DE1056707B

DE1056707B - Circuit arrangement for the time-delayed control of a switching element

Info

Publication number: DE1056707B
Application number: DES47439A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Hermann Raedler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1956-02-10
Filing date: 1956-02-10
Publication date: 1959-05-06

Description

DEUTSCHESGERMAN

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur zeitlich, verzögerten Steuerung eines Schaltelementes, insbesondere Schaltrelais. In der Fernmeldetechnik tritt häufig die Aufgabe auf, ein Schaltelement durch ein Steuerkommando erst nach einer bestimmten Verzögerungszeit wirksam bzw. unwirksam zu machen.The invention relates to a circuit arrangement for the time-delayed control of a switching element, in particular switching relays. In telecommunications technology, the task of a switching element often occurs by a control command only becomes effective or ineffective after a certain delay time close.

Es ist bekannt, Schaltrelais für eine zeitlich verzögerte Steuerung mit einem Kondensator in einer Parallelschaltung anzuordnen. Diese Schaltung ist sowohl für eine anzug- als auch für eine abfallverzögerte Steuerung des Schaltrelais geeignet, sofern nicht besondere Steuerschalter in dem Speisestromkreis des Kondensators vorgesehen sind, da das Schaltrelais erst dann anspricht, wenn der Kondensator auf einen bestimmten Wert aufgeladen ist, und erst dann abfällt, wenn die Ladung des Kondensators unter einen bestimmten Wert abgesunken ist. Eine solche Anordnung hat, da der Kondensator entsprechend der gewünschten Verzögerungszeit dimensioniert sein muß, den Nachteil, daß bei großen Verzögerungszeiten auch eine entsprechend große Kapazität des Kondensators benötigt wird. Außerdem ist diese Schaltung für eine genau definierte Verzögerungszeit nicht anwendbar. Die Auf- bzw. Entladung des Kondensators verläuft nämlich nach einer e-Funktion, und da bei dieser in einem gewissen Kennlinienbereich eine große Änderung der Zeit nur eine kleine Änderung des Ladebzw. Entladestromes ergibt und auch die Anzug- bzw. Abfallstromwerte des Relais um einen gewissen Soll-Stromwert schwanken, ist die beabsichtigte Verzögerungszeit mit entsprechenden Toleranzen behaftet.It is known, switching relays for a time-delayed control with a capacitor in one To be arranged in parallel. This circuit is suitable for both pick-up and drop-out delayed control of the switching relay, if not special control switches are provided in the supply circuit of the capacitor, as the switching relay only responds when the capacitor is charged to a certain value and only then drops out, when the charge on the capacitor has dropped below a certain value. Such an arrangement because the capacitor must be dimensioned according to the desired delay time, the disadvantage that with long delay times a correspondingly large capacitance of the capacitor is needed. In addition, this circuit cannot be used for a precisely defined delay time. The charging or discharging of the capacitor follows an exponential function, and since this is in a certain range of characteristics, a large change in time, only a small change in loading and / or charging. Discharge current results and also the pull-in or drop-out current values of the relay by a certain target current value fluctuate, the intended delay time is subject to corresponding tolerances.

Es ist fernerhin auch noch bekannt, Schaltelemente, insbesondere Relais, mit Hilfe von Elektronenröhren verzögert zu steuern. Bei diesen bekannten Schaltungen wird das Schaltelement selbst im Anodenstromkreis angeordnet und der Anodenstrom abhängig von einer aus einem 72C-Glied gewonnenen Steuerspannung geregelt. Bei diesen bekannten Schaltungen wird durch den Einfluß des i?C-Gliedes aber stets nur +0 ein Steuerwert der Röhre, nämlich die Gitterspannung, geändert. Da bei jeder Röhre die Größe der Anodenstromänderung abhängig von der Gitterspannungsänderung durch ihre eigene Steilheit festgelegt und die Steilheit innerhalb des Arbeitsbereiches bei den meisten Röhren konstant ist, verläuft also> auch bei diesen Röhrenschaltungen der Anodenstrom, der gleichzeitig der Strom des zeitlich verzögert zu steuernden Schaltelementes ist, nach einer e-Funktion. Da eine e-Funktion aber nur zwei Bereiche hat, in denen annähernde Linearität herrscht, ist man bei den genannten Schaltungen immer gezwungen, wenn eine bestimmte Verzögerungszeit erreicht werden soll, entweder im Anfangs- oder Endbereich der e-Funktion SchaltungsanordnungFurthermore, it is also known to switch elements, in particular relays, with the aid of electron tubes delayed control. In these known circuits, the switching element itself is in the anode circuit arranged and the anode current dependent on a control voltage obtained from a 72C element regulated. In these known circuits, however, only +0 is always due to the influence of the i? C element a control value of the tube, namely the grid voltage, is changed. Since with each tube the size of the The change in the anode current is determined by its own slope as a function of the change in the grid voltage and the slope within the working range is constant for most tubes, so it runs> also with these tube circuits the anode current, which at the same time the current of the time-delayed to controlling switching element is, according to an exponential function. Since an exponential function only has two domains, in where there is approximate linearity, one is always forced with the circuits mentioned if one a certain delay time is to be achieved, either in the start or end range of the e-function Circuit arrangement

zur zeitlich verzögerten Steuerungfor time-delayed control

eines Schaltelementsof a switching element

Anmelder:
Siemens & Halske Aktiengesellschaft,Applicant:
Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,
München 2, Witteisbacherplatz 2Berlin and Munich,
Munich 2, Witteisbacherplatz 2

Dipl.-Ing. Hermann Rädler, München-Großhadern,
ist als Erfinder genannt wordenDipl.-Ing. Hermann Rädler, Munich-Großhadern,
has been named as the inventor

zu arbeiten. Im ersten Fall muß man den Nachteil einer großen Kapazität im i?C-GIied in Kauf nehmen, während im weiten Fall die Kapazität zwar kleiner dimensioniert werden kann, müssen dort die durch die geringen Änderungen des Anodenstromes auf Grund der Gitterspannungsänderungen hervorgerufenen großen Toleranzen bei der Verzögerungszeit in Kauf genommen werden.to work. In the first case one has to accept the disadvantage of a large capacity in the i? C-GIied, while in the broader case the capacity can be dimensioned smaller, there must be the small changes in the anode current due to the grid voltage changes caused large tolerances in the delay time in Purchase to be taken.

Erstrebenswert für die ,zeitlich verzögerte Steuerung eines Schaltelementes ist also eine Stromkurve, die einen plötzlichen, möglichstesten und konstant verlaufenden Anstieg bzw. Abfall besitzt und mit Schaltelementen kleiner Dimensionen erreichbar ist. Es ist wohl bekannt, plötzliche und steil verlaufende Stromänderungen mit Hilfe von thermischen Schaltmitteln, z. B. Bimetallstreifen, zu erreichen. Diese Schaltmittel benötigen aber eine entsprechende thermische Erregung, die nicht immer zur Verfügung steht und auch nicht ohne besonderen Aufwand erstellt werden kann.Desirable for the, time-delayed control of a switching element is a current curve that is sudden, as constant as possible and running continuously Has rise or fall and with switching elements small dimensions is achievable. It is well known to have sudden and steep changes in current with the help of thermal switching means, e.g. B. bimetal strips to achieve. This switching means but require a corresponding thermal excitation, which is not always available and also cannot be created without special effort.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einer zeitlich verzögerten Steuerung von Schaltmitteln unter Benutzung von elektronischen Schaltmitteln diese Schwierigkeiten zu beheben. Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von dem Gedanken aus, mindestens zwei Steuerwerte eines elektronischen Schaltmittels durch den Einfluß eines i?C-Gliedes zu steuern. Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, .daß das .zu steuernde Schaltelement an einen Spannungsteiler angeschaltet ist, parallel zu den einzelnen Widerständen des Spannungsteilers Transistoren eines TransistorsverstärkersIn contrast, the invention is based on the object in the case of a time-delayed control of switching means using electronic ones Switching means to resolve these difficulties. To solve this problem, the invention is based on the Thought out, at least two control values of an electronic switching means by the influence of one i? C limb control. This object is achieved according to the invention in that .that the .zu-controlled Switching element is connected to a voltage divider, in parallel with the individual resistors of the voltage divider Transistors of a transistor amplifier

S09 509/344S09 509/344

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angeordnet sind und der Transistor der Eingangs- seits mit seinem Emitter-Basis-Stromkreis mit dem stufe des Transistorverstärkers unter dem Einfluß Emitter-Kollektor-Stromkreis des Transistors TrZ einer sich zeitlich stetig in Richtung ändernden verbunden, und in dem Emitter-Kollektor-Stromkreis Steuerspannung steht, während die Elektroden der des Transistors Tr 3 ist das zu steuernde Schalteinzelnen Transistoren so mit dem Spannungsteiler 5 relais R angeordnet.are arranged and the transistor on the input side with its emitter-base circuit with the stage of the transistor amplifier under the influence of the emitter-collector circuit of the transistor TrZ a constantly changing direction over time, and in the emitter-collector circuit control voltage stands, while the electrodes of the transistor Tr 3 is to be controlled switching individual transistors so with the voltage divider 5 relay R is arranged.

verbunden sind, daß bei Widerstandsänderung des Zur Erzeugung einer auf den Transistor Tr 1 verunter dem Einfluß der zeitlich sich ändernden Steuer- zögert einwirkenden Steuerspannung ist eine Widerspannung stehenden Transistors sämtliche vom Span- stands-Kondensator-Kombination Wl, C1 angeordnungsteiler abgegriffenen Spannungswerte geändert net, die einerseits mit der Basis des Transistors TrI werden, und zwar die Emitter- und Kollektorspan- ίο und andererseits über einen Gleichrichter GrI mit nungen der Transistoren im Sinne einer Unter- dem Steuerschalter α verbunden ist.
Stützung der zeitlich sich ändernden Steuerspannung Die Wirkungsweise der Schaltung ist im einzelnen und die Spannung des verzögert zu steuernden Schalt- wie folgt: Zur Erregung des Schaltrelais R wird der elementes im Sinne der beabsichtigten Steuerung. Steuerschalter α an den positiven Pol der Telegrafen-Auf diese Weise ist es mit i?C-Gliedern erreichbar, 15 batterie + TB gelegt. In dieser Stellung des Schaleng tolerierte Verzögerungszeiten zu erhalten, da eine ters α ist über den Gleichrichter GrI an die Basis des sprunghafte Widerstandsänderung des Spannungs- Transistors Tr 1 ein positiveres Potential angelegt, teilers für das an ihn angeschlossene, verzögert zu als der Emitter von dem Spannungsteiler WI bis W6 steuernde Schaltelement eine plötzliche Spannungs- abgreift. Der Transistor TrI wirkt unter dieser Beänderung mit sich bringt. 20 dingung sperrend. Außerdem wird in dieser Stellung Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist zur des Steuerschalters α über den Gleichrichter Gr 1 der Erzeugung der auf den ersten Transistor einwirken- Kondensator C1 auf einen der Telegrafenbatterie TB den Steuerspannung eine Widerstands-Kondensator- entsprechenden, positiven Wert aufgeladen. Der Tran-Kombination mit der Basis dieses Transistors ver- sistor Tr 2 greift durch die gekreuzte Anordnung bunden, dessen Emitter von dem Spanungsteiler ein 25 seines Emitters und seiner Basis von dem Spannungspositiveres Potential als dessen Kollektor abgreift, teiler für den Emitter eine positivere Spannung ab und dessen Kollektor mit der Basis eines zweiten als für die Basis und wird demzufolge von einem Transistors verbunden ist, dessen Emitter wiederum Emitter-Basis-Strom und einem Emitter-Kollektornicht nur ein positiveres Potential als sein Kollektor Strom durchflossen, so daß dieser Transistor wie die vom Spannungsteiler abgreift, sondern auch ein posi- 30 Parallelschaltung eines niederohmigen Widerstandes tiveres Potential als der Kollektor des ersten Tran- zu den Widerständen Wi und W5 des Spannungssistors, teilers wirkt und demzufolge einen größeren Strom-Gemäß dieser Weiterbildung der Erfindung wird fhiß durch den Spannungsteiler W2 bis W6 verursacht lediglich die für die gewünschte Verzögerungszeit als in seinem Sperrzustand.are connected that with a change in resistance of the transistor Tr 1 ver under the influence of the temporally changing control delay acting control voltage, a counter-voltage is changed all voltage values tapped from the voltage -capacitor combination Wl, C 1 arrangement divider , which on the one hand are connected to the base of the transistor TrI, namely the emitter and collector voltage ίο and on the other hand via a rectifier GrI with voltages of the transistors in the sense of a sub-the control switch α is connected.
Support of the control voltage that changes over time The mode of operation of the circuit and the voltage of the switching to be controlled with a delay are as follows: To excite the switching relay R , the element is used in the sense of the intended control. Control switch α to the positive pole of the telegraph - In this way it can be reached with i? C elements, 15 battery + TB placed. In this position of the Schaleng to obtain tolerated delay times, since a ters α is applied via the rectifier GrI to the base of the sudden change in resistance of the voltage transistor Tr 1 a more positive potential, divider for the connected to it, delayed than the emitter of the Switching element controlling voltage divider WI to W6 picks up a sudden voltage. The transistor TrI acts by bringing this change with it. 20 blocking condition. In addition, in this position, According to a further development of the invention is useful for the control switch α through the rectifier Gr 1 the generation of the first transistor einwirken- capacitor C 1, a resistor-capacitor charge corresponding positive value of the control voltage on one of the telegraph battery TB. The Tran combination with the base of this transistor ver sistor Tr 2 tied through the crossed arrangement, whose emitter taps from the voltage divider a 25 of its emitter and its base from the voltage more positive potential than its collector, divider from a more positive voltage for the emitter and whose collector is connected to the base of a second than for the base and is therefore connected by a transistor whose emitter in turn emitter-base current and an emitter-collector not only a more positive potential than its collector current flows through, so that this transistor like the taps from the voltage divider, but also a positive parallel connection of a low resistance tiveres potential than the collector of the first tran- to the resistors Wi and W5 of the voltage transistor, divider and consequently a larger current W2 to W6 only cause the desired delay time than in its locked state.

erforderliche Steuerspannung durch eine Widerstands- ₃₅ Durch die Leitfähigkeit des Transistors Tr 2 ist an Kondensator-Kombination erzeugt, während die für die Basis des Transistors TrZ über den Spannungsdie gewünschte Steuerung des Schaltelementes er- teiler WI bis W& ein positives Potential angelegt, forderliche Energie nach wie vor aus der den Span- Der Transistor Tr3 wird demzufolge ebenfalls von nungsteiler speisenden Stromquelle entnommen wird. einem Emitter-Basis-Strom und einem Emitter- KoI-Dadurch gestattet diese Ausführungsart, die Glieder ^₀ lektor-Strom durchflossen, so daß das Schaltrelais R der Widerstands-Kondensator-Kombination entspre- sofort erregt wird, sobald der Steuerschalter α an den chend dieser ihrer Aufgabe kleiner auszulegen, als positiven Pol der Telegrafenbatterie angelegt ist.
wenn sie die für die Aufrechterhaltung· des Schalt- Wird, nun durch ein das Schaltrelais abschaltendes zustandes erforderliche Energie liefern müßten, wie Kommando der Steuerschalter ο umgelegt und mit es bei den bekannten Schaltungen der Fall ist. 45 dem negativen Pol der Telegrafenbatterie — TB ver-Die Erfindung wird an Hand des in der Zeichnung bunden, so entlädt sich der Kondensator C1 nunmehr dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben. _ über den Widerstand Wl₃ und das Potential an der In der Zeichnung ist auf der rechten Seite ein ver- Basis des Transistors TrI sinkt ab. Unterschreitet zögert zu steuerndes Schaltelement, in diesem Fall beim Absinken das Potential an der Basis des Tranein Schaltrelais R, und auf der linken Seite der dafür 50 sistors Tr 1 den Wert des vom Emitter abgegriffenen vorgesehene Steuerschalter α dargestellt. Dem aus den Potentials, so beginnt ein Emitter-Basis-Strom zu Widerständen Wl bis W6 gebildeten Spannungsteiler fließen, der Transistor Tr 1 wird leitend, und es fließt sind mehrere Transistoren TrI, Tr2 und Tr 3 parallel ein Emitter-Kollektor-Strom, der ein Vielfaches des geschaltet. Die Transistoren TrI und Tr2 sind Tran- Emitter-Basis-Stromes beträgt. Dieser Emitter-Kolsitoren vom Typ pnp, die also bei einem positiveren 55 lektor-Strom des Transistors Tr 1" ändert den WiderPotential an der Basis als an dem Emitter sperrend standswert des gesamten Spannungsteilers WI bis wirken, während der Transistor Tr 3 vom Typ npn ist, W6 nur geringfügig, da in diesem Kreis ein hochalso bei einem positiveren Potential an dem Emitter ohmiger Widerstand Wl angeordnet ist. Er bewirkt als an der Basis sperrend wird. Im Rahmen der Er- aber eine große Spannungsänderung an der Basis des findung können auch je nach Art der vorhandenen 60 Transistors Tr2, so daß dieser "durch das nunmehr Steuerspannung die Typen der Transistoren entspre- an seiner Basis anliegende, gegenüber seinem Emitter chend vertauscht werden. positivere Potential sperrend wird und den Strom-Der Transistor TrI ist mit seinem Emitter-Kollek- fluß, der durch den Spannungsteiler W2 bis W6 fließt, tor-Stromlcreis parallel zu den Widerständen W2> und vermindert. ' . - -
Wi und der Transistor Tr2 mit seinem Emitter- 65 Die Verminderung des Stromflusses durch den Kollektor-Stromkreis parallel zu den Widerständen Spannungsteiler bewirkt ein weiteres Ansteigen des Wi und W5 des Spannungsteilers angeordnet. Außer- am Transistor Tr 1 anliegenden Emitterpotentials, so dem ist der Emitter-Kollektor-Stromkreis des Transi- daß sich der durch diesen Transistor fließende Basisstors TrI mit demEmitter-Basis-Stromkreis des Tran- Kollektor-Strom weiterhin verstärkt und somit auch sistors Tr2 verbunden. Der Transistor Tr 3 ist seiner- 70 die Sperrwirkung des Transistors Tr 2 durch Ver-control voltage required by a resistor ₃₅ by the conductivity of the transistor Tr 2 is generated at capacitor combination as desired for the base of transistor TrZ over the Spannungsdie control of the switching element ER divider WI to W applied a positive potential, ford variable energy after As before, from the voltage divider, the transistor Tr3 is also taken from the current source feeding the voltage. an emitter-base-current and an emitter-KoI-This embodiment allows the members ^ ₀ lektor current flowing through, so that the switching relay R of the resistor-capacitor combination is excited immediately as soon as the control switch α to the corresponding to interpret this their task smaller than the positive pole of the telegraph battery is applied.
if it would have to supply the energy required to maintain the switching state by a state that disconnects the switching relay, as is the command of the control switch o thrown and is the case with the known circuits. 45 to the negative pole of the telegraph battery - TB ver- The invention is described with reference to the embodiment tied in the drawing, so the capacitor C 1 is now discharged. _ Via the resistor Wl ₃ and the potential at the In the drawing, on the right-hand side, the base of the transistor TrI drops. If the switching element to be controlled hesitantly falls below, in this case when it drops, the potential at the base of the Tranein switching relay R, and on the left side of the 50 sistor Tr 1, the value of the provided control switch α tapped from the emitter is shown. The voltage divider formed from the potential begins to flow to resistors Wl to W6 , the transistor Tr 1 becomes conductive, and several transistors TrI, Tr2 and Tr 3 flows in parallel, an emitter-collector current, the a multiple of the switched. The transistors TrI and Tr2 are tran-emitter-base current amounts. This emitter-Kolsitoren of the type pnp, which so with a more positive 55 lector current of the transistor Tr 1 "changes the resistance potential at the base as a blocking value of the entire voltage divider WI bis acting on the emitter, while the transistor Tr 3 is of the type npn , W6 only slightly, since in this circuit there is an ohmic resistance Wl, which is high at a more positive potential at the emitter. It has the effect of blocking at the base in the manner of the existing 60 transistors Tr2, so that this "due to the control voltage now corresponding to the types of transistors applied to its base, is swapped with respect to its emitter. The transistor TrI is with its emitter-collector flux, which flows through the voltage divider W2 to W6 , gate current circuit parallel to the resistors W2> and reduced. '. - -
Wi and the transistor Tr2 with its emitter 65 The reduction in the current flow through the collector circuit parallel to the voltage divider resistors causes a further increase in the Wi and W5 of the voltage divider. In addition to the emitter potential applied to the transistor Tr 1, this is the emitter-collector circuit of the transistor, so that the base gate TrI flowing through this transistor continues to strengthen with the emitter-base circuit of the tran-collector current and thus also sistor Tr 2 tied together. The transistor Tr 3 is its- 70 the blocking effect of the transistor Tr 2 by

Claims

pushing the potential applied to its electrodes (base and emitter) increases. The change in the conductance of the transistors Tr 1 and Tr2 also causes the potential at the base of the transistor Tr 3 to drop, so that the latter also becomes blocking and renders the switching relay R deenergized by interrupting its emitter-collector current. If a pnp transistor is used instead of the npn transistor for the transistor Tr 3 and the relay winding of the switching relay is switched to -TB, the relay has a pull-in delay that is exactly the same as the drop-out time of the arrangement described. The present circuit is not limited to the control of switching relays, but can also be used in the same way due to its structural unit for other switching elements, such as. B. selectors, coils or tubes can be used. Likewise, within the scope of the invention, the circuit can also be constructed from voltage-dependent resistors other than transistors, since according to the invention it is not only the reinforcing effect of the individual voltage-dependent resistors that matters, but also their conductance changes and the associated shift of the voltage divider tapped voltage values. Patent claims:

1. Circuit arrangement for the time-delayed control of a switching element, in particular switching relay, characterized in that the switching element (R) to be controlled is connected to a voltage divider (W2 ... W6) , in parallel with the individual resistors of the voltage divider transistors (TrI, Tr2, Tr 3) of a transistor amplifier are arranged and the transistor of the input stage of the transistor amplifier is under the influence of a control voltage that changes continuously over time, while the electrodes of the individual transistors are connected to the voltage divider so that when the resistance changes under the influence of the time changing control voltage standing transistor, all voltage values tapped off by the voltage divider are changed, namely the emitter and collector voltages of the transistors in the sense of supporting the control voltage which changes over time and the voltage of the switching element to be controlled with a delay The intended control.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that for generating the on The control voltage acting on the first transistor is a resistor-capacitor combination is connected to the base of this transistor, the emitter of which is a more positive one from the voltage divider Potential taps off as its collector, and its collector with the base of a second Transistor is connected, the emitter of which in turn not only has a more positive potential than its collector taps from the voltage divider, but also a more positive potential than the collector of the first transistor.

3. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the switching element to be controlled is arranged in the emitter-collector circuit of a transistor whose base potential is influenced by both the delayed acting S expensive voltage and the voltage tapped at the voltage divider.

4. Circuit arrangement according to claim 2, characterized in that the resistor-capacitor combination is connected via a rectifier to a voltage source generating the control voltage.

Considered publications:
German patent specifications No. 549 123, 706 607,

556, 859 914;

"Radiotechnik", 1953, Heftl, p. 26;
"Electrical engineering" (Würzburg), 1955, issue 10, p. 77

to 79.

1 sheet of drawings