Spannungs- und temperaturkompensierte Schaltungsanordnung für elektronische Uhren
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine spannungs- und temperaturkompensierte Schaltungsanordnung für elektronische Uhren mit Schalttransistor, Gleichspannungsquelle und wenigstens je einer Erregerund Antriebsspule, wobei zur Stabilisierung der Erreger- und/oder Antriebsspannung wenigstens je zwei in Serie liegende Halbleiterbauelemente vorgesehen sind.
In einer derarügen bekannten Schaltungsanordnung gemäss der Schweizer Patentschrift Nr. 497 733 bestehen die Halbleiterbauelemente aus Halbleiterdioden, die parallel zur Antriebsspule oder zur Erregerspule in der gleichen Flussrichtung wie die wirksamen Ströme in den Spulen geschaltet sind, wobei die Sehleusenspannung einer einzelnen Diode unter 1 Volt liegt, die Summe der Schleusenspannungen der in Serie liegenden Dioden der zulässigen wirksamen Spannung an der betreffenden Spule entspricht und der fliessende Strom durch die Diodenkombination nach Erreichten der Schleusenspannung in der gleichen Richtung wie der Strom durch die betreffende Spule fliesst.
Bei Versuchen, solche Schaltungsanordnungen unter Verwendung integrierter Schaltelemente, die sich immer mehr durchsetzen, aufzubauen, ergaben sich in der Praxis insofern erhebliche Schwierigkeiten, als sich die Halbleiterdioden nicht ohne weiteres integrieren lassen.
Dagegen ist es möglich, aktive Halbleiterbauele- mente zu integrieren. Von dieser Möglichkeit ist insbesondere in der Verstärkertechnik Gebrauch gemacht worden; solche Verstärkerschaltungen sind z. B. beschrieben in dem Artikel von H. L. Morgan: eTran- sistor serves as a dc coupler, simplifies amplifier design, erschienen in der USA-Zeitschrift Electronic Design > , Band 16, Nr. 6 vom 14. 3. 1968 auf Seite 220, und in dem Artikel von R. Seymour: A Monolithic RF/IF Amplifier and its Applicationss, erschienen in der USA-Zeitschrift Wescon Technicai Paperss,Band 11, Teil 2, 1967 Nr. 1/1 Seite 1 bis 10.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, die Integration für die Spannungs- und Temperaturkompensation in elektronischen Uhren in der Weise nutzbar zu machen, dass die den bisherigen Kompensationsschaltungen noch anhaftenden Nachteile möglichst vollkommen beseitigt werden.
Diese Aufgabe wird in einer Schal tu ngsianordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass zwischen der Basis des Schalttransistors und dem komplementären Pol der Gleichspannungsquelle ein vom Emitter des Schalttransistors über eine galvanische oder Widerstandsverbindung gesteuerter Stabilisator angeordnet ist, der aus aktiven, hintereinandergeschalteten und integrierten Halbleiterbauelementen gleicher Leitfähigkeit besteht.
Der durch diese Schaltungsanordnung erzielbare technische und überraschende Fortschritt liegt darin, dass mit zunehmendem Emitterstrom (z. B. infolge Temperaturänderung) auch der im Nebenschluss über den Stabilisator fliessende Strom zunimmt, so dass die da- durch reduzierte Basisspannung des Schalttransistors ebenfalls eine Reduzierung des Emitterstromes und somit eine der Störgrösse genau proportionale Stabilisation bewirkt.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist nachstehend anhand der Zeichnung erläutert.
Die Zeichnung zeigt eine Schaltungsanordnung mit Stabilisator.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel der spannungs- und tem pera turkompensierten schaltungsanord- nung sind im Emitter-Kollektorkreis des npn-Schalttransistors 1 die Antriebsspule 2 und die Gleichspannungsquelle 3 in Serie geschaltet. Ebenfalls in Serie geschaltet sind im Emitter-Basiskreis des Schalttransistors 1 die Erregerspule 4 und der Kondensator 6, während in den Koliektor-Basiskreis der Widerstand 5 eingeschaltet ist. Erfindungsgemäss ist zwischen der Basis des Schalttransistors 1 und dem komplementären (im vorliegenden Falle also dem negativen) Pol der Gleichspannungsquelle 3 ein aus aktiven, d. h. verstärkenden Halbleiterbauelementen und ihren zugehörigen Widerständen bestehender Stabilisator 7 angeordnet.
Die aktiven Halbleiterbauelemente des Stabilisators 7 bestehen aus drei npn-Silizium-Transistoren 7al, 7a-, 7as und den zugehörigen Widerständen 7bl, 7b2, 7bug, wobei die letzteren zum Ausgleich der durch die Temperaturerhöhung oder erniedrigung bedingten Ande- rung der Schleusenspannung des Stabilisators 7 und damit gleichzeitig des Schalttransistors 1 dienen.
Die Schaltungsanordnung als solche und die Wirkungsweise des Stabilisators 7 sind im Prinzip bekannt, so dass sich ihre Beschreibung im einzelnen erübrigt.
Wie in der Zeichnung angedeutet, können der Stabilisator 7 und der Schalttransistor 1 zu einem integrierten Schaltelement IC vereinigt werden.
Die Erfindung ermöglicht somit die Herstellung integrierter Schaltungen für die Spannungs- und Temperaturkompensation elektronischer Uhren im industriellen Massstab mit einfachsten Mitteln, weil sich durch Verwendung niederohmiger Widerstände im integrierten Schaltelement Transistoren leicht integrieren lassen.
Die Verwendung von Transistoren ergibt einen weiteren, überraschenden Vorteil gegenüber der Verwendung von Dioden:
Mittels Dioden kann man nur auf genau festgelegte Spannungen stabilisieren, z. B. auf 1,3 Volt bei 2 Si Dioden 0,65 Volt; berücksichtigt man dabei, dass hiervon 0,1 Volt für den Transistor in Abzug zu bringen ist, so ergibt sich am Emitter eine Spannung von 1,2 Volt. Demgegenüber kann man bei Verwendung von Transistoren durch entsprechende Dimensib nierung der Widerstände jede beliebige Spannung stabilisieren, d. h. bis herunter auf 1,1 oder 1,05 Volt; dies bedeutet eine wesentliche Verlängerung der Lebensdauer der Batterie, weil die letztere bis zu dieser niedrigen Spannung herunter ausgenutzt werden kann.
Selbstverständlich sind bezüglich der Schaltung und Ausbildung der einzelnen Elemente der beschriebenen Schaltungsanordnung im Rahmen des Erfinciungsgedfan- kens liegende Abwandlungen möglich, insbesondere hinsichtlich der Zahl der aktiven Halbleiterbauelemente.
Voltage and temperature compensated circuit arrangement for electronic clocks
The present invention relates to a voltage and temperature compensated circuit arrangement for electronic clocks with a switching transistor, direct voltage source and at least one exciter and drive coil each, with at least two series semiconductor components being provided to stabilize the exciter and / or drive voltage.
In such a known circuit arrangement according to Swiss Patent No. 497 733, the semiconductor components consist of semiconductor diodes which are connected in parallel to the drive coil or to the excitation coil in the same direction of flow as the effective currents in the coils, with the Sehleusens voltage of a single diode being below 1 volt , the sum of the lock voltages of the diodes in series corresponds to the permissible effective voltage on the relevant coil and the current flowing through the diode combination after reaching the lock voltage flows in the same direction as the current through the relevant coil.
Attempts to build such circuit arrangements using integrated switching elements, which are becoming more and more popular, have resulted in considerable difficulties in practice in that the semiconductor diodes cannot be easily integrated.
In contrast, it is possible to integrate active semiconductor components. Use has been made of this possibility in particular in amplifier technology; such amplifier circuits are e.g. B. described in the article by HL Morgan: eTransistor serves as a dc coupler, simplifies amplifier design, published in the USA magazine Electronic Design>, Volume 16, No. 6 of March 14, 1968 on page 220, and in the article by R. Seymour: A Monolithic RF / IF Amplifier and its Applicationss, published in the USA magazine Wescon Technicai Paperss, Volume 11, Part 2, 1967 No. 1/1 page 1 to 10.
The object on which the invention is based is to make the integration usable for voltage and temperature compensation in electronic clocks in such a way that the disadvantages still inherent in the previous compensation circuits are eliminated as completely as possible.
This object is achieved according to the invention in a circuit arrangement of the type mentioned at the outset in that a stabilizer, which is controlled by the emitter of the switching transistor via a galvanic or resistance connection, is arranged between the base of the switching transistor and the complementary pole of the DC voltage source, consisting of active, series-connected and integrated Semiconductor components of the same conductivity exists.
The technical and surprising progress that can be achieved with this circuit arrangement is that as the emitter current increases (e.g. due to a change in temperature), the current flowing in the shunt via the stabilizer also increases, so that the thus reduced base voltage of the switching transistor also reduces the emitter current and thus brings about a stabilization exactly proportional to the disturbance variable.
An exemplary embodiment of the subject matter of the invention is explained below with reference to the drawing.
The drawing shows a circuit arrangement with a stabilizer.
In the illustrated embodiment of the voltage and temperature compensated circuit arrangement, the drive coil 2 and the DC voltage source 3 are connected in series in the emitter-collector circuit of the npn switching transistor 1. The excitation coil 4 and the capacitor 6 are also connected in series in the emitter base circuit of the switching transistor 1, while the resistor 5 is switched on in the Koliektor base circuit. According to the invention, between the base of the switching transistor 1 and the complementary (in the present case the negative) pole of the DC voltage source 3 is an active, i.e. H. reinforcing semiconductor components and their associated resistors existing stabilizer 7 arranged.
The active semiconductor components of the stabilizer 7 consist of three npn silicon transistors 7al, 7a-, 7as and the associated resistors 7bl, 7b2, 7bug, the latter to compensate for the change in the lock voltage of the stabilizer 7 caused by the increase or decrease in temperature and thus serve the switching transistor 1 at the same time.
The circuit arrangement as such and the mode of operation of the stabilizer 7 are known in principle, so that their detailed description is superfluous.
As indicated in the drawing, the stabilizer 7 and the switching transistor 1 can be combined to form an integrated switching element IC.
The invention thus enables the production of integrated circuits for the voltage and temperature compensation of electronic clocks on an industrial scale with the simplest means, because transistors can easily be integrated in the integrated switching element by using low-value resistors.
The use of transistors results in another surprising advantage over the use of diodes:
Diodes can only be used to stabilize at precisely defined voltages, e.g. B. to 1.3 volts with 2 Si diodes 0.65 volts; if you take into account that 0.1 volts has to be subtracted from this for the transistor, the result is a voltage of 1.2 volts at the emitter. On the other hand, when using transistors, any voltage can be stabilized by appropriate dimensioning of the resistors. H. down to 1.1 or 1.05 volts; this means a significant increase in the life of the battery, because the latter can be used down to this low voltage.
Of course, modifications within the scope of the inventive concept are possible with regard to the circuit and design of the individual elements of the circuit arrangement described, in particular with regard to the number of active semiconductor components.