DE1064630B - Schaltungsanordnung zur verzoegerten Signalgabe bei unzulaessigen Spannungsabweichungen einer zu ueberwachenden Spannung, insbesondere fuer Mess- und Regelzwecke - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur verzögerten Signalgabe bei unzulässigen Spannungsabweichungen einer zu überwachenden Spannung, insbesondere für Meß- und Regelzwecke, bei der als Vergleichsspannung die Zenerspanirang einer in Sperrichtung gepolten Siliziumdiode verwendet ist und bei der die Abweichung der zu überwachenden Spannung von einem oder mehreren Sollwerten zur Steuerung eines Gleichstromverstärkers benutzt ist, von dessen Ausgangsstrom ein Relais erregt wird.

Zur Überwachung von Nachrichtensystemen wird bekanntlich am sendenden Endamt ein von dem Pilotgenerator PG erzeugter Pilotton auf die Leitung gegeben (vgl. Fig. 1). Er wird mit einer solchen stabilisierten Spannung eingespeist, daß am Ausgang des Leitungsverstärkers LV₁ der Sollpegel p_s entsteht. Der hinter jedem der folgenden Verstärker LV_n meßbare Pilotpegel -pE muß gleich ft_s sein, wenn die vorhergehende Strecke einwandfrei eingepegelt ist. Fehler in der Übertragung lassen Pegelabweichungen Δ ft = ft ε — fts entstehen, die von einem Pilotempfänger PE erfaßt werden. In diesem wird der Pilot durch das Pilotfilter PF ausgesiebt, im Pilotverstärker PV verstärkt und mit dem Gleichrichter Gr gleichgerichtet. Die entstehende Gleichspannung Um (Meßspannung) ist der Pilotspannung proportional, sie wird vom Instrument I angezeigt und zu einer Vergleichsspannung U_v in Beziehung gesetzt. Weicht der Pegel pE um einen vorgegebenen Betrag Δ ft₀ vom Sollwert -p_s ab, so spricht das Melderelais M an und signalisiert den Pegelfehler. Im folgenden wird der Pegelwert ft ε n = ps + Δ φ₀ als Grenzpegel bezeichnet, er trennt die Bereiche »Normal-« und »Falschpegel«.

Die Fig. 2 a und 2 b zeigen die Lage des Pilots P zwischen den Fernsprechkanälen bei Trägerfrequenzsystemen. Der 60-kHz-Pilotpegel (Fig. 2 a) kann bei seiner Auswertung durch tiefe Frequenzen des Kanals VjI verfälscht werden, wenn diese vom Pilotfilter durchgelassen werden. Beim Pilot P mit 84,08 kHz (Fig. 2 b) gilt entsprechendes für die Frequenz W der Systemwahl des Kanals/{"6. Da die Störfrequenzen meist impulsweise auftreten, fallen Anteile des Tastspektrums auch dann noch in den Durchlaßbereich des Filters, wenn dieser extrem schmal ist. Der Störeinfluß wird noch unterstützt durch einen großen Unterschied zwischen Störpegel (Ruf im Kanal VjI mit + 2 N, Wahl in Kanal K6 mit —0,5 N) und Pilotpegel (60 kHz mit ft_s = —1,75 N, 84,08 kHz mit ^₈= -2,3N).

Überlegungen im Rahmen der Erfindung zeigen, daß es zur Beseitigung dieser Störfrequenzen praktisch nur den Weg der Zeitverzögerung gibt. Eine Signalgabe durch das in Fig. 1 dargestellte Melderelais M darf also nur dann ausgelöst werden, wenn der Falschpegel langer als eine vorgegebene Verzögerungszeit t_v dauert. Diese Zeit muß möglichst unabhängig von dem Pegelzustand Schaltungsanordnung

zur verzögerten Signalgabe

bei unzulässigen Spannungsabweichungen

einer zu überwachenden Spannung, insbesondere für Meß- und Regelzwecke

Anmelder: Siemens Sd Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München, München 2, Witteisbacherplatz 2

Dipl.-Ing. Georg Glünder, München, ist als Erfinder genannt worden

sein, der vor der Beeinflussung herrschte. Legt man zwischen den Gleichrichter Gr und das Melderelais M ein BC-Glied mit großer Zeitkonstante, so ist diese Forderung nicht erfüllt. Liegt nämlich φ_Ε zwar noch im Bereich des Normalpegels, aber dicht am Grenzpegel, so kann auch ein kurzzeitig auftretender Falschpegel das Melderelais JIi ansprechen lassen. Besser ist es, wenn das Melderelais M unverzögert arbeitet und durch einen Kontakt m desselben ein verzögertes Folgerelais F betätigt wird, das — nunmehr unabhängig vom Pilotpegel — nach Ablauf der Verzögerungszeit t_v signalisiert.

Aber auch wenn ein verzögertes Folgerelais jF verwendet wird, ist es möglich, daß bei Auftreten von Störfrequenzen fälschlich signalisiert wird. Dies geschieht dann, wenn die zu überwachende Spannung Um (Kg· I) mit einer niediigen Frequenz moduliert ist und sich, dabei der Mittelwert — bedingt durch die Art der Gleichrichtung, des Spannungsvergleichs oder die Begrenzung im Pilotverstärker — gegenüber dem Wert vor Auftreten der Störung verschiebt. Eine solche Modulation kann erheblich langer als eine normale Störung durch Ruf oder Wahl dauern, so daß das Folgerelais F trotz der Zeitverzögerung betätigt wird. Gegen eine derart fälschliche Signalgabe hilft, daß man die Verzögerungszeit i_v nur wirksam werden läßt, wenn der Übergang von Normalauf Falschpegel stattfindet, sie bei einer Änderung in umgekehrter Richtung aber unwirksam macht. Berücksichtigt man außerdem, daß sich der Relaisstrom Jr bei Überschreitung der Grenzpegel möglichst

sprunghaft ändern soll (große Ansprechsteilheit ) ,

um hohe Ansprechgenauigkeit zu erhalten, dann muß die Pegelauswertung vier Forderungen erfüllen: Die Signal-

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gäbe soll um eine Verzögerungszeit t_v verzögert werden, nungen voraussetzen, daß in der Nähe des Grenzpegels

die die Zeit normaler Störeinflüsse übersteigt. Die Ver- U_M = U_v ist, erspart die Schaltung nach Fig. 3e diese

zögerungszeit t_v muß vom Pegelzustand vor Auftreten Bedingung. Am Widerstand R₃ ^3e ist ein Abgleich auf die

der Störbeeinflussung unabhängig sein. Gegebenenfalls von der Zenerdiode ZD gelieferte Spannung U_v möglich, muß die Verzögerungszeit t_v bei Rückkehr zum Normal- 5 Dies ist zweckmäßig, da die Exemplarstreuungen der

pegel unwirksam gemacht werden. Schließlich muß die Zenerdioden eine genaue Festlegung von U_v erschweren.

α τ. λ. -TL -A. dlR ■ 3 λτ··ι_ Jr-- ι Dabei spielt der Innenwiderstand der Gleichrichtung· eine

Ansprechsteilhat ^A in der Nahe des Grenzpegels mog- ^ £ _kann ^ _{Teü yon R},_{e hetmcMet werden} ^S

liehst groß sein. Bei den Schaltungen nach den Fig. 3 a und 3e ist

Es ist bekannt, daß in Sperrichtung gepolte Silizium- io I_{R maa;} = 7,3 mA. Zur Änderung von I_R = 0,75 mA auf dioden die Eigenschaft haben, bei Überschreiten eines I_R = 6,75 mA ist bei der Schaltung nach Fig. 3a eine charakteristischen Sperrspannungswertes ihren Wider- Pegeländerung von 0,31 N, bei derjenigen nach Fig. 3e stand von einigen 10⁶ Ohm auf wenige Ohm zu ernied- eine Änderung von 0,21 N erforderlich,
rigen. Sie eignen sich damit gut zur Spannungsstabili- Zur Beurteilung der nichtlinearen Last an U_M kann sierung, weil an ihnen die Zenerspannung abfällt, wenn 15 gelten, daß sich bei der Schaltung nach Fig. 3 a die man mit einer höheren Spannung die Dioden über einen Spannung Um von 8,85 auf 9,00 V ändert, wenn der Widerstand speist. In den Fig. 3 a bis 3e werden ver- Pegel um 0,30 N gehoben wird, während sie im gleichen schiedene Möglichkeiten aufgezeigt, bei denen Zener- Bereich bei der Schaltung nach der Fig. 3e von 9,1 bis auf dioden ZD zur Erzeugung der Vergleichsspannung U_v 11,8V steigt. Die angegebene Spannungsänderung bebenutzt werden. Mit der Differenz U_M — U_v (s. Schal- 20 wirkt ein Öffnen des Transistors T. Bei der Schaltung tung nach Fig. 3e) wird ein Transistor T gesteuert, dessen nach Fig. 3 a ist es also praktisch nicht möglich, an Stelle Kollektorkreis dann durch das Melderelais M einen des Widerstandes R₁ einen Spannungsmesser zur Pegel-Strom I_R fließen läßt, wenn die Basis negativer als der anzeige anzuschalten, weil U_M begrenzt wird.
Emitter wird. Um die eingangs geforderte Verzögerungszeit t_v erhalten

Bei der Schaltung nach Fig. 3 a wird die Basis negativ, 25 zu können, kann man bei allen Anordnungen von Fig. 3

wenn die Zenerdiode ZD niederohmig, die Meßspan- einen Kondensator zwischen die Basis und den Emitter

nung Um also größer als die Zenerspannung U_v ist, so des Transistors T legen,

daß das Melderelais M anspricht. Wird Um kleiner als U_v, Man kann aber auch Zeitverzögerungen mit einem dann sperrt die Zenerdiode ZD, die Basis ist damit Integrator erzeugen, bei dessen Anwendung man für positiver als der Emitter des Transistors T, der über die 30 gleiche Zeiten mit kleineren Kapazitätswerten auskommt. Widerstände R₃, A₄ negativ vorgespannt ist. Da U_v in Bekannt ist der sogenannte »Miller-Integrator«, bei dem der Größenordnung von 10 V liegt, wird Um durch die ein mit Röhren arbeitender Gleichspannungsverstärker Verdopplerschaltung GD₁, GDJC₁, C₂ erzeugt, Ü ist dabei benutzt wird, der über einen zeitbestimmenden Kondender Ausgangsübertrager des Pilotverstärkers: Wenn die sator C gegengekoppelt ist. Werden zur Verstärkung Zenerdiode ZD hochohmig ist, laden sich die Konden- 35 Transistoren verwendet und soll ein Relais zeitverzögert satoren C₁, C₂ auf die Spitzenspannung auf, wenn man erregt werden, dann ist es zweckmäßiger, einen Gleichden Widerstand R₁ fortläßt. Diese Spannung sinkt stark, stromverstärker vorzusehen. Fig. 4 zeigt den prinziwenn sie mit einem merklichen Strom durch die Zener- piellen Aufbau eines derartigen Integrators mit Gleichdiode ZD belastet wird, daher ist die durch den Wider- stromverstärker GV. Es gelten folgende Gleichungen:
stand R₁ gebildete Vorbelastung nötig, um einen aus- 40 U=(T4-T)R'4-TR (I)
reichend niedrigen Innenwiderstand der Gleichspannungs- i-uctj!J 1 tjs ß \ 1
quelle Um zu sichern. Abgesehen von dem Leistungsver- U₂ — /2-^2' = JeRe + Uc, (2)
lust in dem Widerstand R₁ hat die Anordnung den j_A^.j_cJ_rj_=v.j_E ß)
weiteren Nachteil, daß der Widerstand R_i im Emitter-

kreis von T gegenkoppelnd wirkt und dadurch die An- 45 Jc = C —. (4)

Sprechsteilheit verringert. Dieser Nachteil läßt sich ver- ^

meiden, wenn man nach der in Fig. 3b dargestellten Berechnet man aus diesen Gleichungen (1) bis (4) den

Schaltung den Widerstand A₄ durch eine in Durchlaß- Ausgangsstrom Ja = f(t) des Verstärkers, so erhält man

richtung gepolte Siliziumdiode SD ersetzt. Die an ihr bei Erhöhung von U₁

abfallende Spannung von etwa 0,7 V ist vom durch- 50 ν · U ( - \

fließenden Strom nur wenig abhängig. Ia = « · Ie = —— 1.1 — e ^τ) (Sa)

Auch bei der Schaltung nach Fig. 3 c wird das Melde- ^{Kl + E}

relais M erregt, wenn Um größer als U_v ist, jedoch ist die und bei Absenken von U₁

Belastung von Um bei weitem nicht so stark nichtlinear _v . jj _t_

wie bei der Schaltung nach Fig. 3a oder 3b. Daher kann 55 Ia = v- I_e = -— ^{e τ} ■ (^b)

hier der Widerstand R₁ hochohmiger als bei der Schaltung 1 + ε

nach Fig. 3 a sein. Allerdings sind zwei Betriebsspan- Für den durch den Widerstand R₂' (Relais) fließenden

nungen — L^r ₀ und + U₀ erforderlich. Sie lassen sich aus Strom ergibt sich

der Heizwechselspannung erzeugen. Im Emitterkreis des r / (-. , t~\

Transistors Γ liegt kein Widerstand. Diese Anordnung 60 Z₂ = uA -, Il—e- ^τ) γ e, ^T\ (6 a)

hat bei geringerer Leistungsentnahme aus dem Pilotver- [ Ri + Re Ri J

stärker eine höhere Ansprechsteilheit als die Schaltung bzw.

nach Fig. 3 a. I V ί \ ——

Bei den Schaltungen nach den Fig. 3d und 3e spricht Z₂ = U₁ (—^7 ^ h y? β ^T . (6b)

das Melderelais M an, wenn U_M kleiner als U_v ist. Der 6₅ \ ^Ki + ^KE &i 1

zum Öffnen des Transistors T nötige Basisstrom wird der Es ist dabei natürlich vorauszusetzen, daß immer

Spannung U₁, an der Zenerdiode ZD entnommen. Die _TJ.

Quelle Um wird noch weniger als bei der Schaltung nach / _max ~ ^J 1 < —L (7)

Fig. 3 c belastet. Außerdem ist die Betriebsspannung + U₀ Ri + Re ~ Rz
unnötig. Während die bisher beschriebenen Anord- 70 sein muß.

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Die Zeitkonstante ist zeit t_v, die der mit dem Kondensator C gebildete Inte-

/ 7? ' 4- 7? \ grator bis zum Ansprechen des Relais M liefert, von der

x = C ^-——— ■ R₁' + R₂') = (q Rj + R₂') C. Basisspannung U_B abhängig. Diese Spannung steigt nach

\ Ri + Ke j einer Exponentialfunktion mit der vom Integrator ge-

I ' 5 lieferten Zeitkonstante über den zum Ansprechen führen-

Wichtig ist das Glied den Weit Uba hinaus bis auf den Endwert Übe- Wenn

η / , ο Übe >» Uba ist, etwa weil die zu überwachende Spannung

ο = · (^) Vm = 0 ist, dann wird die Verzögerungszeit U sehr viel

R₁ + R_E kleiner, als wenn Übe nur etwas größer (z. B. 20 °/₀)

es muß größer als 1 sein, um die Integratorwirkung zu io als Uba ist.

erhalten. Folgende Richtlinien sind bei der Bemessung In weiterer Ausgestaltung der Erfindung (nach Fig. 7)

des Widerstandes A₁ zu beachten: ist es daher zweckmäßig, zwischen den Abgriff des Span-

nungsteilers und den Eingang des Verbundtransistors

a) U < K₁ < VK₂, _ej_ne Anordnung zu legen, die aus einem Gleichrichter und

b) Re < 3 kQ, R₁' ^ Re, ¹S zwei Widerständen besteht, wobei aus den Widerständen

\ D -^ oni η t> ' ^- ώ ein zweiter Spannungsteiler gebildet ist, der von der

c) Re > J(J kii, K₁ S Ke- ,.,. . t_T , . °, ^ö .' , ,

— stabilisierten Vergleichsspannung gespeist und so be-

Mit R₁ = 0 verschwindet das Glied ρ R₁ C bei τ, bei messen ist, daß durch den mit der Basis des Verbund- R₁' = νR₂' wird ρ = 1. Bei Verstärkern, in denen der transistors verbundenen Abgriff ein solcher Ausgangserste Transistor in Emitterschaltung arbeitet, ist 20 strom im Relais erzeugt wird, daß dieses gerade sicher Re < 3 kQ. Wird der Eingang durch eine Kollektor- anspricht, und wobei der Gleichrichter so zwischen den schaltung gebildet, dann ist Re > 30 kQ. Bei dem in Abgriff des ersten Vergleichsspannungsteilers und die Fig. 5 gezeigten Transistorverstärker ist R_z kleiner Basis des Verbundtransistors geschaltet ist, daß die Basis-0,05 · A₂ ⁵ vorgesehen, damit für C ein unipolarer Elektro- spannung kurzgeschlossen ist, wenn die zu überwachende lytkondensator verwendet werden kann. 25 Spannung die Vergleichsspannung überschreitet, die

Um bei Auswertschaltungen, z. B. einer Schaltung nach Basisspannung aber durch den zweiten Spannungsteiler

„. _o ■ τ. τ. λ u j. -tu -j. ^dID -u Ij. bestimmt ist, wenn die zu überwachende Spannung

Fig. 3e, eme hohe Ansprechsteüheit -=&. _zu erhalten, VenxlAirT,«™.™,™ i,t

_{die VergleichsS}p_{annung ist}

muß eine Transistorschaltung mit großer Stromverstär- Die Schaltung wird weiter vorteilhaft so ausgebildet,

kung ν gewählt werden. Reicht eine Stufe nicht aus, dann 30 daß zwischen Kollektoranschluß und Relais des Aus-

muß man zwei Transistoren in Emitterschaltung vor- gangstransistors ein im Vergleich zum Relaiswiderstand

sehen. Da es sich um Schaltbetrieb handelt, muß der kleiner Widerstand geschaltet ist mit einer solchen

Emitter des zweiten Transistors vorgespannt werden Bemessung, daß das an der Verbindung zwischen Relais

(s. Fig. 3a oder 3b). Will man die höhere Verstärkung und Widerstand liegende Potential immer eindeutig über

auch für eine bessere Integratorwirkung ausnutzen, dann 35 dem der Basis des Verbundtransistors liegt, und daß

kann ein zweistufiger Verstärker nicht verwendet werden, zwischen diese beiden Punkte ein Elektrolytkondensator

weil in der zweiten Stufe die Phase so gedreht wird, daß geschaltet ist. Der Kollektor des Eingangstransistors

der in Fig. 4 dargestellte Kondensator C eine positive kann auch mit dem Relaisanschluß verbunden sein, der

Rückkopplung bewirkt. an den zwischen ihm und dem Kollektor des Ausgangs-

Ein Transistorverstärker mit hoher Stromverstärkung 40 transistors liegenden Widerstand führt,

ohne Phasendrehung ist der in Fig. 6 gezeigte Verbund- In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die

transistor, der sich vorzüglich für einen Integrator eignet. Schaltung auch so ausgebildet sein, daß der zwischen

Die Schaltungsanordnung zur verzögerten Signalgabe den freien Enden der zu überwachenden Spannungsquelle wird daher gemäß der Erfindung so ausgebildet, daß der und der Vergleichsspannungsquelle liegende Spannungsnegative Pol der zu überwachenden Spannung mit dem 45 teiler mehrere Abgriffe besitzt, die über Gleichrichter positiven der Vergleichsspannung verbunden ist, während jeweils an die Verbindungspunkte von gleich vielen die beiden anderen Pole der Vergleichsspannung bzw. der Widerständen und Gleichrichtern führen, wobei die zu überwachenden Spannung einen Spannungsteiler Widerstände mit den freien Enden an die Vergleichsspeisen, an dessen Abgriff das Potential für den Eingang spannungsquelle und die Gleichrichter an den Eingang des aus zwei Transistoren gebildeten Verbundtransistors 50 des Verbundtransistors gelegt sind, der von einer positiven abgenommen wird, dessen Emitter an die gemeinsame Spannung über einen weiteren Widerstand gespeist wird, Leitung beider Spannungsquellen gelegt ist und in dessen und wobei die Widerstände so bemessen und die Gleich-Kollektorkreis das zu betätigende Relais liegt, wobei der richter so gepolt sind, daß am Ausgang ein Kollektorstrom Kollektor des Verbundtransistors mit der Basis über begrenzter Größe fließt, wenn der erste Grenzwert der einen Kondensator verbunden ist und die Basis des Aus- 55 zu überwachenden Spannung unterschritten wird, und gangstransistors durch einen Gleichrichter so an den daß der Kollektorstrom jeweils um bestimmte Beträge Abgriff des Spannungsteilers gelegt ist, daß der Verbund- steigt, wenn die zu überwachende Spannung unter transistor sperrt, d. h. keinen Kollektorstrom führt, wenn weitere Grenzwerte sinkt. Man kann auch nach dem die zu überwachende Spannung einen der Sollwerte über- Verbundtransistor noch einen weiteren Transistor ansteigt, oder daß die gleichnamigen Pole der zu über- 60 ordnen, in dessen Kollektorkreis ein zweites Relais wachenden Spannungsquelle und der Vergleichsspan- gelegt ist, und den Emitter des zweiten Transistors mit nungsquellen direkt miteinander verbunden sind, während dem Kollektor des vorhergehenden verbinden, während das freie Ende der Vergleichsspannung an den Emitter die Basis durch einen an der Betriebsspannung liegenden und das freie Ende der zu überwachenden Spannung an Spannungsteiler so vorgespannt wird, daß das zweite die Basis des Verbundtransistors gelegt ist und die zu 65 Relais erst anspricht, wenn die zu überwachende Spannung überwachende Spannungsquelle mit einem Widerstand den zweiten Grenzwert unterschreitet, während das am belastet ist. Ausgang des Verbundtransistors liegende erste Relais

Verbindet man — wie bei Fig. 6 gezeigt — die Basis erregt wird, wenn der erste Grenzwert unterschritten

des Verbundtransistors TJT₂ direkt mit dem Abgriff des wird. Es ist ferner zweckmäßig, zwischen den Kollektor

Spannungsteilers R₂ ⁶JR₃ ⁶JR^, dann wird dieVerzögerungs- 70 des auf den Verbundtransistor folgenden Transistors

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und den Eingang des Verbundtransistors einen weiteren und damit ist auch die Zeit t_v konstant, sofern eine

Kondensator einzuschalten, der während des Strom- Pegeländerung nicht innerhalb des Bereiches erfolgt, in

anstiegs in der Wicklung des zweiten Relais eine zusätzliche dem der Gleichrichter Gr₁ ⁷ vom Durchlaß- in den Sperr-

Zeitverzögerung bewirkt, und weitere Transistoren an- zustand übergeht. Dies ist ein Grund mehr, eine große

zuordnen, jeweils mit Relais im Kollektorkreis und mit 5 . , , ... ., dl_n , , . . . _vv.

Kondensatoren, die von ihrem Kollektor auf den Eingang ^prechsteilheit ^ ™ erstreben, damit der Über-

des Verbundtransistors geschaltet sind, wobei die Basis- gangsbereich möglichst klein bleibt,

punkte der weiteren Transistoren durch entsprechende Nimmt Um Werte an, die dem Normalpegel ent-

Spannungsteiler vorgespannt und die Emitter jeweils sprechen, dann ist der Gleichrichter GV₁ durchlässig, mit dem Kollektor des vorangehenden Transistors ver- io die Spannung an der Basis von T₁ wird durch die des

bunden werden und die Schaltung so bemessen wird, Abgriffs an RJ bestimmt, T₁ wird gesperrt. Wie beim

daß ein Relais dem anderen mit bestimmter zeitlicher Schaltbetrieb erforderlich, wird T₂ über GV₂ ⁷ gesondert

Verzögerung folgt, wenn das erste einmal angesprochen gesperrt. Die beim Übergang auf Normalpegel entstehende

hat. Verzögerung ist gering, da die Sperrung niederohmig Die Erfindung wird an Hand der in den Fig. 6 bis 8 15 (Innenwiderstand des Spannungsteilers R₂ ¹JR₃ ¹IR^)

dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. erfolgt. Nur wenn der Grenzpegel gerade überschritten

Bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 6 ist der wird, die Sperrspannung also klein ist, wird auch hier

Verbundtransistor T₁JT₂ vorgesehen. Der Gleichrichter die Verzögerung merklich, eine durchaus erwünschte

Gr⁶ ist für die Wirkungsweise als Schalter nötig, um T₂ Tatsache.

sperren zu können, wenn T₁ ein gegenüber dem Emitter 20 Wie das Diagramm von Fig. 8 zeigt, soll der Normalvon T₂ positives Basispotential erhält. Die Strom- bereich zwischen den beiden Grenzpegeln f_s —Af₀ und verstärkung einer solchen Anordnung entspricht etwa fs + Δ f_Q liegen, in diesem Bereich ist nur das Relais Af₁ dem Produkt aus den Einzelstromverstärkungen beider erregt. Bei Überpegel fs größer als f_s+Af₀ hat kein Transistoren. Die Phase am Ausgang ist — wie bei einer Relais, bei Unterpegel fs kleiner als f_s —Δ f_Q haben beide einstufigen Emitterschaltung — der des Eingangs 25 Relais M₁ und Af₂ angesprochen. Bei einer solchen entgegengesetzt, so daß durch den Kondensator C eine Funktion sollte die Zeitverzögerung immer wirksam Gegenkopplung auftritt. Der Widerstand 2?₅ ^e ist sehr werden, deswegen wird hier auch beim Sperren das klein und vorgesehen, um für C einen Elektrolytkonden- Basispotential von T₁, bedingt durch + U_SI> und R₉, sator verwenden zu können. Schaltet man die Kollektoren begrenzt. Um beide Spannungen, +Us₃, und — U_v mit beider Transistoren direkt zusammen, so wird T₂ nicht 30 einer Diode ZD stabilisieren zu können, wird außer der ganz in die Sättigung getrieben. Legt man darauf Wert, negativen auch eine positive Betriebsspannung +U₀ daß die Emitter-Kollektor-Strecke von T₂ so nieder- gebraucht. Über die Widerstände R₇ ^B und -R₁₀ wird die ohmig wie möglich wird, dann muß man den Kollektor Diode ZD gespeist und über die Widerstände R^ und A₂ ⁸ von T₁, wie in Fig. 6 gezeigt, anschließen. Dann aber so mit der Erdleitung gekoppelt, daß + U_sp etwa 2 V darf die Spannung Ub einen gewissen Wert nicht über- 35 beträgt. Entsprechend den beiden Grenzpegehi sind zwei steigen, sonst wird T₁ überlastet. schaltende Gleichrichter Gr₁ ⁸ und Gr₂ ⁸ nötig. Bei Über-Der Eingangswiderstand Re des Verbundtransistors pegel sind beide leitend, so daß die Ströme durch -R₆ ⁸ ist hochohmig (etwa 100 kü), da der Eingangswiderstand und R₈ ^S über die Gleichrichter Gr₁ ⁸ und GV₂ ⁸ abfließen, von T₂ im Emitterkreis von T₁ liegt. Somit ist Re etwa Die Entkopplungsgleichrichter Gr₃ und Gr₄ sind gesperrt. so groß wie der Eingangswiderstand einer Kollektor- 40 Damit wird allein die Spannung +U_sp über den Widerschaltung. Der große Wert von Re hat den Vorteil, daß stand R₉ an der Basis des Transistors T₁ wirksam, von dem Spannungsteiler R₂ ⁶JR₃ ⁶IR^ nur wenig Leistung der Transistor T₂ wird über den Gleichrichter Gr₅ gesperrt, abgegeben werden muß. Der Innenwiderstand des Teilers Im Bereich des Normalpegels ist der Gleichrichter Gr₁* muß sogar groß sein, damit der Integrator gut wirksam gesperrt, der Strom durch den Widerstand A₈ wird aber wird. 45 noch über den Gleichrichter Gr₂* abgeleitet. An der Basis Wenn man, wie in Fig. 6 gezeigt, die Basis von T₁ von T₁ stellt sich eine begrenzte negative Spannung ein, direkt mit R₃ ⁶ verbindet, dann wird die Verzögerungs- hervorgerufen durch den Spannungsteiler R₆ ⁸IGr₃JR₉. zeit t_v, die der mit C gebildete Integrator bis zum An- Im Kollektorkreis von T₂ stellt sich nach Ablauf der sprechen des Melderelais M liefert, von der Spannung Ub durch den Kondensator C₄ bedingten Verzögerungszeit abhängig. Da Ub von der Pilotspannung bestimmt ist, 50 ein solcher Strom ein, daß das Melderelais Ii₁ sicher hängt t_v also auch vom Pegel pE ab. Zwar bleibt die anspricht. Der Transistor T₂ ist aber noch nicht voll ge-Zeitkonstante τ erhalten, es ändert sich aber der durch öffnet, so daß das Emitterpotential von T₃ noch negativer Ub bedingte Endwert der e-Funktion. Bei großen ist als die am Widerstand R₁₃ über den Widerstand .R₁₄ Spannungen Ub — beispielsweise wenn Um = 0 ist — erzeugte Basisspannung. Der Transistor T₃ ist also noch wird der Ansprechstrom des Relais schon kurze Zeit 55 gesperrt, durch das Melderelais M₂ fließt kein Strom, nach Entstehen des Wertes L⁷B erreicht, t_v wird also klein. Entsteht Unterpegel, so wird auch der Gleichrichter Es muß angestrebt werden, daß die Basisspannung Gr₂ ^s hochohmig, über den Gleichrichter Gr^ wird der von T₁ einen Maximalwert nicht überschreiten kann, Widerstand R_s parallel zu dem Widerstand A₆ ⁸ geunabhängig davon, wie weit Um unter den durch den schaltet, die Basisspannung des Transistors T₁ wird Grenzpegel gegebenen Wert absinkt. Zu diesem Zweck 60 gerade so negativ, daß nach Ablauf der Verzögerungszeit wird bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 7 der (C₄) im Kollektorkreis von T₂ der volle Strom fließt. Gleichrichter Gr₁ ¹ eingeführt, der praktisch als Schalter jetzt kann T₃ öffnen, wobei durch Kondensator C₃ wirkt. Über den Spannungsteiler R^jR₆ ⁷ wird der Basis nochmals eine Verzögerung wirksam wird. Dazu ist aber von T₁ eine solche Spannung zugeführt, daß der Relais- Voraussetzung, daß T₃ in Basisschaltung arbeitet, um strom In den vorgesehenen Endwert gerade erreicht. 65 die richtige Phasenlage zu erhalten. Von T₂ muß also der Diese Spannung wird wirksam, wenn der Gleichrichter Strom für die beiden Relais M₁ und M₂ aufgebracht Gr₁"¹ gesperrt, die an i?₃ ⁷ abgegriffene Spannung also werden. Steigt Um wieder, so laufen die Vorgänge negativer als die an i?₆ ⁷ abfallende Spannung ist. Wie umgekehrt ab. Da die Sperrung — im Gegensatz zu der hoch die Spannung am Abgriff des Widerstandes R₃ ⁷ ist, Schaltung nach Fig. 7 — nicht niederohmig erfolgt, spielt für den Endwert von Ir keine Rolle, er ist begrenzt, 70 werden dabei auch die Verzögerungszeiten wirksam.

Claims (7)

Die einzelnen erläuterten Maßnahmen können auch in anderen Fällen verwendet werden. Der Spannungsvergleich mit Zenerdioden kann z. B. nicht nur bei den verschiedensten Meß- und Regelschaltungen, sondern auch bei Sortiereinrichtungen und Maschmensteuerungen verwendet werden. Der Integrator, vor allem in Verbindung mit dem Verbundtransistor, kann dazu dienen, lange Zeitverzögerungen mit handlichen Kapazitätswerten zu erzielen. Dabei ist es möglich, nur Anzugs- oder nur Abfall- oder beide Verzögerangen für Relais zu realisieren. Auch Impulsgeber mit langen Pausenzeiten zur Abtaststeuerung bei Pilotüberwachungseinrichtungen lassen sich so leicht herstellen. Der Verbundtransistor ist mit seiner großen Verstärkung und dem hohen Eingangswiderstand ζ. B. als Gleichstromverstärker in selbstabgleichenden Brückenschaltungen gut verwendbar. Das Verfahren mit schaltenden Gleichrichtern kann in der Schaltkreistechnik häufig benutzt werden. Die Schaltung nach Fig. 8 weist auf die Möglichkeit hin, Zeitverzögerungen noch weiter zu vergrößern, indem abhängig von T2 weitere Transistoren T3 geschaltet werden, die mit eigenen Kapazitäten C38 die Integratorwirkung erneut beanspruchen. So läßt sich z. B. eine im langsamen Rhythmus betätigte Relaiskette nach diesem Prinzip aufbauen. Die Schaltung nach Fig. 7 kann eine Verzögerungszeit von einigen Sekunden billiger liefern als jede andere Lösung ohne Integratoreffekt, denn dann werden Kapazitäten von einigen hundert MF erforderlich, ohne daß die große Ansprechsteilheit auch nur annähernd erreicht wird. Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur verzögerten Signalgabe bei unzulässigen Spannungsabweichungen einer zu überwachenden Spannung, insbesondere für Meß- und Regelzwecke, bei der als Vergleichsspannung die Zenerspannung einer in Sperrichtung gepolten Siliziumdiode verwendet ist und bei der die Abweichung der zu überwachenden Spannung von einem oder mehreren Sollwerten zur Steuerung eines Gleichstrom-Verstärkers benutzt ist, von dessen Ausgangsstrom ein Relais erregt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der negative Pol der zu überwachenden Spannung mit dem positiven der Vergleichsspannung verbunden ist (0), während die beiden anderen Pole der Vergleichsspannung bzw. der zu überwachenden Spannung einen Spannungsteiler (R₂ ⁶IR₃ ⁶IR₁ ⁶) speisen, an dessen Abgriff das Potential (Ub) für den Eingang des aus zwei Transistoren (T₁ und T₂) gebildeten Verbundtransistors abgenommen wird, dessen Emitter an die gemeinsame Leitung (0) beider Spannungsquellen gelegt ist und in dessen Kollektorkreis das zu betätigende Relais (M) liegt, wobei der Kollektor des Verbundtransistors mit der Basis über einen Kondensator (C) verbunden ist und die Basis des Ausgangstransistors (T₂) durch einen Gleichrichter (Gr³) so an den Abgriff des Spannungsteilers gelegt ist, daß der Verbundtransistor sperrt, d. h. keinen Kollektorstrom führt, wenn die Meßspannung (Um) einen der Sollwerte übersteigt, oder daß die gleichnamigen Pole der zu überwachenden Spannungsquelle und der Vergleichsspannungsquelle direkt miteinander verbunden sind, während das freie Ende (0) der Vergleichsspannung an den Emitter und das freie Ende der zu überwachenden Spannung (+Uu) an die Basis des 6g Verbundtransistors (Γ) gelegt ist, und die zu überwachende Spannungsquelle mit einem Widerstand belastet ist (Fig. 6).

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Abgriff des Spannungsteilers (an i?₃ ⁷) und den Eingang des Verbundtransistors (T₁IT₂) eine Anordnung gelegt wird, die aus einem Gleichrichter (Gr₁ ⁷) und zwei Widerständen (A₅ ⁷, A₆ ⁷) besteht, wobei aus den Widerständen ein zweiter Spannungsteiler gebildet ist, der von der stabilisierten Vergleichsspannung (U_v) gespeist und so bemessen ist, daß durch den mit der Basis des Verbundtransistors verbundenen Abgriff ein solcher Ausgangsstrom im Relais (M) erzeugt wird, daß dieses gerade sicher anspricht, und wobei der Gleichrichter (Gr₁ ⁷) so zwischen den Abgriff des ersten Vergleichsspannungsteilers (R₂ ⁷IR₃ ⁷JR^) und die Basis des Verbundtransistors geschaltet ist, daß die Basisspannung kurzgeschlossen ist, wenn die zu überwachende Spannung (Um) die Vergleichsspannung (Uv) überschreitet, die Basisspannung aber durch den zweiten Spannungsteiler (R₅ ⁷JR₆ ⁷) bestimmt ist, wenn die zu überwachende Spannung Meiner als die Vergleichsspannung ist (Fig. 7).

3. Anordnung nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Kollektoranschluß und Relais (M) des Ausgangstransistors (T₂) ein im Vergleich zum Relaiswiderstand kleiner Widerstand (i?₇ ⁷) geschaltet ist mit einer solchen Bemessung, daß das an der Verbindung zwischen Relais und Widerstand liegende Potential immer eindeutig über dem der Basis des Verbundtransistors liegt, und daß zwischen diese beiden Punkte ein Elektrolytkondensator (C) geschaltet ist (Fig. 7).

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor des Eingangstransistors (T₁) mit dem Relaisanschluß verbunden ist, der an den zwischen ihm und dem Kollektor des Ausgangstransistors (T₂) hegenden Widerstand (R₇ ⁷) führt (Kg. 7).

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen den freien Enden der zu überwachenden Spannungsquelle und der Vergleichsspannungsquelle hegende Spannungsteiler (RfIR₁*/R₅*) mehrere Abgriffe besitzt, die über Gleichrichter (Gr₁ ⁸, Gr₂ ⁸) jeweils an die Verbindungspunkte von gleich vielen Widerständen (R₆ ^a, R₈) und Gleichrichtern (Gr₃, Gr^ führen, wobei die Widerstände (A₆ ⁸, A₈) mit den freien Enden an die Vergleichsspannungsquelle (U_v) und die Gleichrichter an den Eingang des Verbundtransistors (TJT₂) gelegt sind, der von einer positiven Spannung (-\-U_Sp) über einen weiteren Widerstand (A₉) gespeist wird, und wobei die Widerstände (R_s ^s, R_s, R_s) so bemessen und die Gleichrichter (Gr^, Gr₁) so gepolt sind, daß am Ausgang ein Kollektorstrom begrenzter Größe fließt, wenn der erste Grenzwert der zu überwachenden Spannung (Um) unterschritten wird, und daß der Kollektorstrom jeweils um bestimmte Beträge steigt, wenn die zu überwachende Spannung unter weitere Grenzwerte sinkt (Fig. 8).

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Verbundtransistor (T₁JT₂) noch ein weiterer Transistor (T₃) folgt, in dessen Kollektorkreis ein zweites Relais (M₂) gelegt ist, und daß der Emitter des weiteren Transistors (T₃) mit dem Kollektor des vorhergehenden (T₂) verbunden ist, während die Basis durch einen an der Betriebsspannung liegenden Spannungsteiler (R₁₂/ 2?₁₃) so vorgespannt ist, daß das zweite Relais (M₂) erst anspricht, wenn die zu überwachende Spannung (Um) den zweiten Grenzweit unterschreitet, während das am Ausgang des Verbundtransistors liegende eiste Relais (M₁) eiregt wird, wenn der erste Grenzwert unterschritten wird (Fig. 8).

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7. Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Kollektor des auf den Verbundtransistor folgenden Transistors (T₃) und den Eingang des Verbundtransistors [T₁IT₂) ein weiterer Kondensator (C₃ ⁸) geschaltet ist, der während des Stromanstiegs in der Wicklung des zweiten Relais (M₂) eine zusätzliche Zeitverzögerung bewirkt, und daß weitere Transistoren folgen, jeweils mit Relais im Kollektorkreis und mit Kondensatoren,

die von ihrem Kollektor auf den Eingang des Vortransistors geschaltet sind, wobei die Basispunkte der weiteren Transistoren durch entsprechende Spannungsteiler vorgespannt und die Emitter jeweils mit dem Kollektor des vorangehenden Transistors verbunden sind, und daß die Schaltung so bemessen ist, daß ein Relais dem anderen mit bestimmter zeitlicher Verzögerung folgt, wenn das erste einmal angesprochen hat (Fig. 8).

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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