Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebsschaltung für zeithaltende Geräte, insbesondere für Uhren.
Es ist bereits eine Antriebsschaltung für zeithaltende Geräte bekanntgeworden. bei der mit mehreren stationären, permanenten Magneten eine schwingfähige, als Steuer- und Antriebsspule wirkende Spule zusammenwirkt, die einen Teil einer monostabilen Multivibratorschaltung bildet. Diese Schaltung weist zwei komplementär zueinander angeordnete Transistoren, ein RC-Glied und eine Gleichstromquelle auf.
Die Anordnung ist dabei derart, dass in Ruhestellung des Schwingsystems beide Transistoren dauernd gesperrt sind.
Damit ist dieses Schaltungssystem nicht selbstanlaufend. Beim mechanischen Schwingen des Systems werden über den in der Spule erzeugten Impuls beide Transistoren geöffnet, doch fliesst lediglich über einen Transistor der Spulenstrom, während über den anderen Transistor parallel hierzu ein für den Antrieb nutzloser Strom in einer beachtlichen Höhe von mindestens 20tor oder mehr des Gesamtstromes fliesst. Dies bedeutet. dass eine bestimmte Batterie eine kürzere Lebensdauer hat oder dass für eine vorgegebene Lebensdauer eine erössere Batterie verwendet werden muss (USA-Patent Nr. 3 046 460).
Des weiteren ist eine Antriebsschaltung für ein zeithaltendes Gerät bekanntgeworden, die einen permanenten Magneten. eine relativ hierzu schwingende, als Steuer- und Antriebsspule ausgebildete Spule, zwei komplementär geschaltete Transistoren. ein RC-Glied und eine Brücke mit vier Brückenzweigen aufweist. von denen ein Brückenzweig die Spule ist, während die anderen drei Brückenzweige von Widerständen gebildet sind. Die eine Diagonale der Brücke liegt am Eingang des einen Transistors und die andere Diagonale am Ausgang des anderen Transistors. Diese Schaltung hat zwar den Vorteil, dass das mechanische Schwingungssystem selbst anlaufen kann. doch ist es wegen der Vielzahl von Widerständen verhältnismässig aufwendig.
Ausserdem fliesst ein Teil des Batteriestromes während des Antriebsimpulses über zwei Widerstandsbrückenzweige. und der eine Zweigstrom ist für den Antrieb nutzlos, so dass hierdurch die Lebensdauer der Stromquelle entsprechend herabgesetzt wird. Ausserdem liegt noch in Reihe mit der Spule ein weiterer Widerstand, der ebenfalls einen Energieverlust bedeutet, da der ihn durchfliessende Antriebsimpuls einen Spannungsabfall bewirkt.
Es ist auch schon bekanntgeworden, eine Antriebsschaltung mit nur einem Transistor und einer einzigen, als Steuerund Antriebsspule wirkenden Spule vorzusehen. Um hier jedoch das System elektrisch schwingfähig zu machen, ist ein Rückkopplungstransformator vorgesehen. Eine derartige Schaltung ist zwar selbstanlaufend, doch wird die Verstärkung lediglich durch einen einzigen Transistor bewirkt, der einen entsprechend hohen Verstärkungsfaktor haben muss, um die Schwingung elektrisch in Gang zu halten. Ausserdem ist bei der üblichen räumlichen Beschränkung, wie dies bei Uhren meist zutrifft. ein Transformator unerwünscht, da er wesentlich mehr Raum als die meisten anderen Komponenten, auf jeden Fall viel mehr Raum als ein zweiter Transistor benötigt.
Ausserdem ist er teurer als die zur Zeit auf dem Markt erhältlichen Transistoren (USA-Patent Nr. 2 909 732).
Es ist an sich bei Oszillatorschaltungen auch bekannt, die Emitter eines PNP-Transistors und eines NPN-Transistors direkt miteinander zu verbinden, so dass beide Emitter Kollektor-Strecken in Reihe geschaltet sind und so ein asymmetrischer Multivibrator gebildet wird (USA-Patent Nummer 2 769 907); eine derartige Schaltung wurde jedoch bis jetzt zum Antrieb mechanisch schwingender Gebilde nicht verwendet.
Zweck der Erfindung ist die Schaffung einer Antriebsschaltung für zeithaltende Geräte, insbesondere für Uhren, die einerseits ein Selbstanlaufen der Anordnung gewährleistet, anderseits jedoch eine geringere Stromaufnahme und einen geringeren Raumbedarf aufweist, als dies bei den für Uhren bekannten Schaltungen der Fall ist, und die schliesslich eine kostensparende Fertigung erlaubt.
Die erfindungsgemässe Antriebsschaltung, die mindestens einen permanenten Magneten und eine Spule aufweist, die Teile des mechanischen Schwingungssystems bilden sowie dessen Antrieb bewirken, wobei die als Auslöse- und Antriebsspule wirkende Spule Bestandteil einer zwei komplementäre Transistoren, ein RC-Glied und eine Stromquelle enthaltenden Multivibratorschaltung ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Stromquelle, die Spule und beide Emitter Kollektor-Strecken der Transistoren in Reihe geschaltet sind, dass die Emitter beider Transistoren miteinander und Basis und Kollektor eines jeden Transistors leitend mit je einem der beiden Pole der Stromquelle verbunden sind, und dass das RC-Glied so dimensioniert ist, dass die Frequenz des Multivibrators höchstens ebensohoch wie die mechanische Eigenfrequenz des Schwingungssystems ist.
Hier wird also die Anordnung so getroffen. dass der gesamte Spulenstrom über die Emitter-Kollektor-Strecken beider Transistoren fliesst, wobei von diesem Strom nur noch ein sehr kleiner Teil abgezweigt wird, der zum Triggern benötigt wird und keinen Antriebseffekt bewirkt. Es ergibt sich so bei einer selbstanlaufenden Uhr eine optimale Ausnutzung und eine maximale Lebensdauer der Batterie, sowie die Möglichkeit eines kompakten Schaltungsaufbaus, was für Uhren, wie beispielsweise Armbanduhren, bedeutsame Vorteile sind.
Zur Unterdrückung von hochfrequenten Schwingungen kann noch ein Dämpfungskondensator vorgesehen sein, der vorzugsweise der Spule parallel geschaltet ist.
Vorteilhaft ist es ferner, wenn zur Begrenzung des Basisstroms zwischen der Basis des unmittelbar mit der Spule verbundenen Transistors und dem anderen Spulenende ein Vorwiderstand angeordnet ist.
Für das Schwingungsverhalten der erfindungsgemässen Antriebsschaltung, insbesondere im Hinblick auf einen schnellen Ladungsabbau in dem der Spule benachbarten Transistor, ist es besonders günstig, wenn der Widerstandswert des Vorwiderstands ein Vielfaches des ohmschen Widerstands der Spule ist.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt.
Mit 10 ist ein permanenter Magnet bezeichnet, der auf dem freien Ende einer mit 12 bezeichneten Feder befestigt ist, deren entgegengesetztes Ende mit einem stationären Teil fest verbunden ist. Der Magnet 10 kann dabei entsprechend dem Doppelpfeil A hin und her schwingen und wirkt mit einer stationären, zugleich als Steuer- und Antriebsspule dienenden Spule 14 zusammen. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Spule feststehend und der Magnet als schwingungsfähig eingezeichnet; es kann statt dessen auch, wie dies meist üblich ist, der Magnet stationär und die Spule schwingungsfähig angeordnet werden.
Das eine Ende der Spule 14 ist mit dem Pluspol einer Gleichstromquelle 16 verbunden. Der Minuspol der Gleichstromquelle ist über die Kollektor-Emitter-Strecke eines PNP-Transistors 18 und die Emitter-Kollektor-Strecke eines NPN-Transistors 20 an das andere Ende der Spule 14 angeschlossen. Die beiden Transistoren 18 und 20 können ohne weiteres gegeneinander vertauscht werden, und es ist dann lediglich die Batterie entsprechend umzupolen. Ein weiterer Stromkreis führt vom Pluspol der Gleichstromquelle über einen Widerstand 22 zur Basis des Transistors 20, von dort über den Emitter des Transistors 20, den Emitter des Transistors 18, die Basis der Transistors 18 und schliesslich über einen Widerstand 24 zum Minuspol der Stromquelle.
Ferner ist die Basis des Transistors 18 über einen Kondensator 26 mit dem Kollektor des Transistors 20 und damit auch mit dem einen Ende der Spule 14 verbunden.
Ferner kann noch ein lediglich strichpunktiert eingezeichneter Kondensator 30 vorgesehen sein, der hochfrequenten Strom unterdrückt und im vorliegenden Beispiel parallel zur Spule 14 geschaltet ist.
Im folgenden soll nun die Wirkungsweise der Antriebsschaltung des näheren erläutert werden.
Im Ruhezustand, d.h. bei stillstehendem Magnet 10, sei angenommen, dass durch irgendeinen nicht dargestellten Schalter die Stromquelle 16 eingeschaltet wurde. Damit beginnt die Aufladung des Kondensators 26 über den durch die Spule 14 und den Widerstand 24 gebildeten Ladekreis, der nun bis zur Spannung der Stromquelle aufgeladen werden kann. Schliesslich liegt an der Basis des Transistors 18 eine negative Spannung, so dass der Transistor 18 leitend wird. Ähnliches gilt auch für den Transistor 20, an dessen Basis die volle positive Spannung der Stromquelle 16 liegt, so dass also auch hier Basis und Kollektor die gleiche Spannung aufweisen, d. h. die Vorbedingungen für das Öffnen des Transistors 20 vorhanden sind.
Sobald nun diese beiden Transistoren 18 und 20 anfangen sich zu öffnen, beginnt ein Strom von der Stromquelle 16 über die Spule 14 und die Kollektor-Emitter-Strecken der beiden Transistoren 18 und 20 zu fliessen, so dass eine gegenseitige Einwirkung zwischen der Spule 14 und dem Magneten 10 eintritt, und im vorliegenden Fall dem schwingfähigen Magneten 10 ein Impuls erteilt wird.
Da auch die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 20 leitend geworden ist, kann sich der Kondensator 26 über diese Strecke und die Emitter-Basis-Strecke des Transistors 18 entladen, so dass infolge des zuletzt genannten Transistors die Schwingung die volle Impulshöhe lawinenartig erreicht. Nach der Entladung des Kondensators 26 bricht der Impuls ebenso lawinenartig zusammen. Anderseits wird durch die Relativbewegung zwischen Spule und Magnet und die dem Schwingungssystem zugehörige mechanische Eigenfrequenz in der Spule jeweils ein Steuerimpuls induziert, auf dessen Einfluss auf die Antriebsschaltung weiter unten näher eingegangen wird.
Wenn in der Spule 14 nach dem mechanischen Anschwingen kein Impuls induziert wird, ist der Transistor 18 infolge der gegenüber dem Kollektor positiveren Basis gesperrt. Das gleiche trifft auch auf den Transistor 20 zu, da dort bei geschlossenem Transistor 18 kein Steuerstrom über die Basis fliessen kann.
Der Widerstand 22 dient der Begrenzung des Basis-Stroms des Transistors 20 und damit desjenigen Stroms, der für den Antrieb des mechanischen Schwingers, im vorliegenden Fall des Magneten 10, wirkungslos bleibt.
Wird nun mit entsprechender Polarität in der Spule 14 ein Impuls erzeugt, so wird die Basis des Transistors 18 über den Kondensator 26 angesteuert und dieser Transistor geöffnet.
Nunmehr kann über die Basis-Emitter-Strecke des Transistors 20 ein entsprechender Strom fliessen, so dass auch der Transistor 20 leitend wird. Damit ist der Stromkreis von der Spule 14 über den Transistor 20, Transistor 18 zur Stromquelle 16 geschlossen, d. h. es fliesst nun der zum Antrieb des Schwingungssystems erforderliche Antriebsstrom.
Die Dimensionierung der einzelnen Elemente muss dabei so erfolgen, dass vom Eingang (Basis des Transistors 18) bis zum Ausgang (Kollektor des Transistors 20) die Phase um 360 gedreht wird, so dass die allgemeine Schwingbedingung erfüllt ist.
Die Impulslänge ist durch die Entladezeitkonstante des Kondensators 26 bestimmt, der sich über die beiden Transistoren entlädt. Nach der Entladung des Kondensators tritt wieder der vorherige Zustand ein, d. h., die gegenüber dem Kollektor positivere Basis sperrt den Transistor 18 und damit auch den Transistor 20.
Die Pause zwischen den elektrischen Impulsen ist durch die Aufladezeitkonstante des Kondensators bestimmt. Diese wird vorteilhaft gemäss der Erfindung so gewählt, dass sie länger als oder höchstens gleich lang wie die Periode des mechanischen Schwingungssystems ist und so die Synchronisierung und Triggerung der Antriebsschaltung durch das mechanische Schwingungssystem erfolgt.
Erwähnt sei noch, dass der Widerstand 24 verhältnismässig gross, beispielsweise von der Grössenordnung von 1 M Ohm, ist. Beim Widerstand 22 handelt es sich um einen relativ dazu kleinen Widerstand von der Grössenordnung von 100 K Ohm. Die Kapazität 26 ist in der Grössenordnung von 1/ion C1 F.
Durch die angegebenen Werte und unter Verwendung von geeigneten Transistoren und einer entsprechenden Spule können mechanische Schwingungssysteme in einem Frequenzbereich z. B. zwischen 200 und 500 Perioden synchronisiert werden, ohne dass die Phasenbedingung verletzt wird.