DE10049758A1 - Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines Einschaltsignals für batteriebetriebene Münzprüfer - Google Patents

Abstract

Es wird eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines Einschaltsignals für batteriebetriebene Münzprüfer vorgeschlagen, die einen eine Spule zur Erfassung des Einwerfens einer Münze aufweisenden Oszillator, dessen Ausgangssignal sich durch die Münze ändert, und ein erstes elektronisches Schaltelement, das bei Einwurf der Münze durch Änderung seiner Steuerspannung das Einschaltsignal abgibt, aufweist. Es sind ein erster Schaltkreis zum Einstellen des Arbeitspunktes des Oszillators im ruhenden Zustand des Münzprüfers und ein zweiter, mit dem Ausgang des Oszillators verbundener, ein zweites elektronisches Schaltelement aufweisender Schaltkreis vorgesehen. Der erste und zweite Schaltkreis sind so miteinander verbunden, daß das zweite Schaltelement im ruhenden Zustand des Münzprüfers als Konstant-Stromquelle wirkt. Bei Einwurf einer Münze ändert sich der Strom durch das zweite Schaltelement abhängig von der Ausgangsspannung des Oszillators, derart, daß das erste mit dem zweiten Schaltelement verbundene Schaltelement schaltet und das Einschaltsignal liefert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines Einschaltsignals für batteriebetrie­ bene Münzprüfer nach dem Oberbegriff des Hauptan­ spruchs.

Aus der EP 0 607 624 B1 ist ein elektrischer Ein­ schaltsensor für batteriebetriebene Münzprüfer be­ kannt, der einen Oszillator verwendet. Über einen er­ sten, an den Oszillator angeschlossenen Transistor in Emitterfolgeschaltung wird ein erster über einen er­ sten Widerstand entladbarer Kondensator periodisch so aufgeladen, daß der erste Transistor bei Verringerung der Oszillatorspannung stromlos wird. Über den ersten Transistor wird ein zweiter an Batteriespannung lie­ gender Transistor angesteuert, der ein Einschaltsi­ gnal erzeugt. Die Oszillatorspannung bricht zusammen, wenn eine Münze in den Münzprüfer eingeworfen wird und dabei die Spule des Oszillator gedämpft wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schal­ tungsanordnung zur Erzeugung eines Einschaltsignals entsprechend dem Oberbegriff des Hauptanspruchs zu schaffen, die immer einen stabilen Arbeitspunkt ge­ währleistet und bei der alle Bauelementetoleranzen ausgeglichen werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kenn­ zeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs gelöst.

Einerseits wird durch die besondere Ausbildung des Colpitts-Transistors ein niedriger Stromverbrauch ge­ währleistet und das Vorsehen der Konstantstromquelle ergibt einen stabilen Arbeitspunkt über den gesamten Temperaturbereich einen Ausgleich der Bauteiletole­ ranzen und einen Ausgleich von ungewollter Beeinflus­ sung durch Metallgegenstände im Münzprüfer. Weiterhin wird durch die Konstantstromquelle ein stabiler Schaltpunkt für den Ausgangstransistor geliefert, wo­ durch die Wirkung von Schwankungen der Schaltschwel­ len der verwendeten integrierten Schaltkreise, die zwischen 30% und 50% liegen, unterdrückt werden.

Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnah­ men sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesse­ rungen möglich.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt eine schaltungsgemäße Ausge­ staltung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.

Die in der Figur dargestellte Schaltungsanordnung dient zum Einschalten eines batteriebetriebenen elek­ tronischen Münzprüfers, wobei mittels eines von der Schaltungsanordnung erzeugten Einschaltsignals elek­ tronische Schaltkreise des Münzprüfers, wie elektro­ nische Prüfeinrichtungen mit Spannung versorgt wer­ den. Eine wesentliche Anforderung an die dargestellte Schaltungsanordnung besteht darin, daß sie im ruhen­ den Zustand und auch im Betriebszustand einen gerin­ gen Strombedarf aufweist.

Die Schaltungsanordnung besteht im Wesentlichen aus einem Colpitts-Oszillator 1, einem ersten Schaltkreis 2 zum Einstellen des Arbeitspunktes des Oszillators 1 im ruhenden Zustand des Münzprüfers, einem zweiten Schaltkreis 3 zum Ansteuern eines ersten elektroni­ schen Schaltelementes Q4, das den Ausgang der Schal­ tungsanordnung darstellt und bei Einwurf einer Münze ein Einschaltsignal für die elektronischen Kreise des Münzprüfers abgibt.

Der Colpitts-Oszillator 1 besteht in bekannter Weise aus einem kapazitiven Spannungsteiler C3, C4, der den Bruchteil der mitgekoppelten Spannung bestimmt. Dabei wirkt die Reihenschaltung der Kondensatoren C3, C4 als Schwingkreiskapazität. Die Spule L1 des Colpitts- Oszillators ist mit den Anschlüssen der Kondensatoren C3, C4 verbunden und ihre Induktivität bestimmt zu­ sammen mit den Kondensatoren C3, C4 die Resonanzfre­ quenz. Weiterhin weist der Colpitts-Oszillator zwei MOS-Feldeffekttransistoren Q3, Q5 auf, deren Drain- Elektroden miteinander verbunden sind und den Ausgang des Oszillators 1 bilden, deren Gate-Elektroden ge­ meinsam an dem spannungsführenden Anschluß des Kon­ densators C3 liegen und deren Source-Elektroden ei­ nerseits über einen Widerstand R2 an die Batterie­ spannung U_Batt und andererseits über einen Widerstand R6 an Masse oder GND, angeschlossen sind. Parallel zum Widerstand R6 ist ein Kondensator C2 geschaltet, der dafür sorgt, daß die Gegenkopplung für die Wech­ selspannung (R6) gegen Null geht. Das Substrat des Feldeffekttransistors Q3 liegt an Batteriespannung, während das Substrat des Feldeffekttransistors Q5 auf Masse liegt. Die Widerstände R2 und R6 haben vorzugs­ weise den gleichen Widerstandswert und auch die FETS Q3, Q4 sind identisch.

Der Colpitts-Oszillator ist so ausgelegt, daß die Stromaufnahme 10 µA nicht überschreitet. Der Strom­ verbrauch wird im wesentlichen durch den Ruhestrom, der durch die Transistoren Q3 und Q5 fließt, be­ stimmt. Bestimmend für den Ruhestrom sind die beiden Widerstände R2 und R6 sowie die Schaltschwellen der Transistoren Q3 und Q5. Es ergibt sich z. B. folgende Rechnung:
I = (U_Batt - U_Q3,Q4)/(R2 + R6)=(12 V - 5 V)/1,36 MOhm ~ 5,14 µA

Der Schaltkreis zum Einstellen des Arbeitspunktes des Oszillators 1 im ruhenden Zustand des Münzprüfers weist einen Transistor Q1, der als pnp-Transistor ausgebildet ist, auf. Der Emitter des Transistors Q1 ist an Batteriespannung angeschlossen, während der Kollektor mit dem Sourceanschluß des FETs Q3 verbun­ den ist. Die Basis des Transistors Q1 als Steuerelek­ trode ist einerseits über einen Kondensator C1 an der Batteriespannung und andererseits über einen Wider­ stand R3, der zur Einstellung des Basisstroms dient, mit eines Widerstandes R1 verbunden, wobei der Wider­ stand R1 mit seinem anderen Anschluß gleichfalls an Batteriespannung liegt.

Der zweite Schaltkreis 3 zum Ansteuern des elektroni­ schen Schaltelementes Q4 weist eine Diode D1, vor­ zugsweise eine Schottky-Diode auf, deren Anode mit dem Ausgang des Oszillators 1 und deren Kathode mit dem Gate-Anschluß eines MOS-FETs Q2 verbunden ist. Parallel zur Diode D1 liegt ein Widerstand R4. Die Source-Elektrode des FETs Q2 ist mit dem Verbindungs­ punkt zwischen Widerstand R3 und Widerstand R1 des ersten Schaltkreises 2 verbunden und die Drain- Elektrode ist sowohl an einen Widerstand R5 als auch an den Gate-Anschluß des gleichfalls als MOS-FET aus­ gebildeten elektronischen Schaltelementes Q4 ange­ schlossen. Der andere Anschluß des Widerstandes R5 liegt auf Masse. Das Substrat des MOS-FETs Q2 ist an die Batteriespannung angeschlossen. Die Source- Elektrode des FETs Q4 bildet den Ausgang für das Ein­ schaltsignal und die Drain-Elektrode sowie das Sub­ strat liegen auf Masse.

Die Funktionsweise der in der Figur dargestellten Schaltungsanordnung ist wie folgt. Wenn die Schal­ tungsanordnung an Spannung, d. h. an Batteriespannung gelegt wird, liegt der Arbeitspunkt des Oszillators 1 mittig zur Betriebsspannung, d. h. Batteriespannung und ergibt sich aus den beiden gleichen Widerständen R2 und R6. Der Oszillator liefert an seinem Ausgang eine mit der Gleichspannung U_Batt/2 überlagerte Wech­ selspannung, die über die Diode D1 gleichgerichtet wird, wodurch an der Gate-Elektrode des nachfolgenden MOS-Transistors Q2 ein Gleichspannungspotential von etwa U_Batt/2 plus U_~Spitze liegt. Da diese Gleichspan­ nung deutlich unter der Betriebsspannung liegt, wird der MOS-Transistor Q2 leitend, wodurch ein Spannungs­ abfall über den Widerstand R1 und über den Widerstand R5 auftritt.

Dadurch lädt sich der Kondensator C1 auf und sobald seine Spannung die Schaltschwelle des Transistors Q1 erreicht hat, wird letzterer leitend. Dadurch wird der Arbeitspunkt des Oszillators 1 verstellt, d. h. der Arbeitspunkt wird zur Batteriespannung hin ver­ schoben. Dadurch verschiebt sich auch die Ausgangs­ spannung des Oszillators 1, wodurch das Gleichspan­ nungspotential am Gate des MOS-Transistors Q2 an­ steigt. Mit steigender Gate-Spannung sperrt der MOS- Transistor Q2 und damit nimmt auch der Spannungsab­ fall über R1 ab, bis sich ein Spannungswert von ca. 500 mV am Widerstand R1 eingestellt hat, der der Emitter-Basisspannung des Transistors Q1 entspricht. Der MOS-FET Q2 arbeitet jetzt als Konstant- Stromquelle, wobei der Strom über den Widerstand R1, den MOS-FET Q2 und den Widerstand R5 durch R1 bzw. durch die Emitter-Basisspannung des Transistors Q1 bestimmt wird. Dabei ist der Widerstand R5 so dimen­ sioniert, daß der Spannungsabfall an den Widerstand R5 die Schaltschwelle des MOS-Transistors Q4 nicht überschreitet.

Der so eingestellte Zustand ist der Ruhezustand der Schaltungsanordnung, d. h. der Münzprüfer ist im War­ tezustand und wartet auf den Einwurf einer Münze. Durch die Schaltungsanordnung wird ein stabiler Ar­ beitspunkt in diesem Zustand gewährleistet, wobei al­ le Bauelementetoleranzen ausgeglichen sind.

Wird nun ein Metallgegenstand in die Nähe der Spule L1 des Oszillators 1 gebracht, d. h. wird eine Münze eingeworfen, so wird die Schwingung des Oszillators 1 gedämpft, wodurch die Amplitude der Wechselspannung kleiner wird. Dadurch sperrt die Diode T1 und leitet nicht mehr, wodurch die Kapazität der Gate-Elektrode des MOS-FETs Q2 sich über den Widerstand R4 entlädt.

Die kleiner werdende Gatespannung erzeugt einen höhe­ ren Strom durch den Transistor Q2 und somit einen hö­ heren Spannungsabfall am Widerstand R5. Dadurch wird die Schaltschwelle des Transistors Q4 überschritten, wodurch der Transistor Q4 nach GND oder Masse schal­ tet und ein Ausgangssignal, d. h. ein Einschaltsignal für die elektronischen Schaltkreise des Münzprüfers erzeugt. Die Schaltungsparameter der Schaltungsanord­ nung sind dabei so bemessen, daß die Spannungsände­ rung am Transistor Q2 relativ schnell auftritt. Dies ist notwendig, damit der Kondensator C1 die Spannung für den Transistor Q1 hält und sich nicht entlädt. Der Kondensator C1 verhindert somit, daß sich der Ar­ beitspunkt des Oszillators 1 über den Transistor Q1 nachstellt, da ansonsten kein Ausgangssignal vom Transistor Q4 erzeugt würde.

Nach dem Einwurf der Münze nimmt der Oszillator wie­ derum seinen stabilen Arbeitspunkt ein und der MOS- Transistor Q2 wirkt wieder als Konstant-Stromquelle.

Claims (11)

1. Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines Ein­ schaltsignals für batteriebetriebene Münzprüfer mit einem eine Spule zur Erfassung des Einwer­ fens einer Münze aufweisenden Oszillator, dessen Ausgangssignal sich durch die Münze ändert, und mit einem ersten elektronischen Schaltelement, das bei Einwurf der Münze durch Änderung seiner Steuerspannung das Einschaltsignal abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Schaltkreis (2) zum Einstellen des Arbeitspunktes des Oszillators (1) im ruhen­ den Zustand des Münzprüfers und ein zweiter, mit dem Ausgang des Oszillators verbundener, ein zweites elektronisches Schaltelement (Q2) auf­ weisender Schaltkreis (3) vorgesehen sind, wobei der erste und zweite Schaltkreis (2, 3) so mit­ einander verbunden sind, daß das zweite Schalte­ lement (Q2) im ruhenden Zustand des Münzprüfers als Konstant-Stromquelle wirkt, und daß bei Ein­ wurf einer Münze der Strom durch das zweite Schaltelemente (Q2) sich abhängig von der Aus­ gangsspannung des Oszillators (1) derart ändert, daß das erste, mit dem zweiten Schaltelement (Q2) verbundene Schaltelement (Q4) schaltet und das Einschaltsignal liefert.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Steuerelektrode des zwei­ ten Schaltelementes (Q2) über eine Diode (D1) an den Ausgang des Oszillators (1) geschaltet ist, wobei die Diode (D1) so bemessen ist, daß sie bei Änderung der Ausgangsspannung des Oszilla­ tors (1) durch Anwesenheit einer Münze sperrt.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder An­ spruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schaltkreis (2) einen Transistor aufweist, über den die Arbeitspunkteinstellung des Oszillators (1) für den ruhenden Zustand des Münzprüfers ak­ tivierbar ist.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schaltkreis (2) eine mit der Steuerelektrode des Transistors (Q1) verbundene und an die Batterie­ spannung angeschlossene Parallelschaltung eines Kondensators (C1) und eines Widerstandes (R1) aufweist.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei nicht ak­ tiviertem ersten Schaltkreis (2) der Ar­ beitspunkt des Oszillators (1) mittig zur Batte­ riespannung liegt.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe zur Schaltstrecke des zweiten Schaltelementes (Q2) ein die Schaltschwelle des ersten Schaltelemen­ tes (Q4) vorgebender Widerstand geschaltet ist.

7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit der Schaltstrecke des zweiten Schaltelementes (Q2) die Parallelschaltung aus Kondensator (C1) und Widerstand (R1) des ersten Schaltkreises (2) geschaltet ist.

8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und/oder zweite Schaltelement (Q2, Q4) als Fel­ deffekttransistor vorzugsweise als MOS- Feldeffekttransistor ausgebildet sind.

9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszilla­ tor ein Colpitts-Oszillator ist.

10. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Diode (D1) ein Widerstand (R4) geschaltet ist, über den die Kapazität der Steuerelektrode des zweiten Schaltelementes (Q2) bei Sperren der Diode (D1) entladbar ist.

11. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Konden­ sator (C1) des ersten Schaltkreises (1) so be­ messen ist, daß bei Einwurf einer Münze und re­ sultierender Spannungsänderung am zweiten Schaltelement (Q2) eine Nachstellung des Ar­ beitspunktes des Oszillators (1) über einen be­ stimmten Zeitraum verhindert wird.