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Signalvorrichtung Die Erfindung bezieht sich auf eine Signalvorrichtung
mit zwei Oszillatoren, von denen einer in seiner Frequenz über einen Schutzkreis
beeinflußbar und der andere als Vergleichsoszillator gegen den anderen verstimmt
ist und die Änderungsgeschwindigkeit der Frequenz des einen Oszillators direkt bzw.
die Änderung der Schwebungsfrequenz beider Oszillatoren über einen z. B. aus einem
Kondensator und einem Widerstand bestehenden Zeitkreis eine Schaltvorrichtung steuert.
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In bekannten, dynamisch arbeitenden Signalvorrichtungen der vorerwähnten
Art besteht der Zeitkreis aus einem Kondensator mit einem in Reihe dazu liegenden
Widerstand. Die an diesem Widerstand bei Ladungsänderungen des Kondensators auftretenden
Spannungen dienten zur Gittersteuerung einer als Ausgangsschaltglied verwendeten
Elektronenröhre, die bei sinngemäßer Lage des Arbeitspunktes leistungslos zu steuern
ist. Demzufolge sind in diesem Falle große Zeitkonstanten durch relativ hohe Widerstandswerte
zu erreichen.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, von der Art des Ausgangsschaltgliedes
unabhängig zu werden, d. h. auch die Verwendung solcher Ausgangsschaltglieder zu
ermöglichen, deren Steuerung Leistung erfordert. Dementsprechend besteht die Erfindung
darin, daß bei der eingangs erwähnten Signalvorrichtung der ohmsche Widerstand des
Zeitkreises im wesentlichen aus einer an sich bekannten Diodenbrücke besteht, die
mit der :Mitte der einen Wicklung eines Brückenübertragers und der Verbindung der
Dioden über eine Wicklung eines Übertragers in den Zeitkreis gelegt ist und in die
mit dem übertrager bzw. Brückenübertrager eine Hilfsschwingung eingespeist ist,
die, durch den Signalgleichstrom im Zeitkreis moduliert, über den Übertrager eine
Schaltvorrichtung steuert. Durch diese erfindungsgemäße Anordnung ist es möglich,
nicht nur gittergesteuerte Endröhren, sondern auch Transistoren als Endschaltglied
benutzen zu können. Dabei ist zu beachten, daß der unmittelbare Austausch der Röhren
durch Transistoren, insbesondere der Schaltröhre in der Endstufe durch einen Schalttransistor,
bei den bekannten mit einem Zeitkreis aus einem ohmschen Widerstand und einem Kondensator
arbeitenden Vorrichtungen nicht möglich ist, da der Eingangswiderstand eines Schalttransistors
sehr klein ist, gegenüber dem Widerstand, der im Zeitkreis benötigt wird, so daß
bei unmittelbarer Verwendung des bekannten Zeitkreises zur Steuerung eines Schalttransistors
ein Kondensator mit einer so großen Kapazität erforderlich wäre, daß er wirtschaftlich
nicht realisierbar ist.
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Die Erfindung sieht daher als weitere Ausbildung vor, daß die gesteuerte
Schaltvorrichtung ein Transistor ist der über die Diagonale der Diodenwiderstandsbrücke,
die mit einem Kondensator den Zeitkreis bildet, gesteuert wird.
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Bei der erfindungsgemäß anzuwendenden Brückenschaltung in dem dem
Schalttransistor vorgeschalteten Schaltkreis ist es auch möglich, an Stelle des
Vergleichsoszillators mit nur einem Schutzkreisoszillator zu arbeiten und dann zwischen
Schutzkreisoszillator und Zeitkreis einen Schwingungskreis zu schalten, der vom
auf die Eigenfrequenz dieses Zwischenkreises abgestimmten Schutzkreisoszillator
gespeist wird. Es ist also möglich, durch die erfindungsgemäße Diodenbrücke und
einen Schalttransistor sowohl bei Verwendung zweier Oszillatoren die Änderungen
einer Schwebungsfrequenz nach Demodulation und Gleichrichtung als auch bei Verwendung
nur eines Schutzkreisoszillators die Frequenzänderung dieses Oszillators zu benutzen,
wobei die dem Zeitkreis zugeführte Gleichspannung zur Steuerung der hochohmigen
Gleichrichter- bzw. Diodenbrücke verwendet wird, deren Gleichgewichtsstörung infolge
Störungen des Schutzkreises eine Wechselspannung liefert, die gegebenenfalls nach
Verstärkung, z. B. durch einen Verstärkungstransistor, dem Schalttransistor zur
Betätigung eines Relais zugeführt und damit zur Auslösung eines Signals verwendet
wird.
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Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird sie an Hand der Beispiele
der Zeichnung beschrieben. Es zeigt Fig. 1 ein Blockschaltbild, bei dem mit einem.
Meßfeldsender und einem Vergleichssender und einer sich daraus ergebenden Schwebungsfrequenz
gearbeitet wird, Fig.2 ein Blockschaltbild einer Signalvorrichtung mit nur einem
Meßfel'dsender, dessen Frequenzänderung zur Auslösung eines Signals verwendet wird,
Fig. 3 Schaltschema der Endstufe einer Signalvorrichtung mit einer Diodenwiderstandsbrücke
im Zeitkreis,
Fig. 4 ein Schaltschema der Eingangsstufe einer mit
nur einem Meßfeldsender arbeitenden Signalvorrichtung entsprechend Fig. 2, Fig.
5 ein die Fig. 3 und 4 zusammenfassendes vereinfachtes Schaltschema.
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Nach dem Blockschaltbild Fig. 1 wird durch einen Sender bzw. Oszillator
1 der Schutzkreis Sh einer Alarmanlage aufgebaut, während der Oszillator 2 ein gegenüber
dem Oszillator 1 verstimmter Vergleichssender ist. Die sich durch Schutzkreisstörungen
ergebenden Änderungen der Schwebungsfrequenz werden über eine 'Mischstufe 3 und
einen Demodulator oder einen Diskriminator 4 nach Gleichrichtung einem "Zeitkreis
aus einem Kondensator 5 und einer noch näher zu erläuternden Diodenwiderstandsbrücke
in der Endstufe 6, in der auch der Schalttransistor liegt, zugeleitet, wobei durch
den Schalttransistor das Schaltrelais 7 zur Auslösung eines Signals betätigt wird.
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In dem zweiten Ausführungsbeispiel nach dem Blockschaltbild gemäß
Fig.2 wird nur ein einziger, den Schutzkreis aufbauender Oszillator 1 verwendet,
dessen Frequenzänderung einem Zwischenkreis 8, auf dessen Eigenfrequenz der Schutzkreisoszillator
1 abgestimmt ist, zugeführt wird. Die Wechselspannung aus dem Kreis 8 gelangt wieder
nach Gleichrichtung an den Zeitkreis mit dem Kondensator 5 und der Diodenwiderstandsbrücke
in der Endstufe6 mit Schalttransistor, durch den das Relais 7 zur Auslösung eines
Signals betätigt wird. Auch in diesem Fall kann der Zwischenkreis 8 durch einen
Diskriminator ersetzt «-erden, um dadurch eine lineare Demodulationskennlinie und
damit über einen bestimmten Bereich der Schutzkreiskapazität eine konstante Empfindlichkeit
der Signalvorrichtung zu erreichen, wie noch erläutert wird.
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Wenn, wie schon erwähnt, bei Signalvorrichtungen die über einen Zeitkreis
gesteuerte Schaltröhre in der Endstufe durch einen Schalttransistor ersetzt werden
soll, so ist dieses nicht ohne weiteres möglich, weil der Eingangswiderstand eines
Transistors gegenüber dem benötigten Widerstand des Zeitkreises sehr klein ist,
so daß bei unmittelbarem Ersatz ein Kurzschluß über den Transistor ansteht.
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Um diese Schwierigkeit bei einem aus einem Schalttransistor bestehendes
Endschaltglied zu beheben, wird in der Endstufe gemäß Fig. 3 vor dem Schalttransistor
19 eine mit einem Kondensator 5 den Zeitkreis bildende Gleichrichterbrücke geschaltet.
Diese Gleichrichterbrücke besteht aus einem Transformator 9, den hochohmigen Brückenwiderständen
10 und 11 und den beiden Dioden 12 und 13. Die Speisung dieser Gleichrichterbrücke
erfolgt aus einem Oszillator, dessen Wicklungen gleichzeitig die Primärwicklungen
des Transformators 9 bilden. Der Speiseoszillator der Brücke ist eine übliche rückgekoppelte
Transistorschaltung 14. Im Normalfall, d. h. wenn keine Schutzkreisstörungen vorliegen,
und unter Voraussetzung gleicher Brückenwiderstände und gleicher Dioden. 12 und
13 führt die Diagonale dieser Brücke über die Anschlüsse 15 und 16 keine Spannung.
Der Punkt 15 ist über den Zeitkreiskondensator 5 mit der Klemme a (Fig. 1, 2 und
4) verbunden.
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Erfolgt nun durch Störungen des Schutzkreises ein Ladungsausgleich
des Kondensators 5 über die Brükkenschaltung, so fließt der dadurch, auftretende
Gleichstrom über die Dioden 12, 13 nach Masse. Durch diesen Gleichstrom ändern sich
die Innenwiderstände der beiden Dioden 12, 13 verschieden. Dadurch wird das Gleichgewicht
der Brücke gestört, und die Diagonalpunkte 15, 16 führen eine Wechselspannung, deren
Größe sich aus der Störung des Meßfeldes und damit aus dem Wert des Zeitkreisausgleichstromes
bestimmt und deren Frequenz der des speisenden Oszillators 14 entspricht. Diese
Diagonalwechselspannung steuert über den entsprechend angepaßten Transformator 17
einen Verstärkungstransistor 18, dessen Kollektorwechselspannung über den Kopplungskondensator
(50) auf die Basis des Schalttransistors 19 wirkt. Da diese Basis über einen Widerstand
mit dem Emitter verbunden ist, haben beide Elektroden im Ruhezustand gleiches Potential
so daß entsprechend der Transistorcharakteristik IC= f (UBF) nur der Kollektorreststrom
durch die Wicklung des Relais 20 fließt. Die zum Anzug des Relais nötige Erhöhung
des Kollektorstromes erfordert eine gegenüber dem Emitter negative Basisspannung.
Im vorliegenden Falle bewirken die negativen Halbwellen der vom Kollektor des Verstärkertransistors
kommenden Wechselspannung diese Steuerung, während die positiven Halbwellen in bezug
auf den Transistor unwirksam bleiben.
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Durch den Kondensator 51 wird eine Speicherung und damit für die Relaiswicklung
eine Glättung des unter dem Einfluß der Basiswechselspannung pulsierenden Kollektorstromes
erreicht.
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Die Signalauslösung erfolgt über die Schaltkontakte des Relais 20
(Ruhe und Arbeit) und die Klemmen h und c.
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Die Klemme 21 und die Meßklemmen 22 dienen lediglich zur Prüfung der
Kollektorströme des Schalttransistors 19 über den Widerstand 23.
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Zur Speisung der Endstufe als auch der Vorstufe des Schutzkreis- und
Vergleichsoszillators oder nur des Schutzkreisoszillators dient z. B. eine 12-Volt-Batterie,
deren Minuspol an die Klemme d und deren Pluspol an die Klemme e gelegt ist. Die
Betriebsspannung wird über eine Sperrdiode 24 zugeführt, die lediglich den Zweck
hat, Beschädigungen der Transistoren bei falscher Polung zu verhindern.
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Die vorstehend beschriebene Endstufe ist sowohl bei Signalvorrichtungen
nach dem Blockschaltbild Fig. 1 oder nach der Blockschaltung Fig. 2 zu verwenden
und wird daher in der Praxis am besten als getrennte umrandete Einheit 6, 7 (Fig.
3) hergestellt, um sie wahlweise benutzen zu können.
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Soll so vorgegangen werden, daß Frequenzänderungen eines Schutzkreises
zur Auslösung von Signalen verwendet werden sollen, wie es z. B. für kleinere Raumschutzanlagen
mit Flächenelektroden (z. B. Stahlschränke), die keine außergewöhnlich hohe Empfindlichkeit
zu besitzen brauchen, zweckmäßig ist, so kann man entsprechend dem Blockschaltbild
nach Fig. 2 und dem Schaltschema Fig. 4 mit den umrandeten Teilen 1 und 8 der Fig.
2 mit angeschlossener Endstufe nach Fig. 3 folgendermaßen vorgehen: Der Schutzkreis
wird nach Fig. 4 durch einen oder zwei an die Klemmen I und/oder II angeschlossene
Schutzkreise aufgebaut, die von einem Schwingkreisübertrager 25 eines Oszillators,
der die Betriebsspannung liefert, mit der Betriebsfrequenz gespeist werden. Der
Oszillator, der über die Klemmen f von der Batterie (Fig. 3) über einen noch zu
erläuternden Stabilisator gespeist wird, besteht aus dem Transistor 26, dem Transformator
25 und einer Kapazität, die sich aus dem angeschlossenen Schutzkreis I, 1I und dem
Wert der Kondensatoren 27 und 28 ergibt. Die Spannung dieses. Oszillatörs wird einem
Zwischenkreis aus der Induktivität 29 und dem Kondensator 30 zugeführt, wobei die
Frequenz des den Schutzkreis speisenden Oszillators durch die veränderlichen Kondensatoren
27, 28 auf die Eigenfrequenz dieses Zwischenkreises
abgestimmt ist.
Die Spannung aus dem Zwischenkreis 29, 30 wird über die Diode 31 gleichgerichtet
und steht an den Widerständen 32 und 33 als Gleichspannung zur Verfügung. Der Abgriff
III dient lediglich zu Meßzwecken, und das parallel geschaltete Meßinstrument 34
dient zur Beobachtung der vorstehend erläuterten Abstimmung.
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Die gleichgerichtete Spannung aus dem Zwischenkreis 29, 30 wird über
Entstörglieder dem Zeitkreis, aus dem Kondensator 5 und den Brückenwiderständen
10, 11 bestehend (Fig. 3), zugeführt.
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Treten nun Störungen des Schutzkreises I, II auf, so ändert sich dessen
Kapazität und damit die Frequenz des Eingangsoszillators 25 bis 28. Damit tritt
gleichzeitig eine Änderung der Spannung des Zwischenkreises 29, 30 ein, da dieser
Kreis auf eine vorgegebene Frequenz fest abgestimmt ist. Im gleichen Sinne ändert
sich auch die dem Zeitkreis zugeführte Gleichspannung, so daß ein Ladungsausgleich
des Zeitkreiskondensators 5 erfolgt. Dieser Ladungsausgleich wird, wie oben erläutert,
zur Steuerung der Dioden 12, 13 der Gleichrichterhrücke (Fig. 3) verwendet.
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Wie schon erwähnt, führt die Betriebsspannung von 12 Volt von der
Klemme d in Fig. 3 über die Sperrdiode 24 zur Klemme f und von dort über
die Klemme f
in Fig.4 zum Stabilisator. Der Stabilisator besteht aus dem Transistor
35, dem Widerstand 36 und der Zenerdiode 37. In dieser Schaltung wirkt der Transistor
35 als. Längswiderstand, dessen Größe in Abhängigkeit von der Batteriespannung über
seine Basisspannung gesteuert wird. Damit wird erreicht, daß innerhalb der notwendigen
Grenzen die Speisespannung, die dem Emitter des Transistors 35 entnommen wird, konstant
bleibt. Diese stabilisierte Spannung wird für die Speisung des Oszillators 25 bis
28 sowie für die Festlegung des Arbeitspunktes des Verstärkertransistors 18 in Fig.
3 benötigt.
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Zur Anzeige größerer unbeabsichtigter oder von Fremden beabsichtigter
Verstimmungen des Schutzkreises, die außerhalb der Betriebszeit, d. h. vor Einschaltung
der Anlage, vor sich gegangen sein können, wird vom Zwischenkreis 29,30 (Fig.
4) eine Spannung abgezweigt, die über einen Transistor 38 und die Zenerdiode
39 der Basis des Schalttransistors 19 (Fig.3) so zugeleitet wird, daß die Steuerung
»zeitstarr« erfolgt, d. h. nur durch den Betrag der Verstimmung, nicht aber durch
die Geschwindigkeit der Änderung bestimmt ist. Die Spannung an der Basis des Transistors
38 öffnet diesen Transistor, so, daß der Kollektoarstrom am Kollektorwiderstand
40 einen großen Spannungsabfall verursacht. Somit entspricht die Spannung am Kollektor
selbst der Restspannung. Die Zenerdiode 39 sorgt dafür, daß auch diese Restspannung
für die Basis des Schalttransistors 19 unwirksam wird. Treten nun größere Verstimmungen
des Schutzkreises auf, so bedeutet dies, d.aß die Spannung am Zwischenkreis 29,
30 erheblich abfällt, wodurch die Öffnung des Transistors 38 nicht mehr gegeben
ist. Dadurch sinkt der Kollektorstrom, während die Kollektorspannung ansteigt. Sofern
sie die Sperrspannung der Zenerdiode 39- übersteigt, gelangt ein Teil dieser Spannung
direkt an die Basis des Schalttransistors 19, der sich unter dem Einfluß dieser
Spannung öffnet und damit das Relais 20 zur Auslösung eines Signals betätigt.
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Um den Zusammenhang der Schaltbilder nach Fig. 3 und 4 übersichtlicher
zu gestalten, sind diese Schaltbilder in Fig.5 zu einem Schema zusammengefaßt. In
dieser Fig. 5 bezeichnet I die Eingangsstufe mit den beiden Oszillatoren 1 und 2
und dem Stabilisator 3, II die Mischstufe 4 mit Demodulator 5 und 6 und dem Zeitkreis
7, der die Steuerspannung zur Trennsicherung liefert, und III die Endstufe mit Zeitkreis,
Gleichrichterbrücke 12 und Schalttransistor.
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Bei Sicherungsvorrichtungen, die mit der Änderung der Schwebungsfrequenz
entsprechend dem Blockschaltbild nach Fig. 1 arbeiten, ging die Umwandlung der durch
die Kapazitätsänderungen entstandenen Frequenzänderungen in Amplitudenänderungen
bei den bekannten Vorrichtungen durch die Benutzung eines Demodulators bzw. einer
Resonanzkreisschaltung vor sich. Dabei wurde so verfahren, daß der Mittelwert der
Betriebsfrequenz auf der Flanke der Resonanzkurve dieses Demodulators lag, so daß
die Verschiebung dieses Arbeitspunktes bei Frequenzänderungen gleichbedeutend mit
der Änderung der Amplitude dieser Demodulatorkreisspannung war. Damit zeigt die
»Steilheit« bzw. erste Ableitung (Differentialquotient) der Flanke der Resonanzkurve
die Charakteristik der Demodulationskennlinie. Dies bedeutet, daß der Zusammenhang
zwischen Amplitudenänderung und Frequenzänderung nicht linear ist.
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Die Praxis erfordert aber für ein bestimmtes Gebiet i der möglichen
Kapazitätsänderungen einen konstanten Zusammenhang, d. h. eine lineare Demo,dulationskennlinie.
Diese ist identisch mit einer konstanten Empfindlichkeit. Eine solche Forderung
wird erfüllt, wenn an Stelle eines Resonanzkreises zwei solche Kreise Verwendung
finden, deren Abstimmlage jedoch so gewählt ist, daß sich ihre Flanken an einem
geeigneten Punkt überschneiden. Durch Gegenschaltung der beiden nach der Gleichrichtung
aus diesen Kreisen gewonnenen Gleichspannungen ergibt sich sodann eine symmetrische
Charakteristik, die in ihrem mittleren Teil eine lineare Funktion liefert. Die Dimensionierung,
die Wahl der Teilfrequenz und des Schnittpunktes sind maßgebend für den Grad der
Linearisierung. Mit dieser Diskriminatorschaltung 4 nach Fig. 1 läßt sich also die
erwähnte Förderung erfüllen, uni über einen ausreichenden Bereich eine konstante
Empfindlichkeit der Sicherungsanlage zu erzielen. Diese Diskriminatorschaltung läßt
sich sowohl bei Verwendung zweier Oszillatoren nach dem Blockschaltbild Fig. 1,
wobei die Mischstufe 3 dem Diskriminator 4 vorgeschaltet wird, als auch nur eines
Oszillators nach: Fig. 2 und 4 benutzen, wobei im letzten Fall der Zwischenkreis
29, 30 durch die Diskriminatorschaltung zu ersetzen ist.