Schaltungsanordnung für den elektrisch angetriebenen Schwinger eines zeithaltenden Gerätes Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für den elektrisch angetriebenen Schwinger eines zeithaltenden Ge rätes mit wenigstens einem Transistorverstärker, der durch eine durch die Relativbewegung zwischen einem Magnetsystem und einer Steuerspule erzeugte Spannung gesteuert wird und ausgangsseitig die Triebspule durchfliessende, auf den Schwinger antreibend wirkende Stromimpulse liefert, wobei zur Begrenzung der die Triebspule durchfliessenden Stromimpulse eine Transistor vorgesehen ist.
Bei Halbleiterverstärker verwendenden Jchaltungs- anordnungen ist eine Stabilisierung der Schwingungsamplitude des zeithaltenden Schwingers von besonderer Wichtigkeit, da die von dem Halbleiterverstärker gelieferten Impulse von den Umgebungsbedingungen, insbesondere der Temperatur, abhängig sind. Es ist bereits bekannt, für die Amplitudenstabilisierung eines ein Permanentmagnetsystem tragenden Schwingers eine Wirbelstrombremse zu verwenden, welche von dem Permanent- magnetsystem beieinflusst wird, sobald der Schwinger eine be stimmte Amplitude überschreitet.
Der Schwinger wird in diesem Falle durch die Wirbelströme gebremst und so auf die gewünschte Schwingungsamplitude zurückgeführt. Diese Stabilisierungsein richtung wirkt aber nicht ausreichend. Nachteilig ist hierbei auch, dass die dem Schwinger zugeführte überschüssige An triebsenergie vollständig vernichtet wird. Das bedeutet eine zusätzliche Belastung der Antriebsstromguelle.
Es ist auch bereits eine Schaltungsanordnung für den kontaktlosen elektrischen Antrieb eines zeithaltenden Schwingers bekannt, bei welcher ausser dem die Triebspule speisenden Transistorverstärker ein weiterer Transistor vorgesehen ist.
Es handelt sich hier um eine Anordnung ohne Permanentmagnet, bei welcher der Reststrom des Transistorverstärkers zur Er zeugung eines Magnetflusses ausgenutzt wird. Bei dieser Schal tung ist der zweite Transistor so geschaltet, dass er durch den die Triebspule durchfliessenden Strom gesteuert wird, wodurch der Haupttransistor gesperrt wird, so dass der fliessende Rest strom begrenzt wird.
Mit dieser Schaltung ist eine gewisse Amplitudenstabilisierung bei einer Anordnung der, genannten Art, bei welcher die Magnetisierung vom Reststrom des Tran sistors abhängt, der wiederum stark temperaturabhängig ist, erreichbar; bei einer Anordnung mit einem Permanentmagnet- system, bei der also das erzeugte Magnetfeld konstant ist, ist eine weitere Amplitudenstabilisierung in Abhängigkeit von verschiedensten Einflüssen, insbesondere Von der Höhe der Batteriespannung, nicht erreichbar.
Es ist ferner eine Transistorschaltung zum kontakt losen Antrieb eines Motors mit permanentmagnetischem Rotor be kannt, bei welcher im Steuerkreis in Reihe mit der Steuer spule ein LC-Kreis und parallel zur Steuerspule eine Zener- Diode geschaltet ist. Hierdurch soll eine Begrenzung der Amplitude und der Frequenz der in der Steuerspule induzierten Wechselspannung erreicht werden, um so die Drehzahl des Motors konstant zu halten. Eine solche Schaltung ist für die Ge schwindigkeitsstabilisierung von Motoren verwendbar, bei denen in der Steuerspule im wesentlichen sinusförmige Wechsel- Spannungen erzeugt werden.
Sie ist nicht brauchbar für die Amolitudenstabilisierung von zeithaltenden mechanischen Schwingern, bei denen in der Steuerspule die Erzeugung möglichst steilflankiger Impulse angestrebt wird, die sehr hohe Frequenzen enthalten. Ferner ist eine Regelung mit Hilfe einer Zener-Diode auf einen engen Spannungsbereich begrenzt, da eine Änderung des Diodenwiderstandes bei einer ganz be stimmten Spannung erfolgt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schal tungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welcher eine sehr wirksame Amplitudenstabilisierung in einem sehr grossen Spannungsbereich bei geringem Leistungsverlust möglich ist. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerspule des Transistorverstärkers ein von einer Regelspule gesteuerter Regeltransistor parallel geschaltet ist. Vorzugs weise wird als Regeltransistor ein Siliziumtransistor ver wendet. Die Regelspule kann mit der Steuerspule und der Trieb spule des Transistorverstärkers zu einer Spulenanordnung zu sammengefasst sein.
Die erfindungsgemässe Anordnung hat gegenüber den be kannten Anordnungen den Vorteil, dass der der Steuerspule parallel geschaltete Widerstand in Form eines Transistors eine Regelung der Schwingeramplitude in verhältnismässig weitem Bereich ermöglicht, und zwar praktisch unabhängig von der Frequenz der in der Steuerspule induzierten Impulse. Die Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung an einigen Ausführungsbeispielen näher erläutert.
In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 ein erstes Beispiel der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung, Fig. 2 die Ausbildung der in Fig. 1 verwendeten Spulenanordnung im Längsschnitt, Fig. 3 eine weitere Ausführung der erfindungsge mässen Schaltungsanordnung, Fig. 4a bis 4g Darstellungen der die Triebspule durchfliessenden Stromimpulse bei verschie denen Amplituden des Schwingers, Fig. 5 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Regelwirkung.
EMI0005.0012
EMI0006.0001
n <SEP> Fig. <SEP> ' <SEP> ist <SEP> mit <SEP> Tr <SEP> 1 <SEP> der <SEP> Haupttransistor <SEP> be- zeichnet, welcher den die Triebspule L 2 durchfliessenden, von der Batterie B gelieferter. Strom steuert. Der Transis tor Tr 1 enthält im Eingangskreis die Steuerspule L 19 wel cher zur Einstellung der Amplitude ein Vorwiderstand oder,/ und ein Parallelwiderstand zugeschaltet werden kann. Paral lel zur Steuerspule L 1 liegt die Emitter-Kollektor-Strecke des Regeltransistors Tr 2, welcher in seinem Eingangskreis die Regelspule L 3 enthält.
Bei dieser Schaltung wird der Temperaturgang des Transistors Tr 1 durch denjenigen des Transistors Tr 2 kompensiert. Es kann sogar zu einer bber- kompensation kommen,
weshalb als Regeltransistor vorzugs weise ein Silizium-Transistor und als Ilaupttransistor ein Germanium-Transistor verwendet wird Es soll der Temperatur gang von Tr 2 wesentlich kleiner als der von Tr 1 sein Ein eventuell verbleibender Temperaturgang kann durch tempera turabhängige \Viderstände kompensiert werden oder auch durch entsprechende Ausbildung der Spulen L1 und L3.
Reicht z.B. der Temperaturgang Tr2 bei einem gegebenen Spulendurchmes- ser nicht aus, um den Temperaturgang von Tr1 zu kompensie ren, so kann eine Verbesserung mit der Vergrösserung der Ver hältnisse D L3 a D L1 u.dL1 d L3 erzielt werden (Fig. 2).
Dabei bedeuten D der Aussendurchmesser und d der Innendurch- messer der betreffenden Spule Die Kompensation wird al so dadurch verbessert, dass der Regelimpuls breiter als der Steuerimpuls wird, Dies kann bis zur Überkompensation getrieben werden.
Grundsätzlich ist darauf zu achten, dass beide Transistoren gleiche Temperaturen haben, was bei normalem Betrieb immer der Fall sein dürfte (eine Eigenerwärmung findet praktisch nicht statt). Für den Fall, dass eine teil weise Erwärmung des Uhrgehäuses auftreten sollte, ist es vorteilhaft, beide Transistoren in ein Material hoher '7är- meleitfähigkeit einzubetten.
Mit R ist ein zViderstand ange deutet, der den negativen Pol der Batterie B mit der Basis des Regeltransistors Tr 2 verbinden kann. Bei Verwendung dieses 'liderstandes R kann C-:#uch die Regelspule L3 entfallen. In diesem Fall erfolgt die Steuerung des Regeltransistors Tr.2 durch die Batteriespannung.
Die die Antriebsimpulse für den Schwinger liefern de Schaltungsstufe (L1, L2, R, Tr 1, B in Fig. 1) wird so ausgelegt, dass ein möglichst guter Selbstanlauf gewährleistet ist und dass eine so grosse Energie dem Schwinger zugeführt wird, dass dieser ohne vorhandene Regelung eine übergrosse Amplitude annimmt. Der Regeltransistor Tr 2 darf durch die in der Regelspule L 3 erzeugte Spannung erst ausgesteuert werden, wenn die Normalamplitude nahezu erreicht ist.
Dies kann durch entsprechende Ausbildung der Regelspule L 3 er reicht werden: Die in Fig. 1 gezeigte Schaltungsanordnung arbei tet folgendermassen: Bei kleinen Amplituden des nicht dargestellten Schwingers wird durch die in der Steuerspule L 1 erzeugte Steuerspannung der Haupttransistor Tr 1 teilweise angesteu ert. In Fig. 4a ist beispielsweise ein in der Triebspule L 2 bei einer Schwingeramplitude von etwa 90o auftretender Strom impuls gezeigt.
Bei einer Schwingeramplitude von etwa 180o (Fig. 4b) wird der Haupttransistor Tr 1 bereits voll ausge steuert. Bei einer Schwingeramplitude von etwa 2400 (Fig.4c) ist bereits die durch den Schwinger in der Triebspule indu zierte Gegen-EMK deutlich sichtbar.
Von einer Amplitude von etwa<B>2500</B> (Fig. 4d) an wird der Regeltransistor Tr 2 mehr und mehr ausgesteuert. Es wird dadurch die Steuerspule L 1 mehr und mehr kurzge schlossen, so dass ein Teil des in ihr \erzeugten Steuerstro mes über den Regeltransistor Tr 2 fliesst. Die Darstellung in Fig. 4e zeigt den auftretenden Impulsstrom bei einer Ampli-- tude von etwa 2600 Bei einer Schwingungsamplitude von<B>2900</B> (Fig. 4f) wird die Normalamplitude des Schwingers erreicht.
Bei Vergrösserung der Schwingungsamplitude auf<B>3200</B> (Fig.4g) werden die Stromimpulse kleiner, so dass nicht mehr genügend Energie dem Schwinger zugeführt wird, um diese Amplitude auf rechtzuerhalten. Die Amplitude geht deshalb wieder auf ihren Normalwert von 290o zurück.
Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbei spiel ist im Eingangskreis des Haupttransistors Tr 1 in lei he mit der Steuerspule L 1 der Kondensator C 1 vorgesehen, und es sind Kollektor und Basis des Transistors Tr 1 durch den hochohmigen Widerstand R 1 miteinander verbunden. Dieser Widerstand R 1 bewirkt bei stillstehendem Schwinger eine La dung des Kondensators C 1 derart, dass der Transistor eine Ba sis-Vorspannung erhält, die etwa dem Eingangsschwellwert des Transistors entspricht. Der Transistor wird deshalb bereits sehr schnell ausgesteuert, und es wird der Schwinger bereits bei sehr geringen Amplituden angetrieben.
Im Betrieb wird durch die in der Steuerspule L 1 induzierte Spannung der Kon densator C 1 umgeladen, so dass nunmehr die Basis des Transis tors Tr 1 eine unterhalb des Schwellwertes liegende Spannung erhält, so dass nur die Spitzen der in der Steuerspule L 1 er zeugten Steuerspannung eine Aussteuerung des Transistors Tr 1 bewirken. Es ergeben sich dadurch kurze und steilflankige Antriebsimpulse, die im wesentlichen nur beim Durchgang des Schwingers durch seine Ruhelage auftreten. CN ist ein Neutralisationskondensator.
Fig. 5 veranschaulicht die Regelwirkung. D1 und D2 stellen die von der Unruh benötigte Leistung und den Wir kungsgrad bei verschiedener Dämpfung in Abhängigkeit von dar. Die anderen Kurven (10, 11, 12, 13) zeigen die zuge führte Leistung in Abhängigkeit von -o bei verschiedener Spannung, und zwar stabilisiert gemäss der Erfindung (10, 11) und ohne Stabilisierungs-Massnahme (12, 13). Die Schnitt punkte dieser Kurven mit Dl und D2 ergeben die jeweils sich einstellende Amplitude.
Aus dem Bild geht einwandfrei her vor, dass sich die Anordnung hauptsächlich zur Spannungs stabilisation eignet; sie kann aber auch "Lastschwankungen" in bestimmten Grenzen ausgleichen.