Fernsteuerbare Verzögerungssehaltung Die Erfindung betrifft eine fernsteuerbare Verzö gerungsschaltung, in welcher zur Erzielung der Ver zögerungszeit die Aufladung oder Entladung des Kon- densators eines R-C-Gliedes benützt wird, und be zweckt, eine Verzögerungsschaltung dieser Art zu schaffen, deren Verzögerungszeit auf einfache Weise in weiten Grenzen reguliert werden kann, und zwar auch dann, wenn eine Fernsteuerung gewünscht wird.
Die Verzögerungsschaltung nach der Erfindung zeich net sich hierzu dadurch aus, dass der Widerstand des R-C-Gliedes ein nichtlinearer Widerstand ist, dessen Widerstandswert bei Zunahme der an ihm liegenden Spannung abnimmt, und wobei Mittel vorgesehen sind, welche zwecks Erzielung einer Veränderung der Verzögerungszeit eine variable Steuergleichspannung zuzuführen gestatten.
Anhand der Zeichnung wird nachfolgend ein Aus führungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes erläutert. Es ist: Fig. 1 das Schema einer Verzögerungsschaltung, Fig. 2a und 2b zwei Diagramme zur Erläuterung des allgemeinen Verhaltens von R-C-Gliedern mit Widerständen verschiedener Art, Fig. 3a-3c drei zusammengehörige Diagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 1.
Die in Fig. 1 dargestellte Schaltung weist eine Ein gangsklemme 1 für einen der Schaltung zuführenden Impuls auf, sowie ein Relais RL, das nicht sofort bei Eintreffen dieses Impulses, sondern erst nach Ablauf einer gewissen Verzögerungszeit ansprechen soll. Die Dauer der Verzögerungszeit kann durch Veränderung einer Steuergleichspannung + U5, die einer Steuer klemme 2 zugeführt wird, eingestellt werden. Einer Speiseklemme 3 wird eine z.B. von einer Batterie ge lieferte konstante Speisegleichspannung + UB zuge führt.
Die Eingangsklemme 1 ist mit der Basis eines npn-Transistors T1 verbunden, dessen Emitter geer det ist und dessen Kollektor 4 über ein R-C-Glied mit der Steuerklemme 2 verbunden ist.
Der dem Kon densator C von z.B. 2[,F parallel geschaltete Wider stand R setzt sich aus einem ohm'schen Widerstand R1 von z.B. 220 K S2 und einem dazu parallel ge schalteten, logarithmischen Widerstand D zusam men, der aus einer Zener-Diode aus Silizium mit im Bereiche von 10-s bis 10-2 Amp. angenähert loga rithmischen Sperrkennlinie besteht.
Der Widerstand R ist somit spannungsabhängig. Die Basis des Transi stors T1 ist über einen Widerstand R2 mit der Speise klemme 3 verbunden, während sein Kollektor 4 über einen Widerstand R3 mit der Basis eines npn-Tran- sistors T2 verbunden ist.
Der Emitter des Transistors T2 ist geerdet, wäh rend sein Kollektor 5 einerseits über einen Widerstand R4 mit der Speiseklemme 3 und anderseits über einen Widerstand R5 mit der Basis eines pnp-Transi- stors T3 verbunden ist. Der Emitter des Transistors T3 ist einerseits über eine Gleichrichterdiode Dl mit der Speiseklemme 3 und anderseits über einen Wider stand R6 geerdet.
Der Kollektor 6 des Transistors T3 ist einerseits über einen Kondensator Cl und einen Widerstand R7 mit der Basis des Transistors T2 und anderseits über die Wicklung des Relais RL geerdet. Die zur Erzeu gung eines verzögerten und verstärkten Impulses die nenden Kontakte des Relais RL sind nicht dargestellt. Zum Relais RL ist eine Gleichrichterdiode D2 par allel geschaltet, um beim Abschalten des Relais RL die von dessen Induktivität herrührende Spannung kurz zu schliessen.
Um die Wirkungsweise der beschriebenen Schal tung zu erläutern, sollen zunächst einige allgemeine Betrachtungen über den Lade- oder Entladungsvor- gang des Kondensators C eines R-C-Gliedes voraus geschickt werden. Die Aufladung des Kondensators erfolgt bekanntlich nach der Formel:
EMI0002.0003
und die Entladung nach der Formel:
EMI0002.0004
Dabei bedeutet: U, die in Zeitpunkt t am Kondensator auftretende Spannung; U, eine Gleichspannung, mit welcher der Konden sator C über einen Ohm-schen Widerstand R aufgeladen wird, bzw. die ursprünglich am Kondensator herrschende Spannung, wenn der selbe über den Widerstand entladen wird;
T = C.R die Zeitkonstante des R-C-Gliedes; t die Zeit, die vom Beginn des Lade- bzw. Ent- ladevorganges verstrichen ist.
Betrachtet man U, als eine Schwellwertspannung, bei welcher in einer Schaltung ein gewisser Vorgang ausgelöst werden soll, so ist t die Verzögerungszeit, um welche dieser Vorgang nach dem Beginn des Lade- oder Entladevorganges auftritt.
Diese Zeit t kann prinzipiell durch vier verschiedene Massnahmen verändert werden, nämlich durch Veränderung von C, R, U" oder U, Eine Veränderung von C oder R lässt sich im allgemeinen nur mit verhältnismässig grossem Aufwand durch Fernsteuerung durchführen, eine Spannung U" oder U, lässt sich dagegen mühe los aus der Ferne verändern.
In Fig. 2a und 2b zeigen die Kurven a den prin zipiellen Verlauf von U, in Funktion von t, gemäss den Gleichungen 1 und 2, während die Kurven b den prinzipiellen Verlauf von U, in Funktion von t zeigen, wenn die Aufladung, bzw. die Entladung nicht über einen ohm'schen Widerstand erfolgt, sondern über einen spannungsabhängigen Widerstand, bei welchem der Widerstandswert bei zunehmender Spannung klei ner, bei abnehmender Spannung also grösser ist.
Einen derartigen Widerstand hat z.B. eine Zener-Diode, deren Widerstand eine angenähert logarithmische Stromspannungskennlinie hat.
Betrachtet man einen bestimmten Schwellenwert U", als den kleinsten, bzw. als den grössten Schwellen wert, der mit Rücksicht auf die Genauigkeit der Ver zögerungszeit t anwendbar ist (schleifender -Schnitt der Geraden U", mit der Kurve a), so ist es ersicht lich, dass die Verzögerungszeit tb wesentlich grösser ist als die Verzögerungszeit ta. Wenn man bei der Aufladung die Schwellungsspannung U, zwischen O und U", oder bei der Entladung zwischen U" und U" variieren lässt,
so kann man somit die Verzöge rungszeit t in einem wesentlich grösseren Bereich t,, > t. verändern, wenn man anstelle des ohm'schen Widerstandes einen mit zunehmender Spannung ab nehmenden Widerstand, z.B. einen logarithmischen Widerstand benützt.
Dieselbe Wirkung erhält man auch, wenn man bei unveränderlicher Schwellwert- spannung die Lade- oder Entladespannung U" ver ändert, indem dann ebenfalls bei einem gegebenen Änderungsbereich von U" die mögliche Veränderung der Verzögerungszeit t bei Benützung des logarithmi schen Widerstandes zunimmt.
Der Widerstand R des in der Schaltung nach Fig. 1 vorgesehenen R-C-Gliedes hat einen Wider standswert, der mit zunehmender Spannung abnimmt, weil er aus einer Zener-Diode mit logarithmischen Widerstand und einem dazu parallel geschalteten ohm-schen Widerstand R1 zusammengesetzt ist.
In der Ruhelage der Schaltung ist die Basis des Transistors T1 leicht positiv, so dass dessen Kollek- tor-Ermitter-Strecke leitend ist und ein Strom i durch den Widerstand R fliesst. Legt man an die Eingangs klemme 1 eine gegen Erde negative Impulsspannung Ue, z.B. von 1 Volt und 500 ms Dauer (s. Fig. 3a), so wird der Kollektor-Emitterkreis gesperrt und der Kondensator C, der im Ruhezustand auf eine dem Spannungsabfall am Widerstand R entsprechende Spannung U. = i.R geladen war, entlädt sich über diesen Widerstand R.
Infolgedessen steigt die Span nung U, des Kollektors 4, und würde bei unbe schränkter Dauer des Eingangsimpulses schliesslich den Wert der Steuerspannung + US erreichen.
In Fig. 3b ist der Verlauf der Spannung U., für vier verschiedene Werte Usl > Us-# > Us3 > US4 der Steuerspannung + US dargestellt.
Die Transistoren T2 und T3 bilden mit den ihnen zugeordneten Elementen R3-R7, Cl und Dl eine be kannte Auslöseschaltung, bei welcher die Kollektor- Emitter-Strecke des Ausgangstransistors T2 solange gesperrt ist, als die Eingangsspannung dieser Schal tung, nämlich die Spannung zwischen dem Kollektor 4 des Transistors T1 und Erde, unter einer bestimm ten, positiven AnsprechschwelleU45 (siehe Fig. 3b) liegt. Es ist ersichtlich,
dass beim Eintreffen des Ein gangsimpulses die Erreichung dieser Ansprechschwel- le von der Höhe der Steuerspannung US abhängt, und zwar wird die Ansprechschwelle U45 um so schneller erreicht, je höher die Steuerspannung US ist.
In Fig. 3c ist der Ausgangsstrom J der Auslöse schaltung, der durch das Relais R2 fliesst, in Funk tion der Zeit t dargestellt. Die den verschiedenen Steuerspannungen Usl- Us4 entsprechenden Verzöge rungszeiten t, sind mit t,-t, bezeichnet.
Der in vollen Linien dargestellte Ausgangsimpuls entspricht der Steuerspannung US,. Mit einem Usl übersteigenden Wert der Steuerspannung US kann die Verzögerungs zeit t, noch erheblich kleiner als t1 gemacht werden und der sich ergebende Regulierbereich für t\. ist ganz wesentlich grösser, als er bei Verwendung eines ohm- schen Widerstandes im R-C-Glied wäre.
Die Ver wendung eines ohm'schen Widerstandes R1 parallel zu einem logarithmischen Widerstand D hat qualita tiv den in Fig. 2b durch die gestrichelte Kurve b' ge zeigten Einfluss, wenn man annimmt, dass die Kurve b den Verlauf der Entladung des Kondensators C über den logarithmischen Widerstand D darstellt.
Dieser Einfluss, der wie Versuche gezeigt haben, für die Erzielung eines grossen Einstellbereiches für die Verzögerungszeit t" sehr vorteilhaft ist, ist darauf zu rückzuführen, dass bei langen Zeiten, also im hoch- ohmigen Bereich der Logarithmierdiode D, deren Kurvenverlauf einer Asymptote zur Zeitachse gleich käme. Um aber gerade diesen Bereich noch vernünf tig ausnützen zu können, erreicht man mit dem Wi derstand R1 einen grösseren Neigungswinkel der Kurve und vermeidet dadurch einen schleifenden Schnitt mit der Schwelle U".
Am Ende des Eingangsimpulses wird der Transi stor TI wieder leitend, so dass die Spannung U., seines Kollektors 4 rasch auf Null absinkt, wie in Fig. 3b angedeutet ist und der Transistor T3 nichtleitend wird, das Relais RL also abfällt. Das Ende der den Verzögerungszeiten t2-t, entsprechenden J-Impulse ist in Fig. 3c nicht dargestellt. Um die variable Steuer spannung Us zu erzeugen, kann man an einem von der dargestellten Schaltung weit entfernten Ort z.B. ein mit Gleichstrom gespeistes Potentiometer benüt zen.
Es ist aber selbstverständlich nicht nötig, dass die Mittel zur Erzeugung der Steuerspannung tatsächlich fern liegen.
Der Hauptvorteil der beschriebenen Verzögerungs schaltung liegt darin, dass mit kleinen Spannungen bis ca. 10 Volt schon sehr kurze Verzögerungszeiten erreicht werden können, was mit einem konventionel len RC-Glied erst bei Spannungen, die um mindestens eine Zehnerpotenz höher liegen, erreicht werden kann. Dies bei der gleichzeitigen Forderung nach Einstell möglichkeit für lange Verzögerungszeiten.
Ein weiterer Vorteil der beschriebenen Verzöge rungsschaltung liegt in der Möglichkeit, die sie bietet, auf einfache Weise eine Fernsteuerung der Verzöge rungszeit zu erzielen, im Gegensatz zu Schaltungen, bei denen man z.B. den Wert von R oder C von Hand ändern kann.
Obwohl bei der beschriebenen Schaltung durch Einstellung der Steuerungspannung Us die Spannung U"-i.R. verändert wird, von der aus der Kondensator C entladen wird, kann man prinzipiell auch die Span nung, auf die ein Kondensator über einen nichtlinea ren, mit der Spannung abnehmenden Widerstand auf geladen wird, verändern, um die Verzögerungszeit zu verändern, nach welcher die Ansprechschwelle einer in der Verzögerungsschaltung enthaltenen Auslöse schaltung erreicht wird.
Als weitere Variante ist es auch möglich, durch Zuführen einer negativen Spannung U, an die Basis von Transistor T2 die Ansprechschwelle der Auslöse schaltung zu verändern, um damit die Verzögerungs- zeit t, zu beeinflussen. Dabei kann z.B. die Steuer spannung +Us am Punkt 2 konstant gehalten werden.
Dass bei entsprechender Verwendung von pnp- Transistoren anstatt npn-Typen und umgekehrt mit positivem Eingangsimpuls gearbeitet werden kann, versteht sich von selbst.