabilen Kippschaltungen --Mf2, Mf3, Mf4-- verbunden. Die monostabile Kippschaltung --Mf2-- besteht aus einem Schmitt-
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angekoppelt und über einen Widerstand --R2-- und eine Diode --D2-- mit dem positiven Pol-Kleiner weiter nicht dargestellten Spannungsquelle verbunden ist. Widerstand --R2-- und Kondensator - sind die Zeitglieder der monostabilen Kippschaltung --Mf2--. Die Diode --D2-- schützt den Eingang des Schmitt-Triggers --ST2-- vor der Entladespannung des Kondensators --C2--.
Die monostabile Kippschaltung --Mf3-- ist aus einem Schmitt-Trigger-ST3-gebildet, dessen Eingang über eine Diode --D3-- mit dem Ausgang des Schmitt-Triggers-ST2-verbunden und über einen Kondensator --C3-- und einen veränderbaren Widerstand --R3-- am negativen, mit der Stand- fläche --F-- verbundenen Pol --K2-- der Spannungsquelle angeschlossen ist. Widerstand --R3-und Kondensator --C3-- sind die Zeitglieder der monostabilen Kippschaltung --Mf3--. Die Diode - verhindert die Entladung des Kondensators --C3-- über den Ausgang des Schmitt-Triggers - STZ-. Die monostabile Kippschaltung --Mf4-- weist den gleichen Aufbau wie die monostabile Kippstufe --Mf3-- auf, wobei die betreffenden Elemente mit --ST4, D4, C4 und R4-- bezeichnet sind und --R4-- nicht veränderbar ist.
Die Schmitt-Trigger-ST1, ST2, ST3 und ST4-- sind vorzugsweise in C-Mos-Logik ausgeführt und in einer einzigen integrierten Schaltung zusammengefasst.
In den Fig. 2 und 3 bedeuten :
STle, ST1a der am Eingang bzw. Ausgang des Schmitt-Triggers-ST1-des Oszillators-Oz- vorhandene Spannungsverlauf,
ST2e, ST2a der am Eingang bzw. Ausgang des Schmitt-Triggers-ST2-auftretende Spannungs- verlauf,
ST3e, ST3a der am Eingang bzw.
Ausgang des Schmitt-Triggers --ST3-- auftretende Spannungs- verlauf,
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des Schmitt-Triggers --ST4-- vorhandeneU die Speisespannung der Schalteinrichtung, UTo die obere Schwellspannung der Sohmitt-Trigger-ST1 bis ST4--, UTu die untere Schwellspannung der Schmitt-Trigger-ST1 bis ST4--, UF3 die Flussspannung der Diode --D3--, UF4 die Flussspannung der Diode --D4--, Tl Schwingungsdauer der Oszillatorfrequenz fl, Tl'Schwingungsdauer der verstimmten Oszillatorfrequenz fl', T2 Zeitdauer des am Ausgang des Schmitt-Triggers-ST2-auftretenden Signales 1 und T3 Zeitdauer des am Ausgang des Schmitt-Triggers-ST3-auftretenden Signales 0.
Die vorstehenden Spannungen bzw. Signale an den Ausgängen der Schmitt-Trigger-ST1 bis
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stehen ist.
Die vorstehend beschriebene Schalteinrichtung arbeitet wie folgt :
In nicht betätigtem Zustand (Fig. 2) möge der Oszillator-Oz-mit der Frequenz fl schwingen.
Beim Wechsel der Spannung ST1a von "1" nach "0", wechselt auch die Spannung ST2e von "1" nach
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"0" auf "1"über --D2-- entladene Kondensator --C2-- den Spannungssprung von ST1a auf ST2e und wird anschliessend über --R2-- aufgeladen (Spannungsverlauf ST2e), wodurch am Ausgang des SchmittTriggers --ST2-- ein Signal 1 auftritt, dessen Dauer T2 von den Zeitgliedern --C2/R2-- und der
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UTospannung UTu durch Aufladen des Kondensators --C3-- auf einen Wert U-UF3 angehoben.
Die Zeit- glieder --C3/R3- sind so bemessen, dass die Spannung ST3e nicht auf die untere Schwellspannung UTu absinken kann, womit die Spannungen ST3a und ST4e dauernd "0" sind um am Aus- gang-a-- des Schmitt-Triggers-ST4-- und damit der Schalteinrichtung, ein Dauersignal 1 vorhanden ist.
Bei Betätigung der Schalteinrichtung (Fig. 3) wird durch Berühren der Platte --e-- die Kapazität des frequenzbestimmenden Kondensators-Cl-vergrössert, so dass der Oszillator-Oz- mit einer Frequenz fla kleiner als fl schwingt. Dabei wird, unter der Voraussetzung, dass der Schutzwiderstand --Rs-- klein gegen den frequenzbestimmenden Widerstand --R1-- und die Kapazität
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zur Kapazität Cl geschaltet.
Am Ausgang des Schmitt-Triggers -ST2-- treten die gleichen Signale 1 auf wie bei nicht betätigter Schalteinrichtung, jedoch im zeitlichen Abstand Tl'. Die bis zu diesen Zeitpunkten am Eingang des Schmitt-Triggers-ST3-abgesunkene Spannung ST3e wird durch Aufladen des Kondensators --C3-- auf den Wert U-UF3 angehoben, wobei die Spannung ST3a von "1" auf "0" wechselt.
Der veränderbare Widerstand-R3-- sei nun so eingestellt, dass die Spannung ST3e bereits nach einer Zeit T3, welche kleiner ist als Tl', auf die untere Schwellspannung UTu absinkt, so dass
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Die während der Dauer der Zeit T3 am Eingang des Schmitt-Triggers --ST4-- abgesunkene Spannung ST4e wird beim Wechsel der Spannung ST3a von "0" nach "1" durch Aufladen des Kondensators --C4-- während der Zeitdifferenz Tl'- T3 auf einen Wert U-UF4 angehoben. Die Zeitglieder --C4/R4-- der monostabilen Kippschaltung --Mf4-- sind so bemessen, dass die Spannung ST4e innerhalb der Zeitspanne T3 nicht auf die untere Schwellspannung Utu absinken kann, womit am Ausgang --a-- der Schalteinrichtung ein Dauersignal 0 vorhanden ist.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen insbesondere darin, dass sich durch die Anwendung eines RC-Oszillators eine einfache, störungsfrei im NF-Bereich arbeitende Schalteinrichtung ergibt, die aus einer einzigen handelsüblichen, kostengünstigen integrierten Schaltung aufgebaut ist, und die praktisch unabhängig von den Umgebungsbedingungen der berührenden Person anspricht. Die Schalteinrichtung arbeitet ebenfalls bei Einspeisung von Netzfrequenz über die berührende Person bei etwaig vorhandenen Wechselfeldern. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass für den Betrieb der Schalteinrichtung nur eine Gleichspannung im Bereich von 5 bis 15 V erforderlich ist.
Es ist möglich aus Kostengründen den Schutzkondensator-C-wegzulassen, wobei bei Berührung der Platte --e-- und leitendem Übergang zwischen der Person und deren Standfläche --F--
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fach-Schmitt-Trigger zu verwenden, wobei das invertierte Dauersignal am Ausgang des fünften Schmitt-Triggers abnehmbar ist.
Anstatt der im Beispiel angenommenen Platte --e-- mit elektrisch leitender Berührungsfläche, kann auch eine solche mit isolierter Berührungsfläche verwendet werden, wobei für die Verstimmung des Oszillators-Oz-die Kapazität der Platte-e-über die Person gegen Erde wirksam wird.
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